Değişen kil oranına sahip siltlerin şişme potansiyeli
Swelling potential of silts varying clay content
- Tez No: 1017655
- Danışmanlar: PROF. DR. ERTAN BOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geoteknik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma kapsamında, silt ağırlıklı bir zeminin mühendislik davranışının iyileştirilmesi ve değişiminin anlaşılması amacıyla farklı oranlarda (%8, %10, %15, %20, %30 ve %40) bentonit ilavesi yapılmış ve elde edilen karışımlar üzerinde kapsamlı bir deneysel program yürütülmüştür. Çalışmanın temel amacı, bentonit katkısının zeminlerin indeks özellikleri, kompaksiyon davranışı ve şişme potansiyeli üzerindeki etkilerini bütüncül bir yaklaşımla ortaya koymak ve bu değişimlerin mühendislik uygulamalarındaki yansımalarını değerlendirmektir. Bu bağlamda gerçekleştirilen deneysel çalışmalar; tane boyu dağılımını belirlemeye yönelik hidrometre analizlerini, plastisite özelliklerinin ortaya konulması amacıyla Atterberg limit deneylerini ve zemin davranışının mühendislik açısından en kritik göstergelerinden olan kompaksiyon ile konsolidasyon–şişme basıncı deneylerini kapsamaktadır. Elde edilen bulgular genel olarak değerlendirildiğinde, bentonit katkısının zemin davranışı üzerinde son derece belirleyici ve çok yönlü bir etkiye sahip olduğu açıkça görülmektedir. Özellikle bentonitin yüksek montmorillonit içeriği, su ile etkileşimde şişme eğiliminin artmasına neden olmakta ve bu durum zeminlerin hem mikro yapısında hem de makro ölçekte mühendislik davranışında önemli değişimlere yol açmaktadır. Kil minerallerinin yüzey özellikleri ve elektrostatik çekim–itme dengesi dikkate alındığında, bentonit ilavesiyle birlikte zemin içerisindeki çift tabaka kalınlığının arttığı, buna bağlı olarak tanecikler arası itme kuvvetlerinin yükseldiği ve zemin yapısının daha gevşek ancak daha hacimsel değişime açık bir hale geldiği görülmektedir. Bu durum, özellikle su içeriğindeki değişimlere karşı zemin davranışının daha hassas hale gelmesine neden olmaktadır. Deney sonuçları, bentonit oranındaki artışa bağlı olarak zemin içerisindeki ince dane (kil) içeriğinin önemli ölçüde arttığını göstermektedir. Bentonit içeriğinin %8'den %40'a yükselmesiyle birlikte kil oranının %13.40'tan %32.75'e çıkması, zeminin granülometrik yapısında ciddi bir değişim olduğunu ortaya koymaktadır. Bu değişim, yalnızca tane boyu dağılımını etkilemekle kalmayıp aynı zamanda zemin–su etkileşimini de köklü biçimde değiştirmektedir. İnce dane oranının artması özgül yüzey alanını büyütmekte, bu da suyun zemin tarafından tutulma kapasitesini artırmaktadır. Sonuç olarak zemin, daha yüksek su içeriklerinde davranışını sürdürebilen ve suya karşı daha duyarlı bir yapı kazanmaktadır. Atterberg limitleri açısından değerlendirildiğinde, bentonit katkısının plastisite özellikleri üzerinde son derece belirgin bir etkisi olduğu görülmektedir. Likit limitin yaklaşık %33.85'ten %53.65'e yükselmesi, zeminin sıvı hale geçiş için ihtiyaç duyduğu su miktarının arttığını ve dolayısıyla daha yüksek su içeriklerinde dahi kohezyonunu koruyabildiğini göstermektedir. Benzer şekilde plastisite indisinin %5.77'den %36.28'e yükselmesi, zeminin plastik davranış aralığının önemli ölçüde genişlediğini ortaya koymaktadır. Bu durum bir yandan zeminin şekil değiştirme kapasitesini artırırken, diğer yandan mühendislik açısından kontrol edilmesi gereken deformasyon risklerini de beraberinde getirmektedir. Zemin sınıflamasında gözlenen ML/CL'den CL–CH'ye geçiş, zeminin düşük plastisiteli silt karakterinden uzaklaşarak yüksek plastisiteli kil davranışı göstermeye başladığını ifade etmektedir. Bu dönüşüm yalnızca sınıflandırma açısından değil, aynı zamanda zemin davranışının temel karakteristiği bakımından da kritik bir öneme sahiptir; zira düşük plastisiteli siltler genellikle daha az şişme potansiyeline sahipken, yüksek plastisiteli killer önemli hacim değişimleri gösterebilmekte ve bu durum mühendislik yapıları üzerinde ilave riskler oluşturabilmektedir. Kompaksiyon deney sonuçları da bentonit katkısının zemin davranışı üzerindeki etkilerini destekler niteliktedir. Artan kil içeriğiyle birlikte optimum su muhtevasının yükselmesi, zeminin sıkıştırılabilmesi için daha fazla suya ihtiyaç duyduğunu göstermektedir. Bu durum, ince daneli zeminlerin su ile daha fazla etkileşime girmesi ve suyun kaydırıcı etkisinin artmasıyla açıklanabilir. Diğer yandan maksimum kuru birim hacim ağırlık değerlerinde meydana gelen azalma, zemin yapısının daha düşük yoğunluklarda dengelenme eğiliminde olduğunu ortaya koymaktadır. Bu sonuç, bentonit ilavesiyle birlikte zemin yapısının daha gevşek bir düzen kazanabileceğini ve bu durumun mühendislik tasarımlarında dikkate alınması gerektiğini açıkça göstermektedir. Yüksek optimum su muhtevasının arazi kompaksiyon süreçlerini zorlaştırabileceği ve uzun vadeli zemin performansını olumsuz etkileyebileceği de göz ardı edilmemelidir. Şişme basıncı deneylerinden elde edilen sonuçlar, bentonit katkısının en kritik etkilerinden birini açıkça ortaya koymaktadır. Bentonit oranının artmasıyla birlikte şişme basıncının 0.70 kPa'dan 5.80 kPa seviyesine yükselmesi, zeminin su alımı sonucunda önemli iç gerilmeler geliştirdiğini göstermektedir. Bu artış, özellikle montmorillonit minerallerinin kristal yapısı içerisinde su moleküllerinin yerleşmesi ve tabakalar arası mesafenin büyümesiyle açıklanmaktadır. Bu mikroyapısal değişim, makroskopik ölçekte önemli hacim artışlarına ve buna bağlı olarak şişme basıncının yükselmesine neden olmaktadır. Mühendislik açısından değerlendirildiğinde, bu düzeyde bir şişme basıncı sığ temeller, yol kaplamaları ve istinat duvarları gibi hacim değişimine duyarlı yapılar üzerinde ciddi hasar riski oluşturmakta; dolayısıyla yüksek bentonit içerikli zeminlerin bu tür uygulamalarda dikkatli bir şekilde ele alınmasını zorunlu kılmaktadır. Bu bulgular, bentonit katkısının mühendislik uygulamalarında çift yönlü bir etki yarattığını göstermektedir. Bir yandan bentonitin yüksek su tutma kapasitesi ve düşük geçirgenliği, onu sızdırmazlık tabakaları, atık depolama sahaları ve çevresel geoteknik uygulamalar için son derece uygun bir malzeme haline getirmektedir. Ancak diğer yandan, yüksek şişme potansiyeli ve hacim değişimi eğilimi, özellikle temel mühendisliği uygulamalarında ciddi riskler oluşturabilmektedir. Bu nedenle bentonit katkısının kullanımı, uygulama amacına bağlı olarak dikkatle değerlendirilmeli ve optimum katkı oranı mutlaka belirlenmelidir. Sonuç olarak, bu çalışma bentonit ilavesinin zemin davranışını yalnızca iyileştiren bir katkı olmadığını, aynı zamanda zemin özelliklerini köklü bir şekilde dönüştüren güçlü bir modifikasyon yöntemi olduğunu ortaya koymaktadır. Bentonit oranındaki artışla birlikte zeminlerin plastisite özellikleri, suya duyarlılığı ve şişme potansiyeli önemli ölçüde artmakta; bu durum mühendislik tasarımlarında hem avantaj hem de dezavantaj olarak karşımıza çıkmaktadır. Dolayısıyla bentonit katkılı zeminlerin kullanımında mühendislik yaklaşımı, yalnızca iyileştirme odaklı değil, aynı zamanda risk yönetimini de içeren bütüncül bir değerlendirme gerektirmektedir. Bu çalışmada elde edilen sayısal veriler ve neden–sonuç ilişkileri, optimum bentonit içeriğinin belirlenmesine yönelik kapsamlı bir referans çerçevesi sunmakta ve farklı geoteknik uygulama senaryolarında bentonit katkılı zeminlerin güvenli ve etkin biçimde kullanılması için sağlam bir mühendislik temeli oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a systematic investigation of the relationships between experimental results and soil parameters in a silty soil modified by the addition of bentonite at six different proportions: 8%, 10%, 15%, 20%, 30%, and 40%. The main objective of the study was not only to quantify the variation in individual soil parameters but also to evaluate how these changes collectively influence the overall engineering behavior of the soil. The experimental program consisted of hydrometer analyses to determine particle size distribution, Atterberg limit tests to characterize plasticity behavior, and compaction together with consolidation–swelling pressure tests, which reflect soil performance under field conditions. The results clearly indicate that the variation in clay content induced by bentonite addition plays a decisive role in controlling both water sensitivity and swelling potential. This behavior is primarily associated with the high montmorillonite content of bentonite, which has a strong affinity for water and a high specific surface area. As the bentonite content increases, the soil structure becomes increasingly dominated by fine particles, resulting in significant changes in interparticle forces. In particular, the increase in diffuse double layer thickness enhances repulsive forces between particles, leading to a more dispersed soil structure that is highly sensitive to changes in moisture content. This microstructural transformation is directly reflected in the macroscopic engineering behavior of the soil. The influence of bentonite addition was evaluated through a combined assessment of basic index properties, compaction parameters, and swelling pressure values obtained from consolidation tests. Considering these parameters together provides a more comprehensive understanding of soil behavior, as they are strongly interrelated. An increase in clay content not only affects plasticity characteristics but also alters compaction efficiency and swelling response, highlighting the importance of an integrated evaluation approach rather than examining each parameter in isolation. As the bentonite content increased from 8% to 40%, the clay fraction rose from 13.40% to 32.75%, indicating a substantial increase in fine-grained material within the soil matrix. This increase leads to a higher specific surface area, which enhances the soil's ability to retain water. In parallel, the liquid limit increased from approximately 33.85% to 53.65%, and the plasticity index increased significantly from 5.77% to 36.28%. These results demonstrate that the soil becomes progressively more plastic and more sensitive to water content variations with increasing bentonite content. Consequently, the soil classification evolved from low- to medium-plasticity silt behavior (ML/CL) to high-plasticity clay behavior (CL–CH), indicating a fundamental shift in engineering characteristics that has direct practical implications for how the material must be treated and managed in geotechnical applications. The microstructural mechanism underlying these changes is rooted in the behavior of montmorillonite minerals present in bentonite. The high affinity of montmorillonite for water leads to an expansion of the diffuse double layer surrounding clay particles, increasing repulsive forces between particles and promoting a more dispersed fabric. As bentonite content grows, this dispersed structure becomes increasingly dominant, and the engineering response of the soil is governed more by fine-particle interactions than by the coarser silty fraction. This shift in controlling mechanism explains the consistent and progressive changes observed across all tested parameters. The compaction characteristics of the soil are also substantially influenced by bentonite content. The optimum water content increased with higher bentonite proportions, indicating that a greater amount of moisture is required to achieve effective compaction. This is a direct consequence of the higher water absorption capacity of fine-grained particles, which must first satisfy their surface adsorption demand before excess water can facilitate particle rearrangement. At the same time, the maximum dry unit weight showed a decreasing trend, indicating that the soil structure becomes less dense and more compressible as fine particles dominate. This combination of higher moisture demand and lower achievable density may complicate field compaction processes and negatively affect the long-term performance of the compacted fill. One of the most important findings of the study is the pronounced increase in swelling pressure, which rose from 0.70 kPa to 5.80 kPa as the bentonite content increased from 8% to 40%. This more than eightfold increase indicates that swelling behavior becomes the dominant factor controlling soil response at higher bentonite contents. The underlying mechanism is related to the ability of montmorillonite minerals to absorb water molecules into the interlayer spaces of their crystal structure, a process known as intracrystalline swelling. This leads to an expansion of interlayer spacing and the development of significant internal stresses within the soil mass. From an engineering perspective, such behavior is critical, as it may cause heave and distortion of shallow foundations, cracking of pavements, uplift forces on retaining structures, and long-term deformation in embankments and fills. The results of this study demonstrate that bentonite addition has a dual effect on soil behavior. On one hand, the increase in clay content improves cohesion and significantly reduces permeability, making the soil suitable for applications such as engineered liners, hydraulic barriers, and containment systems where low hydraulic conductivity is a primary design requirement. On the other hand, the significant increase in swelling potential and water sensitivity introduces considerable risks, particularly in foundation engineering, pavement design, and earthwork construction. These competing effects mean that the suitability of bentonite-modified soil depends strongly on the specific application and the performance criteria being considered. A critical insight arising from this study is that bentonite should not be regarded simply as an additive that uniformly improves soil properties. Rather, it is a material that fundamentally transforms the engineering character of the soil, altering the balance between beneficial and detrimental properties as its proportion increases. The magnitude and direction of these changes depend on the interaction between the mineralogical characteristics of bentonite and the physical structure of the host soil. For this reason, a comprehensive laboratory testing program, encompassing all relevant index, compaction, and performance tests, is essential before bentonite-modified soils are employed in any geotechnical application. In conclusion, determining the optimum bentonite content is essential to achieve a balance between enhanced performance and potential engineering risks. The findings of this thesis provide a data-driven foundation for making such determinations, demonstrating that each parameter - clay fraction, Atterberg limits, compaction characteristics, and swelling pressure- must be evaluated in concert rather than in isolation. The integrated approach adopted in this study offers a reliable framework for assessing the engineering suitability of bentonite-amended soils across a range of geotechnical applications, and the quantitative relationships established between bentonite content and key soil parameters serve as a practical reference for practitioners and researchers working with expansive and fine-grained soil systems.
Benzer Tezler
- Doğuştan kalça çıkıklı hastalarda kalça patolojilerinin bilgisayarlı tomografi ile değerlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
NECDET ŞÜKRÜ ALTUN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Ortopedi ve TravmatolojiGazi ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ORHAN ASLANOĞLU
- Eksternal etmoidektomiler
Başlık çevirisi yok
ERCÜMENT AKMAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kulak Burun ve BoğazGazi ÜniversitesiKulak Burun Boğaz Ana Bilim Dalı
PROF.DR. NECMETTİN AKYILDIZ
- Mimarlıkta rasyonel ve irrasyonel biçimlendirmenin ekonomik göstergelere bağlı olarak değişimi ve bu değişimin 11. yüzyıldan 19. yüzyıla kadar Türk ve Avrupa uygarlıklarında örneklenmesi
The Change of rational and irrational styles in architecture duetotho economicaldata and the illustration of this change on the Turkish and European Civilizations between 11th and 19th centuries
AYŞE ZEYNEP ONUR
- İşletmelerde genel üretim giderlerinin kontrolunda değişken ve sıfır tabanlı bütçeleme teknikleri
Başlık çevirisi yok
İBRAHİM LAZOL
- Geleneksel Sivrihisar evleri
Traditional houses of Sivrihisar
FİSUN ÖZŞUÇA
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
MimarlıkGazi ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ORHAN CEZMİ TUNCER