Statik kompaksiyon metodu kullanılarak zeminlerin sıkışma özelliklerinin belirlenmesi

Estimation of the compaction characteristics of soils using the static compaction method

Kamil KAYABALIa, Ramin ASADİa, Mustafa FENERa, Orhan DİKMENa, Farhad HABİBZADEHa, Özgür

AKTÜRKb, *

a Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, AnkaraÜniversitesi, Ankara, Türkiye b Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, AkdenizÜniversitesi, Antalya, Türkiye

*Başvurulacak yazar: akturko@akdeniz.edu.tr

ÖZ

Mekanik stabilizasyon yoluyla zemin iyileştirme arazide en yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biridir. Bu

yöntem genellikle laboratuvar ortamında yürütülen ve araştırma çukurlarından elde edilen çok fazla miktarda

zemin numunesi gerektiren standart Proktor sıkıştırma testi yardımı ile modellenir. Statik sıkıştırma testi bir

alternatif laboratuvar sıkıştırma testidir ve farklı araştırmacılar tarafından yapılan önemli sayıdaki çalışmalar

testin, sondaj ile elde edilen numuneler üzerinde yapılmasına olanak veren küçük sıkıştırma kalıpları ile

uygulanabileceğini göstermiştir. Geçmiş araştırmalar bu minyatür boyuttaki statik sıkıştırma testlerinin

sonuçlarının standart Proktor testlerinin sonuçları ile maksimum kuru yoğunluk ve optimum su içeriği konusunda

karşılaştırılabilir olduğunu göstermiş olsalar da, sıkıştırılmış zemin numunesinin iki temel özelliği olan drenajsız

kesme dayanımı ve hidrolik iletkenlik karşılaştırılması henüz yapılmamıştır. Sunulan bu araştırmanın kapsamı,

(1) standart Proktor testine benzer bir sıkıştırma eğrisi elde etmek, (2) standart Proktor ve statik sıkıştırma testlerini

kullanarak sıkıştırılmış zemin numunelerini optimum su içeriğinde yeniden oluşturmak, (3) sıkıştırılmış zemin

numunelerinin drenajsız kesme mukavemeti ve hidrolik iletkenlik özelliklerini karşılaştırmak için gerekli olan

statik sıkıştırma enerjisinin seviyesini tahmin etmektir. Araştırma için 10 adet zemin numunesi kullanılmıştır.

Statik testlerin sıkıştırma enerji seviyesinin standart Proktor yönteminin teorik sıkıştırma enerjisinin

yaklaşık%40'ı olduğu bulunmuştur. Önceden belirlenmiş enerji seviyesinde sıkıştırılmış zemin numuneleri, düşen

seviyeli permeabilite metodu kullanılarak hidrolik iletkenlik testlerine tabi tutulmuştur. Drenajsız kesme dayanımı

testleri hem standart Proktor, hem de statik sıkıştırılmış numuneleri üzerinde yüksek kapasiteli laboratuvar tipi

kanatlı kesici cihazı kullanılarak yapılmıştır. Mevcut araştırma, statik sıkıştırma testinin, standart Proktor

yöntemini gerçekleştirmek için gerekli zeminin sadece yaklaşık % 10’unu gerektirdiğini ve hidrolik iletkenlik ve

drenajsız kesme mukavemeti açısından mukayese edilebilir sonuçlar sağladığını ortaya koymuştur. Standart

Proktor testine göre biraz daha düşük olsa da, statik sıkıştırma testinden elde edilen sonuçların kabul edilebilir

aralıklar dahilinde olduğu gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: statik kompaksiyon, standart Proktor, serbest basınç dayanımı, permeabilite, kompaksiyon

enerjisi

ABSTRACT

Ground improvement using mechanical stabilization is one of the most common methods applied in the field. It

is commonly modeled in the laboratory by performing the standard Proktor compaction test, which requires a

significant quantity of soil, usually obtained from open pits. A static compaction test is an alternative laboratory

compaction test and a number of investigations by different researchers have shown that it can be conducted with

much smaller compaction molds, which allow compaction tests on borehole samples such as Shelby tubes.

Although researchers have shown that the results of those miniature size static compaction tests are comparable

with that of standard Proktor tests in terms of the maximum dry density and the optimum water content, no attempt

has been made to compare the two fundamental properties of the compacted soil: undrained shear strength and

hydraulic conductivity. The scope of this investigation was to estimate the level of static compaction energy

required to (1) obtain a compaction curve similar to that of the standard Proktor test; (2) reconstruct compacted

soils using the standard Proktor and static compaction tests at the optimum water content; and (3) compare the

undrained shear strength and hydraulic conductivity of compacted soils. Ten soil samples were used for the

investigation. The level of compaction energy for the static tests was found to be approximately 40% of the

theoretical compaction energy of the standard Proktor method. The compacted soils at the predetermined energy

level were subjected to hydraulic conductivity tests using the rigid-wall falling-head permeability method.

Undrained shear strength tests were performed by employing a high-capacity laboratory vane shear apparatus on

compacted samples of both the standard Proktor and static compaction tests. The present investigation revealed

MTA Dergisi (2020) 161: ?-?

Maden Tetkik ve Arama Dergisi

http://dergi.mta.gov.tr

MADEN TETK K VE ARAMA

D E R G S

Ç NDEK LER

Türkçe Bask ISSN: 1304-334X

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

that the static compaction test, requiring about only 10% of the soil necessary to perform the standard Proktor

method, provides comparable results in regard to hydraulic conductivity and undrained shear strength. Albeit

slightly lower than those of the standard Proktor test, the results obtained from the static compaction test are

considered to be within acceptable ranges.

Keywords: static compaction, standard Proktor, unconfined compressive strength, permeability, compaction

energy

1. Giriş

Zeminler inşaat malzemesi ve binalar için bir temel olmak üzere iki ana rol oynar. Zeminlerin mukavemet,

sıkıştırılabilirlik ve geçirgenlik gibi mühendislik özellikleri genellikle her iki durumda da planlanan kullanımı için

yetersizdir. Yaygın uygulama, bu tür zeminlerin mühendislik özelliklerini stabilize etmek veya iyileştirmektir.

Stabilizasyon çeşitli yöntemlerle elde edilebilir. Bunlar arasında düşük maliyeti nedeniyle mekanik stabilizasyon

veya sıkıştırma en yaygın olarak başvurulan zemin iyileştirme yöntemidir.

Sıkıştırmanın faydaları arasında zemin yoğunluğu ve dayanımındaki artış ve geçirgenlik ve sıkıştırılabilirliğin

azaltılması gösterilebilir. Bu değişiklik potansiyel oturmada önemli bir azalma, taşıma kapasitesi ve şev

stabilitesinde artış ve toprak yapılarında şişme, büzülme ve sızma potansiyeli gibi zararlı etkiler üzerinde azalma

sağlar (Basheer, 2001).

Sahadaki mühendislik işlerinde zemin sıkıştırma için genel prosedür laboratuvarda küçük ölçekli fiziksel

modellemedir. Bu konuda yapılan tipik testler arasında titreşim, darbe, yoğurma ve statik sıkıştırma yöntemleri

vardır. Proktor testleri (standart ve modifiye) bir zeminin en yüksek mukavemeti ve en düşük sıkıştırılabilirlik

halini aldığı maksimum kuru yoğunluğunu belirlemek için sık olarak laboratuvarda zeminlerin fiziksel

modellemesinde kullanılır. Bu yol ile, zeminler birim hacim başına belli bir enerji seviyesinde sıkıştırılır ve işlem

sonucu kuru yoğunluğa karşı su içeriği grafiği olarak elde edilir.

Sıkıştırma kalıbında zemine uygulanacak teorik enerji, standart Proktor yöntemi için yaklaşık 600 kJ/m3 olsa

da, tokmak çapı sıkıştırma kalıbından çok daha küçüktür ve enerjinin önemli bir kısmı, tokmak etrafındaki

sıkıştırılmış zeminin çarpma sırasında kabarmasından dolayı boşa harcanır. Day ve Daniel (1985), her sette normal

25 vuruş yerine 10 vuruşluk azaltılmış kompaktif enerji ile üretilen maksimum kuru yoğunluğuğun tüm kompaktif

enerji değerlerinin yaklaşık% 90'ı olduğunu bildirmiştir. Bell (1977) darbe, yoğurma ve statik sıkıştırma

yöntemlerini kullanarak kohezyonlu zeminler için sıkıştırma enerjisi ilişkilerini incelemiş ve statik sıkıştırma

işleminin tüm nem koşulları için en verimli yöntem olduğu sonucuna varmıştır. Hadas (1987) hızlı (yani çarpma)

kompaksiyonu, yavaş (yani statik) kompaksiyon ile sıkıştırma enerjisi açısından karşılaştırmış ve aynı kütle

yoğunluğunu sağlamak için yavaş ile hızlı yöntemin enerji oranının 0,10 ila 0,43 arasında değiştiği sonucuna

varmıştır. Ortalama olarak bu oran 0,2 olup, statik sıkıştırma yönteminin çarpma (Proktor) yöntemi için gereken

sıkıştırma enerjisinin sadece beşte birini gerektirmesi anlamına gelir. Çarpma yöntemiyle ilgili enerji kaybı,

düşme tokmağı çapının (64 mm) zemin numunesi çapından (102 mm) daha küçük olmasıyla ilgilidir

(Venkatarama Reddy & Jagadish, 1993). Çarpma yönteminde yer alan kinetik enerji kayıpları ısıya, sese ve

yüksek frekanslı elastik titreşimlere yayılan enerjiyi içerir (Sridharan ve Sivapullaiah, 2005).

Yukarıdaki değerlendirmeler çarpma yönteminin enerji tasarruflu bir yöntem olmadığını göstermektedir. Daha

önemlisi, en yaygın darbe yöntemi (standart Proktor yöntemi), önemli miktarda zemin numunesi gerektirir.

Amerikan Test Malzemeleri Derneği (ASTM) D698 standardının gereksinimi 16 kg'dır (ASTM, 2003). Bu kadar

büyük miktarda zemin ancak araştırma çukurundan elde edilebilir. Zemin işleri büyük bir baraj inşaatını

içerdiğinde, örneğin, yüz binlerce metreküp zemine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kadar muazzam miktarda malzeme

sağlayabilecek yakınlarda bir jeolojik formasyon mevcut olsa da, araştırma çukuru örneklemesi bir jeoteknik

mühendisinin jeolojik malzemeleri daha derinlemesine karakterize etmesine izin vermez. Bu durumda, jeoteknik

mühendisi standart Proktor testinin miktar gereksinimini karşılamayacak olan sondaj kuyularından alınacak zemin

örneklerini kullanmak durumundadır. Bu nedenle, bir sondaj kuyusundan elde edilen sınırlı miktarda zemin

örneğini karakterize edebilen bir sıkıştırma yöntemiyle çalışmak kaçınılmazdır.

Sridharan ve Sivapullaiah (2005) ince taneli zeminler için mini bir sıkıştırma test cihazı geliştirmiştir.

Kullandıkları kalıbın çapı 3,81 cm ve boyu da 10 cm olup, hacmi standart Proktor’un yalnızca onda biri kadardır.

Sırasıyla standart Proktor ve modifiye Proktor testlerini simüle etmek için kütle olarak 1,0 kg ve 2,5 kg’lık iki tip

tokmak kullanmışlardır. Tien ve diğ. (2004) bentonit-kum karışımlarının sıkıştırma özelliklerini incelemek için

30 cm yüksekliğinde ve 7 cm çapında bir kalıp kullanmıştır. Statik sıkıştırma yöntemini kullanan bu

araştırmacılar, uyguladıkları modelin kompozit karışımlar üzerinde sıkıştırma testleri için zemin miktarını büyük

ölçüde azalttığı sonucuna varmışlardır.

Bu araştırmanın amacı statik sıkıştırma testi için uygun kompaktif enerji seviyesini belirlemek ve standart

Proktor ile statik sıkıştırma testlerinin sıkıştırma özelliklerini karşılaştırmaktır. Bir sonraki adım, her iki testten

elde edilen drenajsız kesme mukavemetinin ve hidrolik iletkenliğin karşılaştırılmasını içermektedir.

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

2. Materyal

Bu araştırma, Tablo 1 ve Şekil 1'de gösterildiği gibi farklı gradasyon ve plastisite özelliklerine sahip on adet

zemin numunesinin kullanımını içermiştir. Araştırma için kullanılan araçlar, otomatik bir standart Proktor ünitesi,

statik sıkıştırma için yükleme presi ve statik sıkıştırma sırasında yapılan işler için bir kayıt ünitesi ile standart ve

minyatür boyutlu kalıplardan oluşmaktadır. Drenajsız kesme mukavemetleri, uygulanan torku ölçmek için

elektronik transdüserle donatılmış bir minyatür kanatlı kesme testi (VST) cihazı kullanılarak ölçülmüştür.

Maksimum tork kapasitesi 3 N.m olup, en küçük bıçak (12,7 x 12,7 mm) kullanıldığında yaklaşık 700 kPa kesme

gerilmesine eşdeğerdir. Hidrolik iletkenlik testleri için düşen seviyeli iletkenlik test yöntemiyle birlikte rijit duvar

tipi bir cihaz kullanılmıştır.

3. Yöntem

Bu araştırmada kullanılan yöntemler Standart Proktor ve statik sıkıştırma testleridir. Standart Proktor için

ASTM D668 standardı kullanılmıştır. Bu testte sıkıştırılmış zemine uygulanan teorik enerji 592,7 kN.m/m3'tür.

Statik sıkıştırma testi için aşağıdaki prosedür uygulanmıştır. Sıkıştırma kalıbı standart Proktor kalıbının (V = 944

cm3) yaklaşık 1/10'u olan, 98,2 cm3'lük bir hacimle, hem çapta hem de yükseklikte 5 cm’dir. Sıkıştırma aparatı

bir kalıp, bir ilave yakalık ve bir tokmak içerir. Kuru yoğunluğa karşı su içeriğini grafik üzerinde tek bir nokta ile

göstermek için yaklaşık 200 g zemin numunesi kullanılmıştır. Standart Proktor testinde olduğu gibi, statik

sıkıştırma prosedüründe de her biri önceden belirlenmiş miktarda enerji altında oluşturulmuş üç sıkıştırılmış

katman bulunur. Üç zemin katmanının her birine uygulanacak enerji (iş) miktarı aşağıdaki şekilde hesaplanır.

Öncelikle, standart Proktor için gerekli kompaktif enerjinin ifade edilmesi gerekir:

Kompaktif enerji =2,495 kg (9,81m/s2)(0.3048m)(3 tabaka)(25 düşüş/tabaka)

0,944 x 10−3 m3= 592,7 kN. m/m3

Burada, 2,495 kg tokmağın kütlesi ve 0,3048 m düşme yüksekliğidir. Her katmana uygulanan iş miktarı, Şekil

2'deki kuvvet-yerdeğiştirme eğrisi altındaki alan kullanılarak hesaplanır:

Kompaktif enerji = ∫ F∆hh

0

Katman başına sıkıştırma enerjisi elde etmek için:

592,7 kN. m/m3 =∫ F∆h

h

0 (3 tabaka)

98,17 x 10−6 m3

Sonuçta:

∫ F∆h = 19,4 N. m (her bir tabaka için)h

0

Zeminler sadece bir pistonla sadece bir tarafından kuvvet uygulanarak pirinç bir kalıp içinde sıkıştırılmıştır.

Sıkıştırma işleminden sonra numune kalıptan çıkarılmış, tartılmış ve daha sonra su içeriği için bir numune alınarak

etüvde kurutma işleminden sonra su içeriği ve kuru yoğunluk hesaplanmıştır. Bu sıkıştırma testlerinin her biri tüm

zemin örneklerinin su muhtevasına karşı kuru yoğunluk grafiğinin oluşturması için 5-7 kez tekrarlanmıştır.

Sıkıştırılmış zeminler üzerinde optimum su içeriğinde tek eksenli dayanım testleri yapılmıştır. Hem standart

Proktor hem de statik sıkıştırma ile sıkıştırılmış örnekler üzerinde kesme dayanımı testleri yapmak için minyatür

bir kanatlı kesici kullanılmıştır. Zemine uygulanan tork kuvveti bir VST aparatı ile (farklı sertlikte yayların

kullanımını ortadan kaldıran) elektronik bir transdüser tarafından kaydedilmiştir. Testler ASTM D4648

standardına uygun olarak yapılmıştır (ASTM, 2000). Kanatlı kesme düzeneğindeki dönme hızı ASTM

standardında önerilen 60-90/dak aralığının ortası olan 75/dak olarak alınmıştır.

Optimum su içeriğinde sıkıştırılmış on adet zemin örneğinde bir dizi düşen seviyeli permeabilite testi

yapılmıştır. Şekil 3'te gösterildiği gibi, sıkıştırılmış zemin numuneleri içeren kalıplar geçirgenlik test cihazına

yerleştirilmiş ve 20-25'lik bir hidrolik gradyan uygulanmıştır. Test süresi, sıkıştırılmış numuneden en az bir

gözenek hacmi kadar suyun geçirgenliğini sağlamak için bir ila iki hafta arasında değişmiştir. Her bir sıkıştırma

prosedüründe zemin numunelerinin her biri için üç örnek test edilmiştir. Günlük okumalar alınmış ve

geçirgenlikler aşağıdaki eşitlikle hesaplanmıştır:

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

k = (aL/At)ln(h1/h2)

Burada k: geçirgenlik (cm/s), a: düşey borunun kesit alanı (cm2), L: numunenin yüksekliği (cm), A: numunenin

kesit alanı (cm2) ve t: düşey borudaki su seviyesinin h1 yüksekliğinden h2 yüksekliğine düşmesi için geçen

zamandır (s). Geçirgenlik deneylerinde her bir sıkıştırma enerjisi için üç zemin numunesi kullanılmış; k

değerlerini belirlemede bu üç zeminin ortalaması alınmıştır.

4. Deney Sonuçları

Standart Proktor ve statik sıkıştırma testlerinin mekaniği tamamen farklıdır. Statik sıkıştırma deneyleri için

yükleme hızının test sonuçlarını etkilemesi söz konusu olabilir. Bunun böyle olup olmadığını gözlemek için, sabit

sıkıştırma enerjisi koşulları altında statik sıkıştırma numunelerine farklı yükleme hızları uygulanmıştır. Seçilen

sıkıştırma hızları 2,5 mm/dak, 5,0 mm/dak ve 10 mm/dak şeklindedir. Şekil 4’de standart Proktor eğrisi ile farklı

yükleme hızları için statik sıkıştırma eğrileri arasındaki bir karşılaştırma görülmektedir. Zemin 1'e uygulanan

enerji seviyesi standart Proktor kompaktif enerjisinin % 40'ı kadardır. Şekil 4'e ayrıntılı bakıldığında yükleme

hızının sıkıştırma enerjisi üzerindeki etkisinin önemsiz olduğu ortaya çıkmıştır. Sonuçta 10 mm/dak gerilme hızı

daha sonra ilerleyen statik sıkıştırma deneyleri için yükleme hızı olarak seçilmiştir.

Sıkıştırma enerjisinin test sonuçları üzerindeki etkisini gözlemlemek için zemin numunesi 7 üzerinde başka

bir statik sıkıştırma testi serisi gerçekleştirilmiştir. Temel olarak, böyle bir prosedürün amacı, deneysel eğrisi

standart Proktor'un sıkıştırma eğrisi ile eşleşen standart sıkıştırma testi için uygun sıkıştırma enerjisinin seviyesini

ayarlamaktır. Şekil 5‘de standart Proktor'un sıkıştırma eğrisi ile karşılaştırmalı, zemin numunesi 7 için %15, %20,

% 30, %35, %40 ve %50 enerji seviyeleri için statik sıkıştırmanın deneysel eğrilerini gösrülmektedir. Şekil 5,

standart Proktor eğrisi ile eşleşen statik sıkıştırma eğrisi için enerji seviyesinin %30 ile %50 arasında bir yerde

olması gerektiğini göstermektedir.

Statik sıkıştırma metodunun uygun sıkıştırma enerjisi seviyesini ayarlamak için, tüm zeminlerde %30, %40

ve %50 enerji seviyelerinde diğer bir statik sıkıştırma testi serisi gerçekleştirilmiştir. Yükleme hızı her durumda

10 mm/dak alınmıştır. Şekil 6, tüm zemin numuneleri için standart Proktor eğrisi ile karşılaştırmalı olarak %30,

%40 ve %50 enerji seviyeleri için statik sıkıştırma eğrilerini göstermektedir. Şekil 6'ya göre, statik sıkıştırma

testinin enerji seviyesinin standart Proktor eğrisi ile eşleşmesi için yaklaşık %40 olması gerektiğini görülmektedir.

Kabul edilmelidir ki, mükemmel bir eşleşme oldukça zordur. Optimum su içeriği ve maksimum kuru yoğunluklar

arasındaki farklar büyük olmayıp, kabul edilebilir aralıklar içinde olduğu düşünülmektedir.

Her bir zemine ait üç numune üzerinde geçirgenlik testleri yapılmıştır. Minyatür sıkıştırma kalıpları aynı

zamanda rijit duvarlı permeametre olarak kullanılmıştır. Testler, sıkıştırılmış zemin üzerinde optimum su

içeriğinde yapılmıştır. Statik sıkıştırma örnekleri için, numuneler optimum su içeriği ile birlikte %40 enerji

seviyesinde hazırlanmıştır. Tablo 2, geçirgenlik testlerinin sonuçlarını ortalama değerleri ile birlikte

göstermektedir. İki farklı tekniğin sonuçlarını karşılaştıran bir grafik amaca daha uygun olabilirdi. Fakat, iki

hidrolik iletkenlik değeri kümesi arasında sistematik bir ilişki yoktur. Tablo 2, bir yöntemin hidrolik iletkenlik

oranının diğer yöntemin hidrolik iletkenlik oranını ile karşılaştırılmasını göstermektedir. Tablo 2’yi genel

hatlarıyla ifade etmek gerekirse, genellikle, iki farklı teknik kullanılarak sıkıştırılmış zemin örneklerinin

geçirgenlikleri arasındaki fark (logaritmik olarak) bir derece daha az olup, Proktor yöntemini kullanarak elde

edilen zemin geçirgenliğinin statik sıkıştırma yöntemi ile elde edilenden sadece birkaç kat daha fazla olduğunu

göstermektedir.

Drenajsız kesme dayanımı testleri için yüksek tork kapasitesine sahip bir laboratuvar tipi kanatlı kesici

kullanılmıştır. Standart Proktor testi için optimum su içeriğinde sıkıştırılmış örnekler her iki uçtan da drenajsız

kesme dayanımı testine tabi tutulmuştur. Beklendiği gibi, hemen hemen tüm numuneler için, numunenin üst ucu

biraz daha yüksek bir mukavemet değeri vermiştir ve ikisinin ortalaması, test edilen numunenin drenajsız kesme

dayanımı olarak belirlenmiştir. Statik sıkıştırma kalıbı, standart Proktor testininki kadar yüksek olmadığından,

VST aparatı kullanılarak drenajsız kesme dayanımı testleri, numunenin orta seviyesinde sadece bir kez

yapılmıştır. Hem statik hem de standart Proktor sıkıştırma testleri kullanılarak sıkıştırılmış her bir zemin numunesi

için iki örnek, drenajsız kesme dayanımı testlerine tabi tutulmuştur. Tablo 3, sonuçları ortalama değerleriyle

birlikte göstermektedir. Geçirgenlik testi sonuçlarının karşılaştırılmasında olduğu gibi, Standart Proktor tekniği

kullanılarak sıkıştırılmış örnekler için elde edilen drenajsız kesme dayanımı değerleri, Tablo 3'ün son sütununda

aynı nedenlerle oransal olarak statik sıkıştırma yöntemininkilerle karşılaştırılmıştır. Standart Proktor yöntemi

kullanılarak sıkıştırılmış zemin örnekleri üzerinde elde edilen drenajsız kesme dayanımı değerleri, statik

sıkıştırma yöntemi kullanılarak sıkıştırılmış örnekler üzerinde belirlenenlerden daha yüksektir. Varyasyon aralığı

%100'e kadar olabilmektedir.

5. Sonuçlar

Standart Proktor testi sırasında sıkıştırma enerjisinin büyük bir kısmı boşa harcanmaktadır. Zeminlerde

sıkıştırma eğrisi, statik sıkıştırma yöntemi kullanıldığında %60 daha az enerji ile oluşturulabilmektedir. Statik

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

sıkıştırma testinde, tüm zemin kütlesi yer değiştirmeye maruz kalmakta olup, enerji boşa harcanmamakta ve

enerjinin neredeyse tamamı zemini sıkıştırmak için kullanılmaktadır. On adet zemin örneğinde sıkıştırma enerjisi

seviyesini belirlemek amacıyla, statik sıkıştırma testi ve proktor yöntemi uygulanmıştır. Statik sıkıştırma testi için

gereken enerji seviyesinin standart Proktor yönteminin %40'ı veya 237 kJ/m3 olduğu görülmüştür.

Statik sıkıştırma testi kullanılarak elde edilen drenajsız kesme dayanımları, standart Proktor yöntemi

kullanılarak elde edilenlerden biraz daha düşüktür. Bu farklılığın geçerli aralıklar içinde olduğu kabul

edilmektedir.

Benzer şekilde, statik sıkıştırma testi kullanılarak belirlenen hidrolik iletkenlikler, standart Proktor yönteminin

sıkıştırılmış örnekleri kullanılarak belirlenenlerden biraz daha düşüktür. Sahada veya laboratuvarda yapılan tipik

geçirgenlik testlerinin geniş değişimleri göz önüne alındığında, iki sıkıştırma yönteminin sonuçları arasındaki

hidrolik iletkenlik değişimleri önemsiz denebilecek derecede düşüktür.

Bu çalışmanın sonuçları, yalnızca dar bir gradasyon aralığında, on zemin örneğine dayanmaktadır. Bu

araştırmanın bulgularını doğrulamak için, geniş çapta gradasyon aralığı kullanan daha fazla araştırma yapılması

önerilmektedir.

Statik sıkıştırma testi için gerekli olan zemin miktarı, standart Proktor kalıbının sadece %10'u olup, yarım

kilogramdan daha azdır. Test, sondaj esnasında elde edilen sınırlı miktarda zemin üzerinde yapılabilmektedir.

Düzeneğin kullanımı, tane boyu 2 mm'den küçük zemin numuneleri ile sınırlandırılmıştır.

Deneyi yapan kişinin becerilerine bağlı olarak, standart sıkıştırma testinin süresi, bir sıkıştırma eğrisi oluşturmak

için yeterli sayıda nokta elde etmek için, 1-2 saat arasında değişmekte ve böylece standart Proktor testi için

harcanan süreyi önemli ölçüde kısaltmaktadır.

Statik sıkıştırma testi çevre dostudur ve standart Proktor testinin uygulanması sırasında, özellikle de otomatik

test esnasında karşılaşılan gürültüyü tamamen ortadan kaldırmaktadır. Enerjinin neredeyse tamamı zemini

yoğunlaştırmak için kullanılır ve standart Proktor testinde olduğu gibi hiç bir enerji boşa harcanmaz.

Referanslar

American Society for Testing Materials, 2000. Standard test method for laboratory miniature vane shear test for

saturated fine-grained soil. ASTM Standard D4648-00, West Conshohocken, PA.

American Society for Testing Materials, 2003. Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics

of Soil Using Standard Effort. ASTM D668-00, West Conshohocken, PA.

Basheer, I. A., 2001. Empirical modeling of the compaction curve of cohesive soils: Canadian Geotechnical

Journal, 38, 29-45.

Bell, J. R., 1977. Compaction energy relationships of cohesive soils: Transportation Research Record No. 641,

Stabilization of Soils, 29-34.

Day, S. R. and Daniel, D. E., 1985. Hydraulic conductivity of two prototype clay liners: ASCE Journal of

Geotechnical Engineering, 111(8), 957-970.

Hadas, A., 1987. Soil compaction under quasi-static and impact stress loading: Soil and Tillage Research, 9, 181-

186.

Sridharan, A. and Sivapullaiah, P. V., 2005. Mini compaction test apparatus for fine grained soils: Geotechnical

Testing Journal, 28(3), 1-7.

Tien, Y. M., Wu, P. L., Chuang, W. S., and Wu, L. H., 2004. Micromechanical model for compaction

characteristics of bentonite-sand mixtures: Applied Clay Science, 26, 489-498.

Venkatarama Reddy, B. V. and Jagadish, K. S., 1993. The static compaction of soils: Geotechnique, 43(2), 337-

341.

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

Şekil 1. Zemin numunelerinin gradasyon eğrileri

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

Şekil 2. Statik kompaksiyon prensibi ve bu yöntemle gerçekleştirilen işin tanımı

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

Şekil 3. Hidrolik iletkenlik testi için kullanılan permeametrenin şematik gösterimi

Şekil 4. 1 numaralı zemin numunesi için 2.5 mm/dak (daire), 5.0 mm/dak (elmas), ve 10 mm/dak (kare) yükleme

hızlarıyla elde edilmiş statik kompaksiyon eğrileri ile birlikte standart Proktor kompaksiyon eğrisi (yıldız).

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

Şekil 5. 7 numaralı zemin numunesi için farklı kompaksiyon eforları kullanılarak elde edilen statik kompaksiyon

eğrileri [standart proktor enerjisinin %15’i (SPE, boş daire), SPE’nin %20’si (boş elmas), SPE’nin %25’i (kare),

SPE’nin %30’u (dolu daire), ve SPE’nin %40’ı (dolu elmas)] ile birlikte standart Proktor kompaksiyon eğrisi

(yıldız).

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

Şekil 6. Tüm zemin numuneleri için SPE’nin %30’u (daire), SPE’nin %40’ı (elmas), ve SPE’nin %50’si (kare)

kullanılarak elde edilen statik kompaksiyon eğrileri ile birlikte standart Proktor eğrisi

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)

Tablo 1. Bu çalışmada kullanılan zemin numunelerinin temel özellikleri

No. LL

(%)

PL

(%)

PI

(%)

USCS FC

(%)

Sand

(%)

01 44.9 23.1 21.8 SC 24 76

02 43.8 21.3 22.5 SC 19 81

03 45.2 23.1 22.1 SC 13 87

04 40.1 21.9 18.2 SC 21 79

05 40.5 21.4 19.1 SC 13 87

06 41.1 21.7 19.4 SC 22 78

07 36.4 19.2 17.2 SC 22 78

08 34.4 20.8 13.6 SC 15 85

09 33.7 16.3 17.4 SC 19 81

10 31.8 15.3 16.5 SC 17 83

Tablo 2. Düşen seviyeli permeabilite deney sonuçları (cm/s)

No. Standart Proktor Static Compaction

kPro/ksta Test 1 Test 2 Test 3 Mean Test 1 Test 2 Test 3 Mean

01 9.23E-08 4.91E-08 2.15E-08 5.43E-08 1.37E-08 1.72E-08 2.51E-09 1.11E-08 4.9

02 1.52E-07 1.74E-07 1.01E-07 1.42E-07 4.73E-08 8.21E-08 8.74E-09 4.60E-08 3.1

03 3.3E-07 2.34E-07 1.52E-07 2.39E-07 1.51E-08 3.4E-08 7.89E-09 1.90E-08 13

04 3.13E-08 2.34E-08 2.57E-08 2.68E-08 2.09E-08 3.12E-08 2.12E-08 2.44E-08 1.1

05 1.82E-07 8.24E-08 3.57E-08 1.00E-07 2.5E-08 2.7E-08 2.47E-08 2.56E-08 3.9

06 4.83E-07 1.62E-07 1.12E-07 2.52E-07 3.38E-08 3.14E-08 1.12E-08 2.55E-08 9.9

07 6.57E-08 6.04E-08 3.19E-08 5.27E-08 2.75E-08 5.09E-08 4.5E-08 4.11E-08 1.3

08 6.48E-08 6.17E-08 4.77E-08 5.81E-08 3.26E-08 2.85E-08 3.3E-08 3.14E-08 1.9

09 8.14E-08 5.31E-08 4.57E-08 6.01E-08 7.39E-08 3.22E-08 5.16E-08 5.26E-08 1.1

10 9.05E-08 8.02E-08 5.43E-08 7.50E-08 1.04E-07 4.17E-08 2.18E-07 1.21E-07 0.6

Tablo 3. Serbest basınç dayanımı test sonuçları (kPa)

No. Standart Proktor Static Compaction

su(Pro)/su(sta) Test 1 Test 2 Mean Test 1 Test 2 Mean

01 442 407 424 259 432 346 1.2

02 526 515 520 355 453 404 1.3

03 584 520 552 203 484 343 1.6

04 481 328 405 554 514 534 0.8

05 467 453 460 505 381 443 1.0

06 553 553 553 264 481 373 1.5

07 342 451 396 364 362 363 1.1

08 404 411 407 194 418 306 1.3

09 525 492 508 269 208 238 2.1

10 269 518 393 161 206 183 2.1

Kabul

Edilmiş

Makale

(Düz

enlen

memiş)