İÇİNDEKİLER 1-ZEMİN DANELERİNİN BİÇİMİ ………………………………………………….1 2-İNCE DANELİ ZEMİNLERİN KIVAMI VE KIVAM LİMİTLERİ ……………3 3-KONU TARİF VE KAPSAMLAR …………………………………………………6
3.1Tarifler …………………………………………………………………………….7 3.1.1 Likit limit ...……………………………………………………………………7 3.1.2 Plastik Limit ...………………………………………………………………...7 3.1.3 Plastisite İndisi ...………………………………………………………………7 3.1.4 Plastik Olmayan Zemin …………………………………………………….…7 3.1.5 Dana Çapı Dağılımı ………………………………………………………..….7 3.1.6 Moloz (Blok) ………………………………………………………………….7 3.1.7 Çakıl …………………………………………………………………………...7 3.1.7.1 İri Çakıl ……………………………………………………………………...8 3.1.7.2 Orta Çakıl …………………………………………………………………...8 3.1.7.3 İnce Çakıl ……………………………………………………………………8 3.1.8 Kum (s) ………………………………………………………………………..8 3.1.8.1 İri Kum ……………………………………………………………………...8 3.1.8.2 Orta Kum ……………………………………………………………………8 3.1.8.3 İnce Kum ……………………………………………………………………8 3.1.9 Silt (M) ………………………………………………………………………..9 3.1.10 Kil (C) ……………………………………………………………………….9 3.1.11 Kohezyonlu Zemin …………………………………………………………..9 3.1.12 Kohezyonsuz Zemin …………………………………………………………9 3.1.13 Tabi Birim Hacim Ağırlık …………………………………………………...9 3.1.14 Kuru Birim Hacim Ağırlık …………………………………………………..9 3.1.15 Su Muhtevası ………………………………………………………………...9 3.1.16 Değişmez Kütle ……………………………………………………………...9 3.1.17 Optimum Su Muhtevası …………………………………………………….10 3.1.18 Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlık …………………………………….10 3.1.19 Sıkılık Yüzdesi ……………………………………………………………..10
3.1.20 Hava Boşlukları Yüzdesi …………………………………………………...10 3.1.21 Sabit Hava Boşlukları Eğrisi ……………………………………………….10 3.1.22 Doygunluk Eğrisi …………………………………………………………...10 3.1.23 Havada Kurutulmuş Zemin ………………………………………………...10 3.1.24 Eşdeğer Dane Çapı …………………………………………………………11 ................................................................... .............................................. ................................11 .........11 4. STABİLİZASYON STABİLİZASYON ............................................ 4.1 Çimento İle Zemin Güçlendirme ………………………………………………...11 4.2 Kireç İle Zemin Güçlendirme …………………………………………………....13 4.2.1 Kimyasal Bileşenler ……………………………………………………….....13 4.3 Patlama İle Sıkıştırma ………………………………………………………...….14 4.3.1 Patlama İle Olması Beklenen Zemin Davranışı ……………………………..15 4.3.2 Dikkate Alınması Gereken Koşullar ……………………………………...….15 4.4 Bitümlü Malzeme İle Zemin Stabilizasyonu…………………………………. …16 4.4.1 Zemin Cinsi ………………………………………………………………….16 4.4.2 Bitümlü Malzeme ……………………………………………………...…….16 4.4.3 Karıştırma…………………………………………………………………….17 4.4.4Sıkıştırma ……………………………………………………………………..17 5.LİKİT LİMİT VE PLASTİK LİMİTİN DENEYSE OLARAK SAPTANMASI ………………………………………………………..….17
5.1 Kıvam Limitlerinin Mühendislikte Kullanımı …………………………………...19 5.2 Tabii Killerin Kıvamı Ve Sensitivitesi ………………………………………..…20 6. ZEMİN MEKANİĞİ LABARATUAR DENEYLERİ …………………………..21
6.1 Zemin Deneyleri ………………………………………………………………....21 6.2 Numune Alma ……………………………………………………………………22 6.2.1 Örselenmiş Numune Alma…………………………………………………. .23 6.2.2 Örselenmemiş Numune Alma……………………………………………..…24 6.3 Numune Almak İçin Gerekli Aletler ………………………………………….....24 6.4 Su İçeriğinin Belirlenmesi ……………………………………………….………25
3.1.20 Hava Boşlukları Yüzdesi …………………………………………………...10 3.1.21 Sabit Hava Boşlukları Eğrisi ……………………………………………….10 3.1.22 Doygunluk Eğrisi …………………………………………………………...10 3.1.23 Havada Kurutulmuş Zemin ………………………………………………...10 3.1.24 Eşdeğer Dane Çapı …………………………………………………………11 ................................................................... .............................................. ................................11 .........11 4. STABİLİZASYON STABİLİZASYON ............................................ 4.1 Çimento İle Zemin Güçlendirme ………………………………………………...11 4.2 Kireç İle Zemin Güçlendirme …………………………………………………....13 4.2.1 Kimyasal Bileşenler ……………………………………………………….....13 4.3 Patlama İle Sıkıştırma ………………………………………………………...….14 4.3.1 Patlama İle Olması Beklenen Zemin Davranışı ……………………………..15 4.3.2 Dikkate Alınması Gereken Koşullar ……………………………………...….15 4.4 Bitümlü Malzeme İle Zemin Stabilizasyonu…………………………………. …16 4.4.1 Zemin Cinsi ………………………………………………………………….16 4.4.2 Bitümlü Malzeme ……………………………………………………...…….16 4.4.3 Karıştırma…………………………………………………………………….17 4.4.4Sıkıştırma ……………………………………………………………………..17 5.LİKİT LİMİT VE PLASTİK LİMİTİN DENEYSE OLARAK SAPTANMASI ………………………………………………………..….17
5.1 Kıvam Limitlerinin Mühendislikte Kullanımı …………………………………...19 5.2 Tabii Killerin Kıvamı Ve Sensitivitesi ………………………………………..…20 6. ZEMİN MEKANİĞİ LABARATUAR DENEYLERİ …………………………..21
6.1 Zemin Deneyleri ………………………………………………………………....21 6.2 Numune Alma ……………………………………………………………………22 6.2.1 Örselenmiş Numune Alma…………………………………………………. .23 6.2.2 Örselenmemiş Numune Alma……………………………………………..…24 6.3 Numune Almak İçin Gerekli Aletler ………………………………………….....24 6.4 Su İçeriğinin Belirlenmesi ……………………………………………….………25
6.5 Deney İçin Gerekli Malzeme Ağırlıkları …………………………………...……26 6.6 Cihazlar ……………………………………………………………………..……27 6.7 Deneyin Yapılışı ………………………………………………………………....27 6.8 Özgül Ağırlık ………………………………………………………………….....28 6.9 Gerekli Araçlar …………………………………………………………………..28 6.10 Piknometre Düzeltmesi …………………………………………………………29 7. NUMUNE …………………………………………………………………………..29
7.1 Deneyin Yapışı …………………………………………………………………..30 7.2 Tane Çapının Hesabı …………………………………………………………….31 8. KIVAM DENEYLERİ …………………………………………………………….32
8.1 Atterberg Limitleri ……………………………………………………………….32 8.2 Likit Limit ………………………………………………………………………..32 8.3 Gerekli Aletler …………………………………………………………………...33 8.4 Deneyin Yapılışı ………………………………………………………………....34 8.5 Plastik Limit ……………………………………………………………………..35 8.5.1 Gerekli Aletler ………………………………………………………….……35 8.5.2 Deneyin Yapılışı ………………………………………………………….….36 8.5.3 Plastisite İndisi ………………………………………………………….……36 8.6 Deneyde Olan Yanılgılar…………………………………………………………36 9. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ………………………………………………….….37
9.1 Deneye Hazırlık ……………………………………………………………….…38 9.2 Deneyin Yapılışı …………………………………………………………………38 9.3 Likit Limit, Plastik Limit Ve Plastisite İndisi Deney Sonuçları Ve Hesaplamaları …………………………………………………39 10.GENEL SONUÇ …………………………………………………………………..48
1-ZEMİN DANELERİNİN BİÇİMİ
Tabii zeminleri oluşturan deneler kayaların mekanik ve kimyasal ayrışma sonucu küçü küçükk parça parçala lara ra bölü bölünm nmes esii ile ile oluş oluşma makt ktad adır. ır. Dene Denele leri ri oluş oluştu tura rann kaya kayala ları rınn
birbirinden farklı mineralojik yapılara sahip olmaları ve ayrışmaya yol açan faktörlerin çok çeşitli olması nedeni ile, tabii zeminler içinde farklı boyutlarda ve biçimlerde deneler yer almaktadır. Kayalar içindeki daha duraydı mineraller ayrışma sonucu iri ve cüsseli deneleri meydana getirirken, daha az duraydı mineraller kimyasal ayrışma sonucu bazı ikincil minerallere dönüşmekte ve kırılgan ve plakalı bir yapıya sahip olan bu mineraller çok küçük parçalara bölünerek zeminlerdeki ince deneleri oluşturmaktadırlar. Dolayısıyla, iri daneli zeminler (kumlar ve çakıllar) ile ince daneli zeminlerin (özellikle killerin) biçimlerinin birbirinden çok farklı oldukları gözlenmektedir. Şekil 1.1’de iri daneli tabii zeminlerde rastlanılan bazı tipik dane biçimleri gösterilmiştir. Bazı daneler aşınma sonucu yuvarlatılmış ve yaklaşık küresel bir biçime kavuşurken (a) bazıları ise köşeli bir biçimde (d) olabilmektedir. Şekil 1.1 (b) ve (c) de ise yan yuvarlak ve yan köşeli olarak tanımlanabilecek dane biçimleri gösterilmiştir. İnce daneli zeminlerin dane biçimlerinin ise kalınlıkları diğer boyutlarına göre çok az olan ince plakalar şeklinde oldukları gözlenmektedir (Bu daneler çok küçük oldukları için biçimleri ancak mikroskop altında incelenebilmektedir). Danelerin yüzey alanlarının hacimlerine (veya ağırlıklarına) oranı spesifik yüzey olarak tanımlanmaktadır. Spesifik (Özgül) Yüzey = Yüzey alanı / hacim Kil danelerinin boyutları ve spesifik yüzeyleri mineral yapısına bağlı olarak büyük farklılıklar göstermektedir. Tablo1.1’de tabii zeminlerde yaygın olarak rastlanılan kil minerallerinden oluşan danelerin ortalama boyutları ve spesifik yüzeyleri verilmiştir.
Şekil 1-1 iri daneli zeminlerin dane biçimleri
Tablo: 1.1 Tabii zeminlerde yaygın olarak rastlanılan kil minerallerinden oluşan danelerin ortalama boyutları ve spesifik yüzeyleri
Kil minerali Kaolin Klorit İllit Montmorillonit
Dane Kalınlığı (x.10-6 mm) 50-2000 30 30 3
Dane Çapı (x.10-6 mm) 300-4000 10000 10000 100-1000
Spesifik Yüzey (m2/gr) 15000 800000 800000 8000000
İnce daneli zeminleri oluşturan danelerin mineral yapısı, boyutları ve biçimleri ile çok yüksek spesifik yüzeye sahip olmaları, onların mühendislik özelliklerini ve zemin içindeki su ile etkileşimini kontrol eden çok önemli unsunlar olmaktadır.
2-İNCE DANELİ ZEMİNLERİN KIVAMI VE KIVAM LİMİTLERİ
İnce daneli zeminlerin mühendislik davranışının büyük oranda içerdikleri su miktarına (su muhtevasına) bağlı olarak değişiklik gösterdiği bilinmektedir. Killi bir zeminin kıvamı, yalnızca içindeki su miktarı artırılarak, çok katı bir kıvamdan viskoz bir sıvı kıvamına kadar çok geniş bir aralık içinde değiştirebilmektedir. Buna bağlı olarak da, mukavemet, yük altında şekil değiştirme ve sıkışma gibi mühendislik özelliklerinde büyük farklılıklar meydana gelebilmektedir. İnce daneli zeminlerin mühendislik özelliklerinde su muhtevasına bağlı olarak meydana gelen değişiklikler, esas olarak daneleri oluşturan minerallerin kristal yapısına, zeminin arazideki çökelme koşullarına ve boşluk1ardaki zemin suyunun kimyasal özelliklerine bağlı olmaktadır. Bu açıdan, tabii zeminlerin kıvamında ve mühendislik özelliklerinde su muhtevasına bağlı olarak gözlenen değişimler büyük farklılıklar gösterebilmektedir. Killi zeminlerin, belirli su muhtevası aralıklarında, plastik davranış (uygulanan yükler altında kalıcı şekil değiştirmeler gösterdiği) çok eskiden beri bilinmektedir. Killi zeminlere yeterince su eklenince, istenilen şekil verilebilmekte ve kurumaya bırakılınca bu verilen şekli koruyabilmektedirler. Bu özelliklerinden dolayı çok eski zamanlardan beri insanlar killi zeminlerden kaplar, çanaklar ve heykelcikler yapmak için yararlanmışlardır. Killerin kıvamının su muhtevasına bağlı olarak katı-plastik-viskoz sıvı kıvamları arasında değişmesinin nedenlerini anlayabilmek için, daneleri oluşturan minerallerin kristal yapısını ve daneler ile boşluklardaki suyun ve içindeki kimyasal maddelerin çökelme sırasında ve daha sonraki arazi koşullarında karşılıklı etkileşimini incelemek gerekmektedir. Bu üçlü etkileşim oldukça karmaşık bir problem oluşturmakla beraber yapılan bir çok araştırmalar sonucu konunun oldukça açıklığa kavuştuğu söylenebilir. Killi zeminlerin danelerini oluşturan minerallerin ince plakalardan oluşan bir kristal yapısına sahip oldukları anlaşılmıştır. Bu nedenle kil daneleri plakalar şeklindedir. Bu plakaların genişlik, uzunluk ve kalınlık oranlan mineral yapılarına bağlı olarak farklılıklar göstermektedir. Plaka şeklindeki kil danelerinin yüzeylerinde negatif elektrik şarjları. kenarlarında ise negatif veya pozitif elektrik şarjları bulunmaktadır.Su molekülleri ise bir ucu negatif bir ucu pozitif elektrik yüklü çift polariteli bir karaktere sahiptir. Ayrıca, zemin suyu içinde bulunabilecek kimyasal
maddeler negatif (katyonlar) veya pozitif (anyonlar) elektrik yüklü olabilmektedir. Kil danelerinin yüzeyinde ve su molekülleri ile kimyasal maddelerde birbirinden farklı elektrik yüklerinin mevcut olması sonucu aralarında elektriksel çekim ve itki kuvvetleri ortaya çıkmaktadır. Bu kuvvetlerin şiddeti büyük oranda danelerin mineral yapısına bağlı olmaktadır. Elektriksel çekim kuvvetleri sonucu su molekülleri kil danelerinin yüzeyine yapışmakta ve daneler yüzeylerinin adsorbe su olarak nitelendirilen bir su tabakası ile kaplanmasına yol açmaktadır. Adsorbe su, yüksek viskoziteye ve yoğunluğa sahip olmakla beraber dane yüzeyinden uzaklaştıkça elektriksel kuvvetlerin şiddeti uzaklığın karesi ile ters orantılı olarak azaldığı için, özellikleri değişmekte ve belli bir uzaklıktan sonra boşluklardaki serbest suya dönüşmektedir. Zeminin düşük su muhtevalarına sahip olduğu durumlarda daneler arasında adsorbe şu taba- kalan ile temas meydana gelmekte ve bu su tabakasının sahip olduğu yüksek viskoziteden dolayı danelerin birbirine göre hareketi zorlaşmaktadır (Zemin katı bir kıvamdadır). Zeminin su muhtevası arttıkça, daneler birbirinden uzaklaştığı için adsorbe su tabakaları arasında temas kaybolmakla, daneler birbirine göre daha kolay hareket edebilmekte ve zemine istenilen şeklin verilmesi kolaylaşmaktadır (dolayısıyla zemin plastik bir kıvama gelmiş olmaktadır.) Su muhtevasının çok yüksek değerlerinde ise çok küçük olan kil daneleri su içinde bir süspansiyon haline gelmektedir. Yukarıda killi zeminlerin kıvamlarında su muhtevasına bağlı olarak gelen değişimler basitleştirilmiş şekilde açıklandırılmıştır.tabi zeminlerde danelerin mineral yapısının ve zemin suyunun kimyasal özelliklerinin farklılıklar gösterdiği bilinmektedir. Killerin kıvamında su muhtevasına bağlı olarak meydana gelen değişimleri deneysel olarak saptayabilmek için bazı sınır su muhtevası değerleri tanımlamıştır. Kıvam limitleri olarak bilinen bu su muhtevası değerlerini belirlemek için kullanılan deney yöntemleri Atterberg (1911) tarafından geliştirilmiştir. Başlıca üç kıvam limiti (veya Atterberg Limiti) tanımı kullanılmaktadır: 1- Likit limit (wL) Zeminin viskoz bir sıvıdan plastik bir kıvama dönüştürdüğü su muhtevası.
2- Plastik limit (w p) Zeminin plastik bir malzemeden yan plastik bir malzemeye dönüştüğü su muhtevası. 3- Büzülme limiti (ws) Zeminin yan plastik bir malzemeden katı bir malzemeye dönüşlüğü su muhtevası. Su muhtevasına bağlı olarak zeminin hacminde meydana gelen değişimlerin kıvam limitleri ile ilişkisi ile Şekil 2-1’de gösterilmiştir. Likit limit değerine kadar su muhtevası değişimleri ile
Şekil 2-1 Zeminlerde su muhtevası-hacim değişimi davranışı ve kıvam kıvam limitlerinin tanımlanması
Hacim değişimi arasında doğrusal bir ilişki varken likit limit ile plastik limit arasında bu ilişki doğrusal olmaktan uzaklaşmakta, büzülme limiti değerinden sonra ise zeminin hacmi sabit kalmaktadır (daha fazla kuruma zemin hacminde azalmaya yol açmaktadır). Likit limit ile plastik limit arasında kalan su muhtevalarında zemin plastik davranış gösterdiği için, bu iki limitin farkı plastisite indisi (Ip) olarak
Ip= (WL - Wp) tanımlanmaktadır. Plastisite indisi, zeminin plastik davranış gösterdiği su muhtevaları aralığının genişliğini göstermektedir.
Likit limit ve plastisite indisinin birlikte değerlendirilmesi zeminin plastisitesinin bir ölçüsü olarak kullanılmaktadır. Şekil 2-2’de gösterilen Casagrande plastisite kartında, wL = % 50’ den geçen düşey doğru ile A-hattı olarak bilinen eğik doğrunun (Bu doğrunun denklemi
Ip=0.73 (wL -20) olmaktadır), ayırdığı dört bölge tanımlanmaktadır. Yüksek plastisiteli zeminlerin WL % 50 doğrusunun sağında, düşük plastisiteli zeminlerin ise bu doğrunun solunda yer aldığı kabul edilirken, A-hattının üstündeki zeminler killeri, altındaki zeminler ile siltleri oluşturmaktadır. Casagranda plastisite kartı olarak bilinen bu şekildeki taranmış alana düşen zeminlerin ise düşük plastisiteli siltler ile killer arasında geçiş bölgesi oluşturduğu kabul edilmekledir.
Şekil 2-2 Casagrande plastisite kartı 3-KONU TARİF VE KAPSAMLAR
Bu Standard inşaat mühendisli ile ilgili Laboratuar zemin deney metotlarına dairdir. 3.1Tarifler
3.1.1 Likit limit
Likit limit, zeminin likit limit deneyiyle ölçülen plastik durumdan akıcı duruma geçtiği andaki su muhtevasıdır. 3.1.2 Plastik Limit
Plastik Limit, kurumakta olan bir zeminin plastik limit deneyiyle ölçülen plastiklik özelliğini yitirdiği andaki su muhtevasıdır. 3.1.3 Plastisite İndisi
Plastisite indisi, bir zeminin likit limiti ile plastik limiti arasındaki sayısal farktır. 3.1.4 Plastik Olmayan Zemin
Plastik olmayan zemin, plastisite indisi sıfıra eşit olan veya üzerinde plastik limit deneyi yapılamayan zemindir. 3.1.5 Dane Çapı Dağılımı
Dane çapı dağılımı, çeşitli çaplarda küçük daneler zeminin toplam kuru ağırlığına oranla yüzde olarak belirtilmesidir. 3.1.6 Moloz (Blok)
Moloz, boyutları 200 mm ile 60 mm arasında değişen yuvarlak veya çok köşeli malzemedir. 3.1.7 Çakıl
Çakıl, zeminin boyutları 60 mm ile 2 mm arasında kalan danelerden oluşan bölümüdür. 3.1.7.1 İri Çakıl
İri çakıl, zeminin boyutları 60 mm ile 20 mm arasında kalan danelerden oluşan bölümüdür
3.1.7.2 Orta Çakıl
Orta çakıl, zeminin boyutları 20 mm ile 6 mm arasında kalan danelerden oluşan bölümüdür. 3.1.7.3 İnce çakıl
İnce çakıl, zeminin boyutları 6 mm ile 2 mm arasında katan danelerden oluşan bölümüdür. 3.1.8 Kum (s)
Kum, zeminin boyutları 2,0 mm ile 0,06 mm arasında kalan danelerden oluşan bölümüdür. 3.1.8.1 İri Kum
İri kum ,zeminin boyutları 2,0mm ile 0,6 mm arasında kalan danelerden oluşan bölümüdür. 3.1.8.2 Orta Kum
Orta kum, zeminin boyutları 0,6mm ile 0,2mm arasında kalan danelerden oluşan bölümüdür. 3.1.8.3 İnce Kum
İnce kum, zemin boyutları 0,06mm ile 0,002mm arasında kalan danelerden oluşan bölümdür.
3.1.9 Silt (M)
Silt, zeminin boyutları 0,06 mm ile 0,002mm arasında kalan danelerden oluşan bölümüdür.
3.1.10 Kil ( C )
Kil zeminin boyutları 0,002 mm ‘den küçük danelerden oluşan bölümüdür. 3.1.11 Kohezyonlu Zemin
Kohezyonlu zemin, içerdiği kil mineralleri etkisiyle, suyla yoğrulduğunda hamurumsu kıvam kazanabilen türüdür. 3.1.12 Kohezyonsuz Zemin
Kohezyonsuz zemin, plastik özellik göstermeyen, kısaca çamur oluşturmayan zemindir. 3.1.13 Tabi Birim Hacim Ağırlık
Tabi birim hacim ağırlık, bir zeminin boşlukları da içine alan birim hacimdeki katıların, varsa suyun, toplam ağırlığıdır. 3.1.14 Kuru Birim Hacim Ağırlık
Kuru birim hacim ağırlık, yaş durumda birim hacim kaplayan zeminin 105 C° ’de değişmez kütleye eriştikten sonraki ağırlığıdır. 3.1.15 Su Muhtevası
Su muhtevası, kuru ağırlığın yüzdesi olarak belirtilen, zeminin 105C’de, ısıtılması sonucu bünyesinden verebildiği. su miktarıdır. 3.1.16 Değişmez Kütle
Değişmez kütle, etüvde kurutulmakta olan numunenin 4 saat aralılıkla yapılan iki tartı arasında %0.1’den büyük fark göstermediği ağırlığıdır. 3.1.17 Optimum su Muhtevası
Optimum su muhtevası, belirli bir mekanik enerji uygulanarak sıkıştırılan zeminde maksimum kuru birim hacim ağırlığı sağlayan su muhtevasıdır.
3.1.18 Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlık
Maksimum kuru birim hacım ağırlık, optimum su muhtevasındaki bir zemine belirli bir sıkıştırma enerjisi uygulanarak elde edilen kuru birim ağırlıktır. 3.1.19 Sıkılık Yüzdesi
Sıkılık yüzdesi, bir zeminin kuru birim hacim ağırlığının, zeminin Standard laboratuar sıkıştırma deneyiyle bulunan maksimum kuru birim hacim ağırlığına oranı olup, yüzde olarak belirtilir. 3.1.20 Hava Boşlukları Yüzdesi
Hava boşlukları yüzdesi, zemin içerisindeki hava boşlukları hacminin, kurutulmamış zemin hacmine oranı olup, yüzde olarak belirtilir. 3.1.21 Sabit Hava Boşluğu Eğrisi
Sabit hava boşluğu eğrisi, belirli bir hava boşluğu yüzdesi için, zeminin kuru birim hacim ağırlığı-su muhtevası bağıntısını. gösteren eğridir. 3.1.22 Doygunluk Eğrisi (Sıfır Hava Boşluğu Eğrisi)
Sıkıştırılmış zeminde hiç hava boşluğu bulunmadığı durumlardaki kuru birim hacim ağırlık-su muhtevası bağıntısını gösteren eğridir. 3.1.23 Havada Kurutulmuş Zemin
Havada kurutulmuş zemin, tepsiler içerisine serilerek laboratuarda üç veya dört gün kurumaya bırakılmış zemindir.
3.1.24 Eşdeğer Dane Çapı
Eşdeğer dane çapı, su içinde o dane ile aynı hızda çöken, özgül ağırlığı daneninkine eşit bir kürenin çapıdır.
KAPSAM
Bu Standard, inşaat mühendisliği ile ilgili, laboratuarda yapılacak deneylerden su muhtevası, likit ve plastik limitler, tek eksenli büzülme, dane dağılımı ile, birim hacim ağırlıklar; optimum su muhtevası—maksimum birim hacim ağırlık bağıntısının bulunmasını; taşıma oranı, serbest basınç ve üç eksenli hücre basınç dayanımı; tek yönlü sıkışmada konsolidasyon katsayılarının ölçümü metodlarını kapsar.
4-STABİLİZASYON
Zeminlerin, dirençlerini arttırmak veya belirli koşullar da sahip oldukları direnci her türlü hava koşullarında korumak veya aynı zamanda değişken yük ve iklim koşullarının zararlı etkileri altında uzun zaman dayanacak hale getirilmelerini sağlamak amacı ile, katkı maddeleri ile karıştırılarak kararlı hale getirilmeleri işlemine stabilizasyon denir. Bazı stabilizasyon yöntemleri şunlardır.
4.1 ÇİMENTO İLE ZEMİN GÜÇLENDİRME
Çimento stabilizasyonu ile zemin iyileştirme granüllü zeminlerin toz haline getirilerek çimento eklenmesi ve karıştırılması ile gerçekleşmektedir. Gerekli zemin bölümleri toz haline getirme, çimento ekleme, ıslatma ve sıkıştırma yöntemlerinin kullanımı ile iyileştirilmektedir. Bu yöntem gevşek ve akışkan olmayan, yoğunluk ve nem olarak tüm zemin derinliğinde benzerlik, aynılık gösteren zeminlerde uygulanmakta ve etkili olmaktadır. Zemin yüzeyi çimento stabilizasyonu uygulaması için yumuşak ve uygun hale getirilmektedir.kullanılacak çimento uygulama sahasında depolandıktan sonra nemden korunmaktadır.
Çimento stabilizasyonuna geçmeden önce gevşek yada uygun olmayan zemin materyalleri uzaklaştırılmalı yada ıslatarak, bazı yerlerde kurutarak, zeminin yüzeyini karıştırarak, vb işlerle zemin her yerde aynı yoğunluğa getirilmelidir. Çimento ile stabilizayon uygulamasına hazır hale gelen zemine gerekli oranda çimento yayılır. Zemin üzerinde yayılma yolu ile serilen çimentonun aynı gün içinde karıştırma, sıkıştırma ve bitirme işlemlerinin tamamlanması gerekmektedir. Çimentonun zemine serilme işleminde rüzgar ile istenmeyen yönde yayılması minimum tutulmalıdır. Çimento ve zemin su ile karıştırılmadan önce kuru bir şekilde karıştırılmalıdır. Kuru karışım gerçekleştikten hemen sonra hızla su ile karıştırılma işlemine geçilmektedir. Su ile karışımın ardında sıkıştırma yapılmaktadır. 30 dakika bekleyen zeminde çimento karışımı donmaya başlayacağı için sıkıştırma işlemi bu süre içinde gerçekleşmelidir. 30 dakika boyunca işlem görmeden zemin bırakılmamak koşulu ile şıkıştırma 2 saat içinde tamamlanmalıdır. Sıkıştırma gerçekleştirilmeden zemindeki nem oranı sebebiyle donan çimento zemin karışımı güçlendirme sağlamayacağı için yerinden kaldırılması gerekmektedir. Sıkıştırma bittikten hemen sonra zemin üzerinde kalan gevşek malzeme zemin üzerinden uzaklaştırılmalıdır. Çimento ile güçlendirilmiş zeminlerin istenilen ölçüde iyileştirilebildiği ölçüm teknikleri ölçülebilmektedir.
4.2 KİREÇ ile ZEMİN GÜÇLENDİRME
Kireç ile zemin güçlendirme mevcut zemin malzemesi ile kireç tozu ya da kireç çamurunun karıştırılması ve de zeminin gerekli yoğunluğu kadar sıkıştırılması ile gerçekleşmektedir. Güçlendirme için kullanılacak kireci tipi zemin güçlendirme projelerinde tespit edilmektedir. Kireç kalsiyum hidroksit ya da kalsiyum magnezyum hidroksit ve magnezyum oksit karışımlarını içermektedir. Zemin ile karıştırılan bu
malzeme su ile karşılaştığı zaman kimyasal reaksiyon göstermektedir.
4.2.1 Kimyasal Bileşenler
Hidrat alkalinite Ca(OH)2 ağırlığa göre oran Min % 90 Su ile karışmamış kireç CaO ağırlığa göre oranı Max. % 5 Su, H2O ağırlığa göre oranı Max. % 4 Kireç ve güçlendirilecek zemin bileşenlerinin istenilen nitelikte karıştırılması için makineler kullanılmaktadır. Su ile reaksiyondaki kireç zemine uygulanana kadar hava şartlarından etkilenmeyeceği bir depoda korunmalıdır. Hava şartlarından etkilenmeyen depolarda korunan kireç karışımı zeminin nemi ve rutubetinden de korunmalıdır. Kireç ile zemin güçlendirme bileşenleri tekdüze benzer karışım halinde olan ve nem oranı, yoğunluğu her yerde benzerlik ve tek düzelik gösteren zeminlerde etkili kullanılabilmektedir. Kireç ile güçlendirmeye başlarken ilk olarak zemin yüzeyi çalışma için uygun hale getirilmelidir. Kireç ile güçlendirilecek zemin bileşenleri altında kalan mevcut tabaka temel yüzeyi oluşturacak yeterli yoğunluğa ve güce sahip değilse kireç ile güçlendirilecek yüzey sağlam bir zemin yoğunluğuna ulaşana kadar kazılmalıdır. Kazılan zemin bileşenleri serpme ve kurutma yöntemleri ile sıkıştırmadan önce gerekli kuruluk ve yoğunluk ölçüsüne getirilmektedir. Stabil olmayan ya da sıkıştırılması uygun görülmeyen zemin bileşenleri uygulama alanından uzaklaştırılmalıdır. Kaldırılan ve uzaklaştırılan malzeme yerine stabil malzeme eklenmektedir. Kireç bir gün içerisinde zemine uygulanacağı ve güçlendirmenin yapılacağı kısma serilmelidir. Kireçli kısım bir sonraki güne bırakılmadan güçlendirme işlemi bitirilmelidir. Zemine kireç serpme, yayma, vb. işlemleri olabildiğince homojen olmalıdır. Kireç serpme sırasında rüzgar etkisi ile kirecin istenmeyen yönde
yayılması minimumda tutulmalıdır. Rüzgarın
güçlü estiği durumlarda kireç
uygulamaları yapılamayabilir. Kireç ile karıştırılması gereken zemin bileşenleri hızla ve homojen bir şekilde karıştırılmalıdır. Karışım esnasında zemin rutubeti kontrol edilmelidir. Zemin gerekli kurulukta olmalıdır. İstenilen nitelikte karışım gerçekleştikten hemen sonra zemin sıkıştırma işlemi başlamalıdır. Sıkıştırmanın ardından zeminin istenilen yoğunluğa ulaşıp ulaşmadığı ölçülebilmektedir.
4.3 PATLATMA İLE SIKIŞTIRMA
Patlatma ile sıkıştırma yapışkanlığı az olan gevşek zeminlerde zemini oluşturan malzemenin daha küçük parçalara dönüştürülerek sıkıştırılmasının sağlandığı bir zemin iyileştirme yöntemidir. Bu yöntem ile bağlayıcı ve yapışkanlık özelliği az olan zemin bileşenleri patlatma etkisi ile yer değiştirerek ve daha küçük parçalara ayrılarak çıkan tozun da etkisi ile sıkışmaya uygun bir yapıya dönüştürülmektedir.
4.3.1 Patlama ile Olması Beklenen Zemin Davranışı
•
Yüzeyin işlenmeye hazır bir yapıya hızla kavuşur
•
Patlatma işlemine tabi olmuş zemin penetrasyonu bir kaç hafta geçtikçe
artmaktadır •
Patlama etkisiyle zemin özellikle yüzeyde gevşeklik kazanabilir
4.3.2 Dikkate alınması Gereken Koşullar
•
Patlayıcılar sıkıştırılmak istenen zemin tabakasının yaklaşık 1/2 ila 3/4 derinliğine
kadar yerleştirilmelidir. •
Sıkıştırılması planlanan zemin test edildikten sonra patlatılacak mesafe aralığı 5-
15 metre arasında tespit edilir •
Patlatmalar aynı anda olmaz gecikmeli yapılmaktadır
•
Patlama noktalarının her biri bir kaç tane patlayıcı içermektedir
•
Başarılı bir sıkıştırma için patlayıcıların yerleştirilmesi bir kaç gün sürebilmektedir
•
İşlenecek zeminde kullanılacak patlayıcılar m3 için gram olarak hesaplanır ve
yukarıda yazdığı şekilde hesaplanarak yerleştirilir •
Zemin yüzeyi patlama sonrası etkili sıkışmaz bunun için zemin yüzeyinin farklı
bir yöntemle sıkıştırılması gerekebilir. Patlatma ile sıkıştırma yapışkanlığı az olan gevşek zeminlerde zemini oluşturan malzemenin daha küçük parçalara dönüştürülerek sıkıştırılmasının sağlandığı bir zemin iyileştirme yöntemidir. Bu yöntem ile bağlayıcı ve yapışkanlık özelliği az olan zemin bileşenleri patlatma etkisi ile yer değiştirerek ve daha küçük parçalara ayrılarak çıkan tozun da etkisi ile sıkışmaya uygun bir yapıya dönüştürülmektedir.
4.4 BİTÜMLÜ MALZEMELE İLE ZEMİN STABİLİZASYONU
Zeminler, asfalt çimentosu, katran, katbek asfaltları ve asfalt emülsiyonları ile stabilize edilirler. Bitümlü malzeme ile yapılan zemin stabilizasyonlarında direnç stabilite ve geçirimsizlik özelliklerine etkiyen 4 ana etken mevcuttur.
4.4.1 Zemin Cinsi:
Zeminin granülometrik yapısı, plastisitesi, pulverize edilebilme durumu stabilize zeminin direnci üzerinde rol oynayan en önemli etkendir. Zeminin dane boyutu küçüldükçe ve plastisitesi arttkça bitümlü malzeme ile zor karışmaktadır. Çakılın varlığı halinde stabilize zeminin direnci ve dayanıklılığı artar. Gerekli bitümlü malzeme miktarı azalır. Bitümlü malzemenin karışım içinde üniform dağılışını sağlamak ve sıkıştırmayı kolaylaştırmak için zemin içinde bir mikar su bulunmalıdır.
4.4.2 Bitümlü malzeme :
Bitümlü malzemenin cinsi ve miktarı stabilize zeminin stabilitesi üzerinde etkilidir. Bitümlü malzeme püskürtme yolu ile 2-3 defa uygulanırsa toplam miktarı 3-4 lt/m² olur. Sabit tesislerde zeminle karıştırılırsa , bitümlü malzeme oranı karişım aralığının %4-6’sı kadardır. Bitümlü malzemenin cinsi genellikle iklim koşullarına ve zeminin cinsine bağlı olarak seçilir. Sıcak iklimlerde yavaş serleşen katbek asfaltları , soğuk iklimlerde çabuk hızla kuruyan katbek asfaltlarının kullanılması uygundur. 4.4.3 Karıştırma :
Karışımda kullanılan makinenin tipi, kariştırma enenrjisi ,bitümlü malzemenin ilave edilme şekli ,karıştırma sırasında ki sıcaklık derecesi iyi bir karışım yapılması ve karışımın üniformluğu bakımından önemlidir. Stabilizasyon sıcak mevsimde yapılmalıdır. Uygulama sıcaklıkları kullanılacak bitümlü malzemenin cinsine bağlı olarak değişir.
4.4.4 Sıkıştırma:
Sıkıştırma miktarı ve sıkıştırma sırasında karışımın içerdiği likit oranı, stabilizasyonun kalitesi ve direnci üzerinde etkilidir. Sıkıştırmanın max. Yoğunluk elde edilebilmesi için optimum su muhtevasında yapılması uygundur. Likit haldeki bitümlü malzemelerle yapılan stabilizasyonlarda su muhtevası yerine optimum likit muhtevası söz konusu olur. Likit muhtevası zemin cinsi ilebitümlü malzeme cinsi ve kıvamına bağlı olarak değişir.
5-LİKİT
LİMİT
VE
PLASTİK
LİMİTİN
DENEYSEL
OLARAK
SAPTANMASI
İnce daneli zeminlerin viskoz bir sıvı kıvamından plastik bir kıvama dönüştüğü su muhtevası olarak kabul edilen likit limit değerinin saptanması için kullanılan laboratuar aleti şekil 2.8’de gösterilmiştir. Deney, değişik su muhtevalarında hazırlanan zemin numunelerinin şekil gösterilen kaba doldurulması, bu numune içinde standart boyutlarda bir yarık açılması ve aletin kolu çevrilerek kabın 1.0 cm yükseklikten bir çok defa düşürülmesi yolu ile yapılmaktadır.açılan yarığın 1.25 cm kadarlık kısmının kaplanmasına yol açan düşüş sayısı ile zeminin su muhtevası arasındaki ilişki deneysel olarak saptanmakta (şekil 5-1) ve 25 düşüşte yarığın kaplanmasına karşılık gelen su muhtevası değeri zeminin likit limiti olarak kabul edilmektedir. İnce daneli bir zemine, kırılmalara yol açmadan, yoğrularak istenilen şekil verilebiliyorsa o zeminin plastik bir kıvamda olduğu kabul edilmektedir.Zeminin plastik özelliğini koruduğu en düşük su muhtevası ise, plastik limit olarak tanımlanmaktadır.Deneysel olarak bir zeminin plastik limitinin saptanması için, nemli bir numune düzgün bir yüzey üzerinde yuvarlak ince silindirler halinde getirilmeye çalışılmaktadır.Zeminin kırılmadan yaklaşık 3mm kalınlığında bir silindir haline getirilebildiği su muhtevası plastik limit olarak kabul edilmektedir.
Eğer zeminin su muhtevası tam plastik limit değerinde ise silindir 3mm kalınlığına ulaştığı zaman kırılmalar başlayacaktır. Bu su muhtevası değerli deneme-yanılma yöntemiyle bulunmaya çalışılmalıdır.
Şekil 5-1 Likit limit deneyi ve deney sonuçlarının grafiksel olarak gösterilmesi İnce daneli zeminlerin büzülme limitini saptayabilmek için, şekil 5-1’de gösterilen su muhtevası – hacim değişimi ilişkisinin deneysel olarak saptanması gerekmektedir. Yaklaşık likit limit değeri civarında bir su muhtevasında hazırlanan belirli hacimdeki bir zemin numunesi kurutulduktan sonra kuru hacmi ölçmekte ve zeminin büzülme limiti hesaplanmaktadır.
5-1 KIVAM LİMİTLERİNİN MÜHENDİSLİKTE KULLANIMI
Kıvam (Atterberg) limitleri esas olarak ince daneli zeminlerin değişik su muhtevalarındaki mukavemetlerinin bir göstergesi olmaktadır. Zeminin tabii su
muhtevasının kıvam limitleri ile karşılaştırılması bize o zeminin mukavemeti hakkında bir fikir vermektedir. Bu karşılaştırmayı yaparken bazı boyutsuz katsayılar kullanmak yararlı olmaktadır. Bunlar arasında yaygın olarak kullanılan iki tanesi Likitlik indisi,
IL = ( W-Wp)/ (WL-Wp) = (W-Wp)/ Ip
Ve; Relatif Konsistans;
IC = (WL-W)/ (WL-Wp) = (WL-W)/ Ip
olmaktadır. Bu katsayıların değerleri ile zeminin kıvamı arasındaki ilişki Tablo 51’de gösterilmiştir.
Tablo 5-1- İnce Daneli Zeminlerin Kıvamı Zeminin Kıvamı Viskoz sıvı Plastik Katı
IL IL>1 0
Ic IC<0 0 1
Ayrıca, kıvamı limitleri zeminin plastisitesine göre sınıflandırılmasını sağlamakta, ince daneli zeminlerin yükleme tarihçesi, su geçirgenlik özellikleri, değişik amaçlar için inşaat malzemesi olarak seçilmesi, yükler altında sıkışması, şişme potansiyeli ile arazi sıkıştırma ve çalışma koşulları yönünden çok yararlı ön bilgiler vermektedir. ilerdeki bölümlerde sırası geldikçe kıvam limitleri ile mühendislik Özellikleri arasındaki ilişkilere değinilecektir. Genel olarak, zeminin p1astis arttıkça sıkışma ve şişme potansiyeli artmakta, su geçirgenliği azal makta, arazi kazı ve dolgu işlemleri sırasında ise zorluklarla karşılaşılmaktadır. İnce daneli zeminlerin plastisite indisinin kil yüzdesine (0.002 mm.den küçük daneler miktarı) oranı ise zeminin aktivite katsayısı olarak tanımlanmaktadır. Aktivite katsayısı zemin içindeki kil minerallerinin cinsi hakkında fikir vermektedir. Değişik killerin aktivite katsayı değerleri Tablo 5-2’gösterilmiştir.
Tablo 5-2 Killerin Aktivitesi Kil cinsi Kaolin İllit Montmorillonit
A(aktivite katsayısı) 0,38 0,90 7,20
Aktivite katsayısı 0.75’dcn küçük olan killer aktif olmayan killer. 0.75-1.25 arasında olanlar normal killer, l.25’dcn büyük olan ise aktif killer olarak kabul edilmektedir..
5-2 TABİİ KİLLERİN KIVAMI VE SENSİTİVİTESİ
Tabii killerin arazi koşullarındaki kıvamı yumuşak, orta katı ve sert gibi terimlerle ifade edilmektedir. Katılık derecesinin ölçüsü olarak ise genellikle serbest basınç mukavemeti kullanılmaktadır. Tablo 5-2’de katılık derecesi ile serbest basınç mukavemeti arsındaki ilişki gösterilmiştir Tablo 5-3 İnce Daneli Zeminlerin Katılık Derecesi Serbest Basınç Mukavemeti qu(kN/m2) <25 25- 50 50- 100 100-200 200-400 >400
Katılık derecesi Çok yumuşak Yumuşak Orta katı Katı Çok katı sert
6- ZEMİN MEKANİĞİ LABORATUAR DENEYLERI
Bu çalışmanın yararlı olabilmesi için arazi etütleri sırasında zeminin çok iyi kavranması, nasıl davranış göstereceğinin tahmin edilmesi, üzerine gelecek yüklere karşı göstereceği tepkinin hangi deneylerle ortaya konabileceğinin önceden bilinmesi, ona göre de numune alınarak deney istenmesi gerekmektedir. Zemini temsil etmeyen, sonuçları projeci tarafından kullanılamayan deneylerin, raporlarda aksesuar olmak dışında fazlaca bir anlamı da yoktur.
6-1 ZEMİN DENEYLERİ Zemin Deneylerinin Amacı:
1. Zemini tanımlamak ve fiziki özelliklerini belirlemek 2. Zemini sınıflamak 3. Sıkışabilirliğini ve sıkışma %‘sini bulmak 4. Kayma mukavemeti 5. Zaman karşı oturma 6. Yüklerin zemin içerisinde dağılımını hesaplamak 7. Şey stabilitesini hesaplamak 8. Taşıma gücünü ve zemin emniyet gerilmesini bulmak mümkündür. Böylece çok bilinmeyenli olan zeminin bilinmeyenlerini deneylerle çözerek projeciye istediği tüm daneleri vermiş oluruz.
6-2 NUMUNE ALMA
Alınacak numune sayısı ve ölçüsü araştırmanın amacına ve zeminin özelliklerine bağlıdır. Yapılacak deneye bağlı olarak numuneler örselenmiş veya örselenmemiş olarak alınabilir. Numune almak için gerekli aletler 1. Numune torba ve kapları (ince malzemeleri yitirmeyecek özellikte) 2 El burgusu 3. Numune toplama örtüsü (2 x 2 metre) 4. Kürek, kazma 5 Çekiç 6 Spatula, 7. Bıçak 8 Keski 9 Mala 10. Çelik metre 11. Numune etiketi ve not defteri Tablo 6.2.1 Deneylere göre gerekli malzeme ağırlıkları Deneyin adı Tane dağılımı Özgül ağırlık Su içeriği Kıvam limitleri Proktor Geçirgenlik Serbest basınç Üç eksenli kesme konsolidasyon
Gerekli numune (kg) İnce taneli zemin İri taneli zemin 1-1,5 10 1 2 0,5 1 1 2-3 4-5 8-10 2-3 3-4 2 3 3 4 2 3
6-2-1 ÖRSELENMİŞ NUMUNE ALMA
1 Oluk maksimum tane çapının 4 katı genişlikte açılmalıdır. 2. Hangi katmanlardan numune alınacağına. İstenilecek deney sayısına göre malzeme miktarına önceden karar verilmelidir. 3. Numune alınacak oluk gözlemlenerek renk, koku, çimentolaşma, sıkılık, tane dağılımı, tane şekli ve eş boyutluluğu konusunda gerekli b not edilme 4. Tabana serilecek örtü üzerine alınacak numunelerin 4 katı malzeme oluk boyunca kazılarak alınmalıdır. 5 Çeyrekleme yada bölgeç ile istenilen miktar numune oluşturulmalıdır.
Burgu ile numune alınırken yeterli miktarda numune alınamayacağı, ancak zemin hakkında bilgi top unutulmamalıdır. Zemin cinsine bağlı olarak 10cm ve daha büyük çaplı el burguları ile açılan deliklerden alınan numuneler örtü üzerine konik yığınlar halinde yığılmalı, aynı cins malzemeler daha sonra gruplandırılarak birleştirilmeli ve yine çeyrekleme yöntemi ile istenilen miktarda numune oluşturulmalıdır..
6-2-2 ÖRSELENMEMİŞ NUMUNE ALMA
1. Derinden sondaj ile, yüzeyden ise el örselenmemiş numune alınabilir.
2. Alınacak numuneler silindir, prizma yada küp şeklinde olabilir. Numune almak için gerekli aletler:
6-3 NUMUNE ALMAK İÇİN GEREKLİ ALETLER
1. Kazma, kürek, bıçak, lastik takmak ve tel bibi standart kazı gereçleri 2. Numuneyi korumak için uygun ebatta sandık 3. Numuneyi desteklemek için talaş, köpük gibi malzemeler 4. Parafın. boya fırçası. ısıtıcı 5. Etiket
Alınan numuneler su içeriklerini yitirmemesi için derhal ortamdan yalıtılmalıdır. Yalıtım işi, numunenin parafin emdirilmiş bez ile 2 kere sarılmasıyla yapılır. Eritilmiş parafin kesinlikle numune üzerine dökülmemelidir. Yalıtılmış numune sandık içerisine yerleştirildikten sonra talaş. köpük ile desteklenerek darbe ve sarsıntılara karşı korunmalıdır. Örselenmemiş numuneler (özellikle metal tüplerde alınan) en kısa zamanda laboratuara ulaştırılarak deneylere başlanmalıdır.
6-4 SU İÇERİĞİNİN BELIRLENMESI
Su içeriği bir zeminin özerliklerine etki eden en büyük etkendir. Gerek yapı malzemesi olarak, gerekse temel zemini olarak su içeriğinin denetimi yapı ekonomisini ve kullanılan yapı yöntemlerini önemli oranda etkiler.
Su içeriğinin bu tür araştırmalarda, deneylerde ve inşaat denetimlerinde saptanması ve kaydedilmesi gerekir. Malzeme ve temel araştırmalarında zemin için kullanılan ıslak, nemli ve kuru gibi terimler malzemenin kullanılabilirliğinde ve davranışlarında önemli bir parametredir
Zeminlerde su içeriğinin bilinmesi, zeminin sıkışma denetirlerinde. kıvam limitlerinin belirlenmesinde, temellerin ve her türlü toprak yapıların denge hesapları için gereklidir. Bu deney, zemindeki su miktarını kuru ağırlığın % si olarak verir. TS 1900’a göre etüv kurulması metodu ile belirlenir.
6-5 Deney için gerekli malzeme ağırlıkları
- İnce taneli zeminler için En az 30 gr. - Orta taneli zeminler için n az 300 gr. - İri taneli zeminler için En az 3000 gr.
6-6 Cihazlar
Etüv :105-110 C0 sürekli sıcaklık sağlayabilen Kap : Cam veya paslanma metalden kapaklı uygun büyüklükte Desikatör: içerisinde silikajel bulunan. 20-25 cm çaplı
Terazi: İnce taneli zeminler için 0.01 gr. Orta taneli zeminler için 0.1 gr iri taneli zeminler için 1 gr duyarlılıkta
6-7 Deneyin yapılışı
Zemin cinsine göre uygun ağırlıkta malzeme (Wı), darası alınmış kap içerisine ufalanmış olarak konur. Kap + Malzeme ağır tartılır. 105-110 C de 24 saat kurutulur. Etüvden
çıkarılan kap
soğuyuncaya. kadar desikatörde bekletilir. Soğuyan
malzeme kabıyla beraber tartılır. W3 Zeminin su muhtevası (W) kuru zeminin ağırlığının %’si olarak aşağıdaki formülden bulunur. W1= Kap ağırlığı W2= Kap + Yaş numune ağırlığı W3= Kap + kuru numune ağırlığıdır. W=(W2-W3)/ (W3-W1)
100(%)
Sonuçlar % 10’a kadar 0.1 duyarlılıkta, daha yüksek su içeriklerinde en yakın tam sayıya yuvarlatılarak verilir. ÖNEMLİ NOT:
1. Jips içeren zeminler ısıtıldığında kristal suyunu kaybederler. Zemin içerisinde jips oluşundan şüpheleniyorsanız numuneyi 80 C 0 yi aşmayan sıcaklıkta. ancak daha uzun süre etüvde tutunuz. 2. Zemin çok ıslaksa kuruma süresini uzatabilirsiniz. 6-8 ÖZGÜL AĞIRLIK: A) Toprak (-4 elek ) özgül ağırlığı:
Bir zeminin özgül ağırlığı, belli hacimdeki zemin tanelerinin havadaki ağırlığının, aynı sıcaklıkta +4 C0 de eşit hacimdeki arı suyun havadaki ağırlığına oranıdır.
6-9 Gerekli Araçlar
1. Piknometre (ince boyunlu) 500 ml.hacimli 2. Terazi 0.01 gr duyarlıkta 3. Etüv 4. Termometre 0.1 C0 duyarlıkta 5. Su banyosu 6. Pipet 7. Buharlaştırma kabı 8. Vakum pompası Deney verilerinden Özgül ağırlığın hesaplanabilmesi için arı su ile ince boyun kısmındaki işaret çizgisine dek dolu olarak piknometrenin deney sıcaklığındaki ağırlığına ihtiyaç vardır Bu nedenle deneyden önce kullanılan piknometre değişik sıcaklıklar için kalibre edilmeli ve sıcaklığa karşılık arı su ile dolu piknometre ağırlığına göre düzeltme eğrisi çizilmelidir.
6-10 Piknometre düzeltmesi :
1. Piknometre kuru ve temiz olarak tartılır. 2. Piknometre ince boyun kısmındaki kalibrasyon çizgisine dek arı ve havası alınmış su İle doldurulur. 30-35 C 0 sıcaklıktaki su banyosuna konarak 1-2 saat beklenir. Kalibrasyon çizgisine dek pipetle su ilave edilir. Piknometre kurulanıp 0.01 gr duyarlıkta tartılır. Bir termometre ile orta derinlikten sıcaklık ölçümü alınır. 3. Beş ayrı sıcaklık derecesinde arı su ile dolu piknometre ağırlıkları bulunur. Piknometre düzeltme eğrisi çizilir.
7- Numune :
Deney numunesi doğal su içeriğinde yada etüvde kurutulmuş olabilir. Yüksek oranda organik madde içeren zeminleri kurutulduktan sonra ıslak duruma getirmek zordur. Bu tür zeminlerde etüv kurutması yapılmadan deney yapılır. Deney sonunda, etüv kurutması kuru ağırlık saptanır Suda eriyebilen tuzlar bulunduran zeminlerde. Özgül ağırlık deneyi için su yerine petrol yada kömürden elde edilen kerojen kullanmak gerekir
7-1 Deneyin yapılışı:
1. 4 no’lu elekten geçen malzeme etüvde kurutulur. Kuru malzemeden kohezyonlu zeminlerde 50 gr, kohezyonsuz zenginlerden 150 gr malzeme 0.01 gram duyarlıkta tartılarak piknometreye doldurulur. Üzerine piknometrenin yarısı kadar arı ve havası alınmış su ilave edilir 2. Zemin içindeki havayı çıkarmak için piknometre ağzından vakum uygulanır. Havanın çıkmasına yardımcı olmak için piknometre avuç içinde yavaş yavaş sallanır. 3. Hava alma işleminin sonucunda kalibrasyon çizgisine kadar havası alınmış arı su eklenir. Piknometrenin dışı ve ince boyun kısmı kurulanır. İçerisindeki süspansiyon ile birlikte 0.01 gr hassasiyetle tadılır. W3(piknometre+su+numune) ağırlığı bulunur. Piknometre ortasından deney sıcaklığı ölçülür..
Piknometredeki bütün malzeme buharlaşma kabına dökülerek, etüv kurusu kuru ağırlık tekrar bulunarak malzeme yitimi olup olmadığı kontrol edilir. 7-2 Tane çapının hesabı:
Menisküs düzeltme faktörleri sıcaklık faktörleri göz önünde tutularak süspansiyon hidrometre düzeltilmiş R okunmaları, h gerçek okumalarına dönüştürülür. R okumasından, ayrıştırıcı madde düzeltme faktörü çıkarılır, menisküs düzeltme faktörü ise eklenir. Sıcaklık düzeltme faktörü ise bu okumalardan çıkarılır, ya da eklenir. Böylece hidrometre gerçek R değerleri bulunur. • Arı su dolu mezürden alınan hidrometre okumaları aynen Rs kolonuna kaydedilir • R — Rs farkı bulunur. • Zg değeri bulunur • √Zg/t değeri hesaplanır. (t okumanın yapıldığı toplam zaman) • Özgül ağırlığa göre bulunan (K) ile √Zg/t değeri çarpılarak (D) bulunur.
Olası yanılgılar:
1. Bazı zeminlerde etüv okuması tane boyutlarında değişikliğe neden olabilir. 2. Süspansiyonda zemin tamamen ayrışmamış olabilir 3. Hidrometrenin süspansiyona hızlı daldırılması ya da çıkarılması süspansiyonun çökelme hızını artırabilir. 4. Hidrometre ince boyun kesiminin yağlı ya da kirli c4ması, menisküsün tam oluşumunu etkileyebilir.
8- KIVAM DENEYLERİ
8-1 Atterberg limitleri:
ince taneli zeminler. su içeriklerinin değişmesi ile sıvı, plastik ve katı malzeme davranışlarına sahip olabilmektedirler. İnce taneli zeminlerin bu değişik hallerini belirleyen sınır su içerikleri, kıvam (Atterberg) deneyleri ile elde edilir
8-2 Likit Limit:
Zeminin sıvı gibi davranmaya başladığı minimum su muhtevasıdır. Bunun belirlenmesinde kullanılan deney aleti Casagrande Metodu) 1 cm yüksekten, sert tabana düşürülen küre parçası bir metal kaptan oluşur.
8-3 Gerekli aletler:
1. Likit limit aleti 2. Oluk açma bıçağı 3. Terazi (001 gr duyarlılıkta) 4. Etüv 5. Desikatör 6. Rutubet kapları 7. Porselen pota 8. Spatula
8-4 Deneyin yapılışı:
1. 40 no’lu elek altına geçen malzeme iyice karıştırılarak 100 gr alınır. 2. Bu malzeme üzerine damıtık su eklenerek macun kıvamına gelinceye kadar porselen potada Spatula ile karıştırılır. 3. Hazırlanan bu macun kıvamındaki zeminden bir parça alınarak likit limit aletinin yarım küre içerisine en derin kısmı 1 cm olacak şekilde sıvanır. 4. Oluk açına bıçağı kullanılarak zemin belirgin bir biçimde iki eşit kısma bölünür. Bu işlem sırasında oluk açma bıçağı, değme noktasında küre kapağına dik tutulmalıdır. 5. Saniyede iki dönme yapacak hızda yatay kol döndürülerek zeminin ayrık ki parçasının 1 cm boyunca birleşmesini sağlayacak darbe sayısı saptanır. Oluk tabanındaki kapanma, zeminin kayması şeklinde değil. akarak kapanması şeklinde olmalıdır. 6 Su içeriği belirlenmesi için, kapanan bölgeden yaklaşık 10 gr numune alınır. 7. Küre kapağında kalan malzeme porselen pota içerisine alınır. Su içeriği değiştirilerek yeni darbe sayısı saptanır Bu işlemlere 10-40 arasında en az 4 darbe sayısı saptanıncaya kadar devam edilir. Saptanan her darbe sayısı için su içeriği belirlenmesi yapılır.
Darbe sayıları ve bunlara karşılık gelen su içeriği değerlerinden akış eğrisi çizilir. Akış eğrisi numunenin belli bir su içeriği ve buna karşılık gelen darbe sayısı arasındaki bağıntıyı gösteren yarı logaritmik bir eğridir. Akış eğrisinde 25 darbeye karşılık gelen su içeriği değeri, o zeminin likit limitidir.
8-5 Plastik Limit:
Bir zeminin plastik limiti, 3 mm çapında silindir çubuk biçiminde yuvarlandıklarında, çubukların yüzeyinde çatlamalar ve kopmalar olduğu andaki su içeriğidir
8-5-1 Gerekli aletler:
Terazi (0.01 gr duyarlılıkta Porselen kap Rutubet kapları Cam plaka Spatula
8-5-3 Deneyin yapılış:
1.
Likit limit deneyi için hazırlanan numuneden yaklaşık 15 gr alınır.
2.
Alınan malzeme porselen kapta el ile yoğrulduğunda yapışmayacak, ancak
kolayca yuvarlanabilecek kütle elde edilmesini sağlayacak arı su ile yoğrulur. 3.
Bu kıvamdaki malzeme cam plaka üzerine konarak el ayası ile yuvarlanır. Bu
işlem yapılırken 3 mm çapında çubuklar elde edebilmek için yeterince bastırılır. 4.
Çubuklar üzerinde çap 3 mm olduğunda yüzeyde çatlamalar olmaz ise
malzeme toplanır. Toprak haline getirilip yoğrulur ve işlem tekrarlanır. 5.
Bu yoğurma ve yuvarlama işlemine, 3 mm çapındaki çubuğun çatlayıp birkaç
parçaya ayrılıncaya kadar devam edilir. 6.
ufalanan çubuk parçaları su içeriği belirlenmesi için numune kaplarına alınır
ve tartılır. 7.
Bu işlemler 3 kere numune olacak şekilde tekrarlanır. Bulunan bu 3 su içeriği
ortalaması zeminin plastik limitidir. 8-5-4 Plastisite indisi:
Plastisite indisi=likit limit – plastik limit 8-6 Deneyde olan yanılgılar:
1.
Deney için alınan malzeme numuneyi temsil etmelidir.
2.
Deneyde saptanan su içeriği, doğrudan likit limit ve plastik limit değerini
verdiğinden su içeriği belirlenmesine özen gösterilmelidir. 3.
Likit limit aletinin kalibrasyonu yapılmış olmalıdır.
4.
Bu deney rutubet odasında yapılmazsa deney süresince olacak nem kaybı,
deney sonucunu etkiler. 5.
el ayası yerine parmak ile yuvarlama, çubukların plastik limit kıvamından önce
çatlayıp ufalmasına sebep olur. 6.
ufalanan çubuk parçaları su içeriği belirlenmesi için numune kaplarına alınır
ve tartılır. nsi ile bitümlü malzeme cinsi ve kıvamına bağlı olarak değişir.
9- DENEYSEL ÇALIİMALAR
Çalışmada Balıkesir ilinde iki ayrı bölgeden alınan zemin 1 ve zemin 2 numuneleri üzerinde Likit Limit ve Plastik limit deneyleri yapılmıştır.
9-1 Deneye hazırlık:
Stabilizasyon uygulanacak zemin numuneleri (zemin 1 ve zemin 2) alınarak bir süre ile etüvde 110 C° kurutuldu. Kurutulan zemin numuneleri 40 no’lu elekten elenmek suretiyle hazırlandı. Hazırlanan numunelere toplamı 500 gr olmak üzere %5, %10, %15 ve katkısız olarak tartılıp ayrıldı. Hazırlanan numuneler belirli bir su içeriği kazandırılmak suretiyle ıslatılarak bir gün normal şartlar altında laboratuarda bekletildi. Deneyin yapılacağı numune kapları tek tek temizlenerek daraları tartıldı ve etiketlenerek kaydedildiler. 9-2 Deneyin yapılışı:
Hazırlanan zemin numuneleri sırasıyla batırma kaplarına zemin yüzeyi düz ve pürüzsüz olacak bir şekilde yerleştirildi. Numune koni penetrasyon aletine yerleştirildi ve 80 gr ağırlığındaki konik ucun ilk önce zemin yüzeyindeki miktarı okundu. Daha sonra konik uç zemine serbestçe batmaya bırakıldı (5 sn ) ve ikinci okuma miktarı deformasyon saatinden okunur. Bu okumalar aynı zemin ve su içeriği için üç ayrı noktada yapılır. Okumalar yapıldıktan sonra numuneden bir miktar alınarak likit limitinin belirlenmesi için etiketlenmiş kaba konulur. Plastik limit için ise numunenin bir kısmı el ayası ile yoğrularak 3 mm’lik kalınlığa getirilir. Parçada kırılma ve çatlamalar görülmeye başlandığında plastik limite gelmiş demektir ve numune etiketlenerek ayrılır.Bu işlemlerden sonra numunenin su içeriği
% 2 arttırılarak 2. su içeriğinde aynı işlemler uygulanır. Bu işlemler aynı şekilde 3. ve 4. su içerikleri içinde uygulanır. Elde edilen veriler sonucunda aşağıdaki tablolarda görülen plastik limit değeri, likit limit değeri ve plastisite indisleri bulunmuştur. Tablo 9.2.1 deneyde kullanılacak numune ağırlıkları % %0 %5 %10 %15
KÜL 0 25 50 75
ZEMİN 1 500 475 450 425
ZEMİN 2 500 475 450 425
9.3 Likit limit (WL), plastik limit (WP) ve plastisite indisi (P L) deney sonuçları ve hesaplamaları
.Tablo 9.3.1 Zemin 1
Likit limit değeri
Plastik limit
Plastisite indisi
500gr 475gr+25gr
(%) 60,821 61,580
değeri (%) 41,457 55,533
(%) 19,364 6,047
kül 450gr+50gr
67,894
34,533
33,361
kül 425gr+75gr
63,984
30,167
33,817
Zemin 2
Likit limit değeri
Plastik limit
Plastisite indisi
500gr 475gr+25gr
(%) 174,048 52,909
değeri (%) 83,333 32,533
(%) 90,715 20,376
kül 450gr+50gr
54,934
48,333
6,601
kül 425gr+75gr
51,391
34,433
16,958
kül Tablo 9.3.2
