Samsun Çarşamba mavi kilinin ikincil ve üçüncül sıkışma davranışı
Secondary and tertiory compression behaviour of Samsun Çarşamba blue clay
- Tez No: 100766
- Danışmanlar: PROF.DR. AHMET SAĞLAMER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kil, Samsun-Çarşamba, Sıkıştırma, Zemin, Clay, Samsun-Çarşamba, Compression, Soil
- Yıl: 2000
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
SAMSUN ÇARŞAMBA MAVİ KİLİNİN İKİNCİL VE ÜÇÜNCÜL SIKIŞMA DAVRANIŞI ÖZET Yumuşak killer üzerine oturan yapılarda hesaplanan ani ve konsolidasyon oturmalarının bitmesine rağmen oturmaların devam etmesi, yapılarda istenmeyen önemli miktarlarda ve boyutlarda hasarlar oluşması Buisman'ın 1936'da ikincil konsolidasyon veya ikincil sıkışma üzerine yaptığı çalışmalara kadar üzerinde düşünülmemiş, çalışılmamış ve sebepleri araştırılmamış konulardı. Uzun bir süredir zeminlerde, sabit bir efektif gerilme altında oturmaların devam ettiği bilinmektedir. Suya doygun bir zeminde çoğu zaman konsolidasyonun bitimine doğru oturmaların zamanla artan bir şekilde devam ettiği ve klasik Terzaghi Konsolidasyon Teorisinin öngördüğü şekilde asimptotik olmadığı farkedilmiş ve bu davranış, çoğu araştırmacı tarafından“ikincil konsolidasyon”,“ikincil sıkışma”veya“krip”olarak adlandırılmıştır. Terzaghi'nin Bir Boyutlu Konsolidasyon Teorisi, killerde boşluksuyu basıncını ve sıkışma hızım tahmin etmek için pratikte yaygm olarak kullanılmaktadır. Hacim değişimi, birincil sıkışma (birincil konsolidasyon) olarak adlandırılan hidrodinamik etki sonucu oluşur, diğer hacim değişimi ise ikincil sıkışma sonucu meydana gelir (Mesri, 1973). İkincil sıkışma yıllarca araştırıldığı halde, halen bu tip oturmanın hızının ve büyüklüğünün hesaplanması için güvenilir bir metot bulunmamaktadır. Bu yüzden, pratikte ikincil sıkışma tahmini, amprik yöntemlerle dayanmaktadır. Tez çalışması kapsamında 24 adet konsolidasyon deneyi yapılmış ve farklı derinliklerdeki yumuşak kil zemin için toplam 80 adet gerilme seviyesinde 1 hafta ile 6.5 ay arasında değişen sürelerde beklenerek yumuşak kil zenıinin uzun süreli konsolidasyon davranışı araştırılmıştır. Deneysel çalışmada, sıkışma indisi ile ikincil sıkışma parametrelerinin sabit efektif gerilme altmda zamanla değişimi ile XVbirbirleriyle ilişkisi irdelenmiştir. Uzun süreli yüklemenin zemin davranışına etkisi araştırılmış ve ikincil sıkışma peryodu boyunca oluşan üçüncül sıkışma olayı, deneysel sonuçlar ve SEM analizleri vasıtasıyla alınan fotoğraflarla açıklanmıştır. Diğer yandan laboratuvarda yapılan deneylerden elde edilen datalar ile arazide 6-12 ay müddetle yapılan uzun süreli oturma gözlemleri sonuçlan karşılaştırılmıştır. 1. Bölümde konu ile ilgili giriş yapıldıktan sonra 2. Bölümde, killerin oluşumu ve özellikleri detaylı olarak incelenmiş, yumuşak killerin depolandığı ortamlar ve kil mineralleri ile kil zeminlerin yapısı, yaşlı ve gecikmiş kil çökellerin sıkışması, yumuşak kil çökellerin fiziksel ve kimyasal alterasyonla oluşması ile yumuşak killerin sınıflandırılması verilerek killerin mühendislik özellikleri ve bileşiminin tayini için yapılan başlıca deneyler tanıtılmıştır. 3. Bölümde konu ile ilgili literatürde yapılan deneysel ve teorik çalışmalar, ikincil sıkışmayı açıklamak için günümüze değin çeşitli araştırmacılar tarafından öne sürülen Hipotez A ve Hipotez B yaklaşımı, ikincil sıkışma mekanizmasını etkileyen faktörler, ikincil sıkışma mekanizması ve ikincil sıkışma peryodu boyunca oluşan üçüncül sıkışma olgusu detaylı bir şekilde incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda izlenen yöntem, Bölüm 4'te açıklanmıştır. Bu bölümde, deneylerde kullanılan yumuşak mavi kil zeminin alındığı Samsun-Çarşamba Havaalanının jeolojisi, zemin profili, sahada yapılan zemin araştırmaları anlatıldıktan sonra deneyde kullanılan kil zeminin mühendislik özellikleri, deney düzeni, deney programı ve deneylerin yapılışı anlatılmıştır. Ayrıca, SEM analizleri için numune hazırlama yöntemi ve kriterleri detaylı bir şekilde verilmiştir. 5. Bölüm, deneysel çalışmaların sonuçlarının verildiği ve yorumlandığı bölümdür. Tezin bu kısmında sırasıyla, yapılan 24 adet klasik ve uzun süreli konsolidasyon deneylerinden hareketle yumuşak mavi kil zemin için belirlenen ikincil sıkışma davranışı ve ikincil sıkışma peryodu boyunca oluşan üçüncül sıkışmalar, uzun süreli yüklemenin etkisi, arazide 6-12 ay süreyle yapılan test ve pist dolguları içinde tesisi edilen oturma plakaları vasıtasıyla yapılan uzun süreli arazi oturma kayıtları ile labratuvar deney sonuçları arasındaki ilişki araştırılıp sonuçlar karşılaştırmalı olarak yorumlanmıştır. Ayrıca, yumuşak mavi kil zeminde üç farklı gerilme seviyesinde, yüklenmemiş ve birincil, ikincil ve üçüncül sıkışmalara maruz almış zeminin fabrik xvıyapısındaki değişimler SEM analizleri sırasında alınan fotoğraflarla incelenmiş ve üçüncül sıkışma sırasında zeminin fabrik yapısındaki değişimler araştırılarak üçüncül sıkışmaya neden olan mekanizmaya açıklık getirilmeye çalışılmıştır. Son bölümde, tez çalışması kapsamında yapılan deneysel çalışmalar, arazi deneyleri ve SEM analizleri ile ilgili genel sonuçlar verilmiştir. Arazi ve laboratuvar deneylerinden ve SEM analizi sonuçlarından hareketle elde edilen genel sonuçlar aşağıda kısaca özetlenmiştir: 1. Samsun-Çarşamba Havaalanı sahasından alınan kil zemin, kritik basınçtan küçük gerilmelerde düşük ikincil sıkışabilirlik, kritik basınç aralığında orta- yüksek derecede ikincil sıkışabilirlik davranışı göstermekte olup kritik basınçtan sonra orta derecede ikincil sıkışabilirlik davranışı göstermektedir. 2. İkincil sıkışma parametreleri (Ca, C,^ veya Cap) ile sıkışma indisi (Cc) arasında tekil bir ilişki vardır ve bu tekil ilişki herhangi zaman, efektif gerilme ve boşluk oram için ikincil sıkışma süresince geçerlidir. 3. Deneylerde kullanılan kil zemin için, ikincil sıkışma katsayısı ile sıkışma indisi arasındaki ilişki Ca / Cc = 0.02-0.06 aralığında olup ortalama bir değer olarak C<x / Cc = 0.034 alınabilecektir. Benzer şekilde, ikincil sıkışma oram ile sıkışma indisi arasındaki ilişki Cos / Cc = 0.006-0.018 aralığında olup ortalama bir değer olarak Coe/ Cc = 0.012 seçilebilecektir. Modifiye ikincil sıkışma oram ile sıkışma indisi arasındaki ilişki ise Cap/Cc = 0.006-0.021 aralığında olup ortalama bir değer olarak Cap / Cc = 0.014 alınabilecektir. 4. Deneysel çalışma kapsamında yapılan 24 adet konsolidasyon deneyleri datasından hareketle ikincil sıkışma oranı-Coe ile uygulanan konsolidasyon basıncı arasında dört tip korelasyon bulunmuştur. Verilen dört tip korelasyondan hareketle, Çarşamba Deltasındaki yumuşak mavi kil zemine ait ikincil sıkışma oranlarım efektif gerilmeye bağlı olarak kestirmek veya grafikten okuyarak efektif gerilme artışı sonrasında oluşabilecek ikincil sıkışma hakkında yaklaşık bir fikir edinmek mümkün olmaktadır. 5. Önkonsolidasyon basıncından büyük gerilmelerde ikincil sıkışma oranları arasında belirgin bir fark olmamasına karşın önkonsolidasyon basıncından küçük xvııgerilmelerde ikincil sıkışma oranlan arasında belirgin bir farklılaşma ve derinlik artıkça ikincil sıkışma oranının artması şeklinde bir davranış görülmektedir 6. Yumuşak mavi kil zeminde, uzun süreli ikincil sıkışmaya terkedilen gerilme (p) sonrasında yumuşak zemin, pcq/p = 1.13-1.33 oranında gerilme artışına kadar bir dayanım göstermekte ve dolayısıyla daha az birincil ve ikincil sıkışma yapmaktadır (pcq, görünür önkonsolidasyon basıncıdır). Ancak pcq/p = 1.13~1.33 oranından daha yüksek gerilmelerde yumuşak kil zeminin davranışı tekrar EOP e-log p' eğrisine ulaşmakta ve beklenilen miktarda birincil konsolidasyon sıkışması ve ani sıkışma yapmaktadır. 7. Bu tez kapsamında yapılan deneysel çalışmalar sonucu, Samsun-Çarşamba Havaalanı uçuş pistinden alınan ve ağırlıkça %1.5-2 oranında organik lifler içeren yumuşak mavi kil zeminde gözlenen olağandışı davranış üçüncül sıkışma hipotezinin bir göstergesidir. 8. İkincil konsolidasyonu takiben e-log t diyagramında, sıkışmaların tekrar hızlandığı dönüm noktasından itibaren oluşan sıkışma davranışı“Üçüncül Sıkışma”olarak tammlanmaktadır. Üçüncül sıkışma olarak adlandırılan olayın varlığı, logaritmik eksende boşluk oram değişim hızı zamana karşı çizilerek belli o olmaktadır, log e - log t eğrisinde eğimin sabit olduğu bölüm ikincil konsolidasyonu, eğimin değiştiği yer ise üçüncül sıkışmayı göstermektedir. 9. Arazide belirlenen konsolidasyon katsayıları (Cy) laboratuvarda belirlenen katsayılara göre 100 kat daha büyük olmasına karşılık, arazi için belirlenen ikincil sıkışma oram C^ ve üçüncül sıkışma oram Caet, laboratuvarda belirlenen ikincil ve üçüncül sıkışma oranlarına nazaran bir-dört kat daha fazladır ve pratik olarak laboratuvarda belirlenen ikincil ve üçüncül sıkışma oranlan arazideki değerlerle aym kabul edilebilecektir. Gerek test ve gerekse pist dolgusunda yapılan uzun süreli oturma gözlemlerinden elde edilen data ile laboratuvarda yapılan uzun süreli konsolidasyon deneyleri sonuçlan üstüste düşmektedir. 10. SEM analizlerinde, başlangıçta floküle ve topak bir yapı sergileyen zeminin fabrik yapısının önkonsolidasyon basıncından küçük ve yakın gerilmelerde (25 XV111ve 100 kPa) korunduğu, önkonsolidasyon basıncından büyük gerilmelerde ise (400 kPa) fabrikteki floküle yapının nispeten bozularak floküle olmayan yapıya dönüştüğü görülmektedir. İkincil sıkışma süresince ise, önkonsolidasyon basıncından küçük ve yakın gerilmelerde (25 ve 100 kPa) zeminin dane yapısı bozulmaya başladığı ve özellikle organik malzemelerin hücre çatışırım kısmen bozulduğu, önkonsolidasyon basıncından büyük gerilmelerde (400 kPa) ise fabrik yapının bozulduğu, floküle ve topak yapının değişerek floküle olmayan yoğun topak yapı oluştuğu görülmüştür. 1 1. Tez çalışması kapsamında yapılan deneyler ile SEM analizlerinden hareketle, üçüncül sıkışmaların esas olarak zemin içindeki organik malzemelerin çatısının tümüyle kırılması sebebiyle oluştuğu görüşüne ulaşılmıştır. XIX
Özet (Çeviri)
SECONDARY AND TERTIARY COMPRESSION BEHAVIOUR OF SAMSUN ÇARŞAMBA BLUE CLAY SUMMARY Often large settlements of structures and embankments resting on soft clay greater than the predicted settlement values could not be explained until Buisman's work (1936) on secondary consolidation. Laboratory experiments and field observations have shown that after the excess pore pressures have dissipated, settlements continue and additional settlements take place under constant effective stress. This additional settlement has been defined as“secondary compression”,“secondary consolidation”or“creep”by several researchers. Terzaghi's theory of one-dimensional consolidation is widely used in engineering practice to forecast the rate of compression and pore-water pressure dissipation in clays. The volume changes that take place in response to the hydrodynamic effect are called primary compression (consolidation) while the remaining volume changes are termed secondary compression. Although, secondary compression has been extensively investigated by empirical and experimental means in the field and laboratory, there is no reliable method about magnitude and rate of secondary compression. Yet, the prediction of magnitude of secondary compression has been investigated by empirical methods. In this thesis, twenty-four laboratory consolidation tests have been carried out. Long- term consolidation behaviour of undisturbed soft blue clay specimens that were taken from different depths of Samsun Çarşamba Airport site has been investigated by conducting long-term tests at a total number of eighty consolidation pressure levels. Under constant effective stress, the relationship between compression index (Cc) and secondary compression parameters (Ca, Cae and Cap) and variations of these parameters with time have been studied. The effect of long-term sustained loading on soil behaviour has been examined. Tertiary compression that occurs after secondary xxcompression period has been investigated by means of experimental tests and photographs taken by SEM (scanning electron microscope). Also, laboratory test results and long-term field settlement records have been compared. Chapter 1 is the introduction. Chapter 2 is a literature survey on depositional environments of soft clays, formation of clayey sediments, fabric and structure of clayey soils, aging and delayed compression of sediments, physical and chemical alterations of soft clay sediments and classification of soft clays. Also, the methods and techniques that may be employed for determination of soil composition are presented. Chapter 3 is a literature survey on experimental and theoretical studies on two extreme cases of secondary compression mechanisms. Factors influencing mechanisms of secondary compression and tertiary compression are also given in this Chapter. Methodology of this experimental study is explained in Chapter 4. In this Chapter, the geology and soil profile of Samsun Çarşamba Airport site, from which the soft blue clay is taken, and site investigations are presented. Also, engineering properties of soft clay that have been used in this experimental study, test methods are presented in detail. Chapter 5 deals with the results of laboratory tests and evaluation of these tests. In this Chapter, secondary and tertiary compression behaviour of soft blue clay is defined by performing total twenty-four conventional and long-term consolidation tests. The effect of long-term sustained loading on soil behaviour, relationship between laboratory test results and field settlements data which were observed by means of settlement plates placed in the test fill and granular pre-loading that were placed on a certain section of the runway for a period of 6 to 12 months are compared. Also, fabric study of undisturbed and unloaded soft blue clay and changes in fabric due to primary, secondary and tertiary compressions, under three different consolidation pressure levels are investigated by means of SEM analysis. In the last Chapter, conclusions of the research work obtained by the experimental and field studies and SEM analysis are presented. The conclusions based on field and laboratory tests and SEM analysis are summarised in the following paragraphs. xxi1. Soft blue clay taken from Samsun Çarşamba Airport site exhibits low secondary compressibility for consolidation pressures less than the critical pressure. For consolidation pressures around the critical pressure, soft clay shows low to medium secondary compressibility whereas for consolidation pressures greater than the critical pressure, the soil exhibits medium secondary compressibility. 2. A unique relationship exists between secondary compression parameters (Ca, Cog and Cap) and compression index (C0). The relation holds true at any time, effective stress and void ratio during the secondary compression. 3. For the soft clay investigated, the relationship between coefficient of secondary compression (Ca) and compression index (Cc) is in the range of 0.02-0.06, and could be taken as Ca/Cc = 0.034. Similarly, the relationship between secondary compression ratio (Cos) and compression index (Cc) is in the range of 0.006~0.018 and could be taken as Ca/Cc = 0.012. Also, the relationship between modified secondary compression ratio (Cap) and the compression index (Cc) is in the range of 0.006~0.021, and could be assumed Ca/Cc = 0.014 approximately. 4. Four correlations are found between secondary compression ratio and consolidation pressure by means of a total twenty-four consolidation tests. By using these four correlations, the secondary compression ratio at any effective stress or secondary compression of soft blue clay after any effective stress increase can be predicted. 5. For the stresses greater than the preconsolidation pressure, the secondary compression ratio is practically the same, whereas in the range of stress less than the preconsolidation pressure, the secondary compression ratio varies with increasing effective stress and increasing depth. There is no big difference between the secondary compression parameters for consolidation pressures greater than preconsolidation pressure. 6. After long periods of secondary compression at a certain consolidation pressure level (p), the soft blue clay behaves as an over consolidated-cohesive soil until the effective stress reaches a value of pcq = 1.13~1.33p (where pcq is quasi- preconsolidation pressure). Thus, soft clay makes less initial settlement and xxusecondary settlement. Thereafter, the behaviour of soft clay merges with EOP e- log p' curves and behaves as a normally consolidated clay. 7. As a result of experimental data, the soft blue clay containing organic content of 1.5-2% in weight, exhibits extraordinary settlement behaviour proves the hypothesis of tertiary compression. 8. Tertiary compression is defined as the increasing rate of settlements observed in e-log t curve at secondary compression phase. This can be visually observed by plotting the log time-log rate of void ratio diagram. Tertiary compression starts with a decrease of slope m (m is a parameter of Sing-Mitchell equation) in a plot o of log e- log t diagram, after a relatively constant stretch at m«l that corresponds secondary compression. 9. Although primary consolidation index (cy) in the field is 100 times greater than (Cy) values predicted in the laboratory, the observed in-situ secondary and tertiary compression ratios are approximately 1 to 4 times greater than the ones determined in the laboratory. In-situ settlement observations are in good agreement with laboratory test results. 10. SEM analysis shows that, undisturbed and unloaded soil fabric is flocculated and aggregated at the beginning. For pressures (25 and 100 kPa) less than preconsolidation pressure, the fabric is nearly the same as unloaded fabric of the specimen. Flocculated structure tends to defiocculate for pressures (ie. 400 kPa) greater than the preconsolidation pressure. During secondary compression phase, the fabric of the soft clay starts to change and the frames of organic matter deteriorate partly for pressures (25 and 100 kPa) less than the preconsolidation pressure. Also, the flocculated and aggregated fabric changes to totally deflocculated and dense aggregated fabric for pressures (400 kPa) greater than the preconsolidation pressure. 11. As a result of experimental data and SEM analysis, it is concluded that tertiary compression emerges because of breaking down the frame of organic matters during the long-term compression. xxm
Benzer Tezler
- Samsun-Çarşamba havaalanının zemin özelliklerinin jeofizik yöntemlerle incelenmesi
Geophysical inspection of ground features of the Samsun-Çarşamba airport
LEVENT GÖNÜLTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FETHİ AHMET YÜKSEL
- Samsun yöresi (Çarşamba-Bafra) Yüzey sularında kirlilik düzeylerinin belirlenmesi
Başlık çevirisi yok
ADEM ASAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
KimyaOndokuz Mayıs ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÖZCİMDER
- Samsun İli Çarşamba ve Terme İlçelerinin ova köylerinde fındık üretimine yer veren tarım işletmelerinin ekonomik analizi ve fındığa alternatif üretim planlarının araştırılması
Economic analysis of hazelnut producing farms in lowlands of Çarşamba and Terme districs of Samsun province and searching alternative feasible farm plans
OSMAN KILIÇ
- Samsun ili Çarşamba ilçesi fasulye ekim alanlarından izole edilen rhizobium izolatlarının çeşitli bitki patojenlerinin gelişimi üzerine etkisi
Effect of rhizobium isolates isolated from bean cultivation areas of Çarşamba district of Samsun on growth of various plant pathogcus
HANİFİ DELİVELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
BiyolojiOndokuz Mayıs ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM ÖZKOÇ