YÜKSEK PLASTİSİTELİ KİL NUMUNELERİ ÜZERİNDE TEKRARLI ... · Bu sebeple direk kesme kutusu deneyi daha uzun deney süresi talep etmektedir. Bu sınırlamalara rağmen, tekrarlı

YÜKSEK PLASTİSİTELİ KİL NUMUNELERİ ÜZERİNDE

TEKRARLI DİREKT KESME DENEYİ İLE REZİDÜEL

KAYMA DAYANIMI İNCELEMESİ

AN INVESTIGATION FOR THE RESIDUAL STRENGTH OF HIGH

PLASTIC CLAY SPECIMENS USING MULTI-REVERSAL DIRECT

SHEAR TESTS

Ebru AKIŞ *1 Ahmad MEKAEL

2 Mustafa Tolga YILMAZ

3

ABSTRACT

Landslides are among the frequent natural disasters in Turkey. In order to prepare landslide

remediation projects, active landslide mechanisms should be accurately modeled. The

uncertainty regarding the residual shear strength on failure plane is a significant issue for a

reliable model. The effect of shear rate on the tests for residual shear strength is known to

be significant. The test duration can considerably long for particular soil types. Multi-

reversal direct shear tests have been frequently used in the determination of residual

strength parameters in engineering applications since the testing aparatus is widely

available. In this study, the preliminary results of a set of multi-reversal direct shear tests,

which were performed to decrease duration necessary for reliable determination of residual

strength parameters, are investigated. Within this scope, the reconstituted clay samples

taken from a landslide area in Sinop were used.

In this research, two sets of experiments were performed at essentially different shear rates.

Therefore, the effect of shear rate on the residual shear strength of specimens has been

examined. Accordingly, it has been shown that the measured residual strength of high

plastic clay samples is dependent on the shearing rate and the shear strength increases with

increasing speed. It has been observed that the residual internal friction angle can be

determined within an error of approximately 2.5° by limiting shearing rate to

0.0007mm/min samples. In the evaluation of test results, the cohesion value is supposed to

be zero (c= 0) when the residual shear resistance is mobilized and the residual internal

friction angle is determined between 9.9 and 15.0°. These values were compared with the

ones obtained from empirical relationships proposed in the literature and the back analysis

of the landslide, and the differences in the figures were evaluated considering the

differences in the experimental conditions.

Keywords: Landslide, residual shear strength, multi-reversal direct shear test.

ÖZET

Türkiye’de heyelanlar doğal afetler içinde sık karşılaşılan olaylar içinde yer almaktadır.

Heyelan çözüm projelerinin oluşturulabilmesi için aktif heyelanın mekanizmasının

gerçekçi olarak modellenmesi gerekir. Kayma düzlemindeki rezidüel kayma dayanımına

*1 Yrd. Doç. Dr., Atılım Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara, [email protected] 2 İnşaat Yüksek Mühendisi, Atılım Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara, [email protected] 3 Doç. Dr., Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Bilimleri Bölümü, Ankara, [email protected]

115

7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul

mailto:[email protected]

ilişkin belirsizlik, güvenilir bir model oluşturmak için çözülmesi gereken önemli bir

konudur. Rezidüel kayma dayanımının belirlenmesi için gerçekleştirilen deneylerde kesme

hızının sonuçlara önemli seviyede tesir ettiği bilinmektedir. Zemin cinsine bağlı olarak

deney süresi uzun zaman alabilmektedir. Tekrarlı direkt kesme deneyleri, deney cihazının

yaygın olması sebebiyle mühendislik uygulamalarında rezidüel kayma dayanımının

belirlenmesi için sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Bu çalışmada tekrarlı direkt kesme

deneyleriyle daha kısa sürede ve güvenilir şekilde rezidüel kayma dayanımı elde etmek

için gerçekleştirilen ön deneylerin sonuçları değerlendirilmektedir. Bu kapsamda,

Sinop’daki bir heyelan sahasından alınan örselenmiş kil numuneleri laboratuvarda

hazırlanarak deneylerde kullanılmıştır.

Bu araştırmada esas olarak farklı kesme hızlarında iki set deney gerçekleştirilmiştir.

Böylece, testlerde özellikle kesme hızının rezidüel kayma dayanımına etkisi incelenmiştir.

Bu doğrultuda, yüksek plastisiteli numunelerde ölçülen rezidüel dayanımın kesme hızına

bağlı olduğu ve artan hız ile dayanımın arttığı gösterilmiştir. Sinop numunelerinde bu hızın

0.0007 mm/dk seviyesi ile sınırlandırılması ile rezidüel kayma direnci açısı yaklaşık olarak

2.5° hata içerisinde tesbit edilebildiği gözlemlenmiştir. Deney sonuçları değerlendirilirken,

rezidüel kayma direncine ulaşıldığında kohezyon değerinin sıfır (c=0) olduğu kabulü

dikkate alınmış ve bu doğrultuda rezidüel kayma direnci açısı 9.9 ile 15.0° değerleri

arasında olduğu hesaplanmıştır. Bu değerler literatürde önerilen ampirik ilişkiler ve

heyelanın geri analizleri ile elde edilen rezidüel kayma direnci açısı değerleri

karşılaştırılmış, rakamlardaki farklılıklar deney koşullarındaki farklılıklar göz önüne

alınarak değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Heyelan, rezidüel kayma dayanımı, tekrarlı direkt kesme deneyi.

1. GİRİŞ

Şev stabilite problemlerinin modellenmesinde kullanılan parametreler şevde daha önce bir

kayma olması veya olmaması durumlarına göre farklılık göstermektedir. Skempton [1]

daha önce kayan şevlerin önlem projeleri için yapılacak olan analizlerde rezidüel kayma

dayanımı parametrelerinin kullanılması gerektiğini belirtmiştir. Bu nedenle, heyelan

sahalarının ıslahı projelerinin hazırlanabilmesi için kayma sonrası rezidüel kayma

parametrelerinin tayini büyük önem taşımaktadır. Rezidüel kayma dayanımı parametreleri

arazide veyn deneyi ile, laboratuvarda tekrarlı direkt kesme ve halka kesme deneyleri ile ya

da literatürde önerilen amprik yaklaşımlar ile tayin edilebilmektedir. Halka kesme

deneyinde, halka şeklindeki numunenin düşeyde ortasından geçen bir düzlem üzerinde

sürekli olarak açısal yerdeğiştirme ile kesilmesi nedeniyle rezidüel kayma dayanımı

güvenilir olarak belirlenebilmektedir [2,3]. Direkt kesme kutusu deneyinde ise rezidüel

dayanım, tekrarlı kesme ile tayin edilebilmektedir. Ancak bu deneyde yüksek kesme

deplasmanlarına ulaşabilmek için, her kesme aşamasından sonra kesme yönü geri

çevrilerek başlangıç pozisyonuna gelinmesi, boşluk suyu basınçlarını sönümlenmesi için

beklenmesi gerekmektedir. Bu sebeple direk kesme kutusu deneyi daha uzun deney süresi

talep etmektedir. Bu sınırlamalara rağmen, tekrarlı direkt kesme deneyi deney cihazının

kullanım kolaylığı ve yaygın olması nedeniyle rezidüel kayma dayanımın belirlenmesinde

sıkça kullanılmaktadır. Ülkemizde yapılan çalışmalarda halka kesme deneyi ve tekrarlı

direkt kesme deneyleri kullanılarak rezidüel kayma dayanımı incelenmiştir. Hatipoğlu [3],

Yılmaz [4], İyisan vd [5] halka kesme ve tekrarlı kesme deneyleri; Koltuk [6], Ataç [7]

halka kesme deneyleri; Ürkmez [8], İyisan vd [9], Bayın [10] tekrarlı direkt kesme

deneyleri sonucunda rezidüel kayma dayanımı açısı ile endeks özellikleri arasında

korelasyonlar önermiştir. Söz konusu çalışmalarda tekrarlı kesme kutusu deneyinden elde

116


edilen rezidüel kayma direnci açılarının halka kesme kutusu ile tayin edilen değerlerden

yüksek olduğu; ancak halka kesme ve tekrarlı direkt kesme deneylerinden elde edilen

rezidüel kayma direnci açısı değerleri arasındaki farkın artan kil yüzdesi ve plastisite indisi

ile azalmakta olduğu belirtilmiştir [3,6]. Bu çalışmada tekrarlı direkt kesme deneyleri,

rezidüel parametrelerin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Ancak, zemin özelliklerine bağlı

olarak deneyle ilgili standartlarda sınırlandırılan ve davranış üzerinde belirgin etkisi

bulunan kesme hızı, zemin cinsine bağlı olarak çok düşük olabilmektedir. Düşük hızın

getirdiği kesme süresinin uzunluğunun yanısıra rezidüel davranışa ulaşmak için birçok kere

kesme tekrarı yapılması toplam deney süresini çok uzatmakta ve deneysel yaklaşımın

pratik uygulamalarda kullanılmasını zorlaştırmaktadır.

Ülkemizde heyelanlar sıklıkla karşılaşılan olaylar olup doğal afetlerin %45’ini

oluşturmaktadır [11]. Özellikle yerleşim alanlarını ve ulaşım hatlarını tehdit eden aktif

heyelanlar için çözüm önerilerinin hızlı bir şekilde geliştirilmesi gerekmektedir. Güvenilir

ve ekonomik çözümler için ise heyelan mekanizması ile kayma düzlemini içeren jeolojik

malzemelerin rezidüel kayma dayanımı parametrelerinin gerçekçi şekilde belirlenmesi

gerekmektedir. Ancak, gerçekçi rezidüel kayma parametrelerinin belirlenebilmesi için

tekrarlı direkt kesme deneyleri yapılmak istendiğinde, deneyin gerek hızı gerekse tekrar

gerekliliği projelendirme sürecini istenmeyen bir şekile uzatabilmektedir. Pratik

uygulamalarda, rezidüel parametrelerin geri analiz ve literatürde verilen bağıntıların

kullanılması ile tahmini sıklıkla tercih edilen yaklaşımdır. Geri analiz yapılırken şev ile

kayma dairesinin geometrilerine ve varsa yeraltı su durumunun tanımlanmasına ihtiyaç

duyulmaktadır. Ancak, hareket anındaki yeraltı suyu durumunun tahmini önemli belirsizlik

içermektedir. Bu belirsizliğin heyelan mekanizması modeli ve rezidüel kayma dayanımı

parametrelerinin tahmini üzerindeki etkisi oldukça belirgin olabilmektedir. Literatürde

verilen ampirik ilişkilerde rezidüel kayma dayanımı parametreleri öngörülürken zeminin

plastisite indisi, likit limiti, kil oranı gibi özellikleri kullanılmaktadır [3-10,12-17]. Önemli

değişkenlik de gösteren bu ilişkiler deneysel verilere dayanmakta olup, Türkiye için yeni

bir veritabanı kurulana kadar, heyelan problemlerinde deneysel verilerin de sağlanabilmesi

için deney süreçleri pratikleştirilmelidir.

Bu amaçla, Sinop’taki bir heyelan sahasından alınan örselenmiş kil numuneleri

laboratuvarda hazırlanmıştır. Hazırlanmış numuneler üzerinde gerçekleştirilen tekrarlı

direkt kesme deneyleri ile kesme tekrar sayısının ve kesme hızının rezidüel parametrelere

ulaşma üzerindeki etkisi bir ön çalışma olarak incelenmiştir.

2. NUMUNE HAZIRLAMA

Heyelanların çözümünde kullanılacak olan rezidüel parametreler kayma düzleminden

alınan örselenmemiş numuneler üzerinde laboratuvar deneyleri yapılarak tayin edilebilir

[13]. Fakat, kayma yüzeyinden örselenmemiş numune almak zordur. Laboratuvarlarda

hazırlanmış numuneler rezidüel dayanım parametrelerinin tayini için kullanılabilmektedir.

[18,19]. Bu çalışma kapsamında, Sinop’daki bir heyelan sahasında kayma düzlemininin

içinde yer aldığı kil zeminden alınmış örselenmiş numuneler kullanılmış olup, numunelerin

kil yüzdesi %60, likit limiti LL=%64, plastik indisi PI=%43 olarak tespit edilmiştir.

Numuneler birleştirilmiş zemin sınıflandırma sistemine göre yüksek plastisiteli kil (CH)

olarak sınıflandırılmıştır.

40 nolu elekten geçen kuru daneler, su eklenerek ve mikser yardımı ile likit limit değerinde

hazırlanmış ve ASTM3080’de belirtildiği gibi deney öcesi 36 saat bekletilmiştir. Birinci

deney serisinde hazırlanmış numuneler sadece kesme kutusu içinde konsolide edilmiştir.

Ancak bu prosedürde iki önemli problemle karşılaşılmıştır. Birincisi çok yumuşak

117


numunenin düşük konsolidasyon basınçları altında dahi deney kutusundaki ince

aralıklardan kaçması; ikinci problem ise, her basınç seviyesi için öngörülen 24 saat

konsolidasyon süresinin oldukça aşılmasıdır. Bu sorunların çözülmesi ve konsolidasyonda

kaybedilen toplam sürenin azaltılması için bir büyük konsolidasyon kutusu imal edilmiştir.

Büyük konsolidasyon kutusunun boyutları 25cm (en) x 35cm (boy) x 20cm (yükseklik)

olup çelik kutu su haznesinin içine yerleştirilmiştir. Yük kademelerinin uygulanması,

ödometre deneyindeki gibi kaldıraç yardımıyla sağlanmıştır. Numune likit limitte

hazırlandıktan sonra kutunun içine yerleştirilmiş ve sırasıyla 10, 15, 20, 25 kPa basınç

altında konsolide edilmiştir. İkinci deney serisinde büyük konsolidasyon kutusundan elde

edilen numuneler kullanılmıştır.

3.TEKRARLI DİREKT KESME DENEYLERİ

Direkt kesme deneylerinde kesme hızının rezidüel parametrelere etkisi araştırma konusu

olmuştur. Tika vd. [20,21 ] tarafından sunulan çalışmalar kesme hızı yüksek olursa, bunun

deneyde gözlemlenen rezidüel kayma dayanımını arttırabileceği, azaltabileceği veya

belirgin şekilde etkilemeyebileceğini göstermektedir. Bu sebeple, öncelikle yeterli deney

hızına karar verebilmek için düşük kesme hızları kullanılarak ön deneyler yapılmış ve

yenilme anındaki deplasman değerleri bulunmuştur. Kesme hızı belirlenirken ASTM

D3080’de belirtilen prosedür izlenmiş ve t90 değerlerinden tf (yenilme anına kadar geçen

süre) değerlerine geçilmek suretiyle kesme hızları hesaplanmıştır. Yapılan değerlendirme

sonucunda, en düşük normal gerilme (50 kPa) altında hesaplanan hızların ortalaması göz

önüne alınarak kesme hızı 0.0007 mm/dk olarak belirlenmiştir. Bu kesme hızı literatürde

yapılan çalışmalar ile uyumludur [17,22-24]. Tekrarlı direkt kesme deneylerinde kesme

deneyi öncesi süreçler ASTM D3080 standartı ve kesme tekrarları BS 1377 (Kısım 7)

standartlarına göre yapılmış olup, deney setleri 51.1, 102.2, ve 204.4 kPa normal gerilme

(n) altında 60 mm x 60 mm kesme kutusu içinde gerçekleştirilmiştir. Deneyler tam

otomatik servo kotrollü UTESTTM

direkt kesme cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Numuneler

direk kesme cihazına yerleştirildikten sonra numune üzerindeki normal gerilme kademeli

olarak arttırılarak numuneler kesme kutusu içerisinde konsolide edilmiştir. Son

konsolidasyon gerilmesi, kesme sırasında uygulanacak olan normal gerilmenin dört katı

olacak şekilde verilerek, aşırı konsolidasyon oranı (AKO) 4 değerine ulaştırılmıştır. Her bir

konsolidasyon aşaması birincil konsolidasyon süresi tamamlandığında sonlandırılmıştır.

Ancak bu sürenin 24 saatten az olmasına izin verilmemiştir. Son konsolidasyon

gerilmesinin uygulanmasından sonra, kesme sırasında uygulanacak olan normal gerilme

uygulanmış ve numune şişmesi tamamlanması beklenmiştir.

Çalışmada esas olarak iki set deney gerçekleştirilmiştir. Birinci deney serisinde kesme hızı

önceki benzer kil numuneleri üzerinde yapılan çalışmalar dikkate alınarak 0.024 mm/dk

olarak alınmış [25], ancak son kesmede hız 0.001 mm/dk’ya indirilmiştir. İkinci deney

serisi için kesme hızı 0.0007 mm/dk olarak alınmıştır.

Deneylerde geri çekme hızı 0.122mm/dk olarak uygulanmış olup bir sonraki kesme

öncesinde oluşabilecek boşluk suyu basıncının dağılmasına izin vermek için BS1377

(Kısım 7)’de belirtildiği gibi 12 saat beklenmiştir. Numunelerin direkt kesme kutusu içinde

konsolide edildiği birinci seri deneylerinin her biri yaklaşık 21 gün konsolidasyon, 21 gün

de kesme olmak üzere 42 gün sürerken; hazırlanmış numunenin 25 kPa normal basınca

kadar büyük kutuda konsolide edildiği ve sonra kesme kutusuna yerleştirildiği ikinci deney

serisindeki her bir deney yaklaşık 15 gün konsolidasyon, 76.5 gün de kesme olmak üzere

toplam 91.5 gün sürmüştür. Her numunede büyük konsolidasyon kutusu 6 gün deney süresi

kazandırmaktadır. Ancak, toplam deney süresinde esas belirleyicinin kesme hızı olduğu

118


anlaşılmıştır. Birinci ve ikinci deney serileri için sonuçlar Şekil 1-6 ve Tablo 1-2 ile

sunulmuştur. Rezidüel dayanım parametrelerine karar verilirken göreceli olarak hafif olan

pik geçildikten sonraki hafif ondülasyonlu kısımın ortalama değeri ile minimum kayma

dayanımı değerleri Tablo 1 ve 2 ile verilmiştir.

4.DAYANIM PARAMETRELERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Skempton [13] nispeten az sayıda yaptığı deneyler sonucunda rezidüel dayanıma 1-2 inç

(25-51 mm) deplasman sonrasında ulaşılabildiğini belirtmiştir. Bu nedenle, deneyler

planlanırken her deneyde 5 mm olan kesme uzunluğu, 5 kere tekrar edilerek toplamda 25

mm değerine ulaşılması öngörüldü.Ancak, ilk seri deneylerin bitiminde yapılan

değerlendirme sonucunda 0.024mm/dk ve 0.001mm/dk hız ile yapılan son iki kesme

arasındaki (pik sonrası ortalama) kayma dayanımı farkı %8.3 olmuştur. Rezidüel değerin

tayin edilemediği yönünde yapılan değerlendirme sonucunda, 0.024mm/dk hız ile üç

kesme daha yapılmaya karar verildi. 0.001mm/dk ile yapılan beşinci kesme ve

0.024mm/dk ile yapılan sekizinci kesmede elde edilen kayma dayanımların arasındaki

farkın %1.8 olması üzerine deney sonlandırıldı. İkinci seride 204.4 kPa normal gerilme

altında yapılan deneylerde son iki dayanım değeri arasındaki farkın %10.7 olması üzerine

deneyin tekrar edilmesine karar verildi. Diğer tüm deneylerde son iki tekrar kesmede elde

edilen dayanımlar arasındaki fark literatürde önerilen değerlerle [26] uyumlu olduğu için

rezidüel dayanıma ulaşıldığı kabul edildi.

Tablo 1 ve 2’de verilen pik sonrası ortalama kayma dayanımı ve pik sonrası minimum

kayma dayanımı değerleri karşılaştırıldığında, ortalama ve minimum gerilmeler için elde

edilen değerlerin birbirine çok yakın olduğu görülmektedir. Bu nedenle, pik sonrası

ortalama kayma değerleri dikkate alınarak rezidüel kayma dayanımı parametrelerinin

tahmin edilmesi yeterli görülmektedir. Skempton [13] rezidüel kohezyon değerinin çok

düşük olduğunu ve büyük olasılıkla sıfırdan çok farklı olmadığını belirtmiştir. Bu nedenle

kilin dayanımı her normal gerilme için sec (sekant kayma direnci açısı) değeri

hesaplanarak elde edilmiştir. Yukarıda belirtilen kısıtlarla birlikte rezidüel davranışa

ulaşıldığı kabulüyle, birinci deney serisinde elde edilen sec değerleri 51.1, 102.2 ve 204.4

kPa normal gerilme değerleri için sırasıyla, 15.0°, 13.2° ve 12.6° olarak hesaplanmıştır.

Deney hızının 0.0007mm/dk’ya indirildiği ikinci deney serisinde ise sec değerleri sırasıyla

12.7°, 12.7° ve 9.9° olarak hesaplanmıştır.

Farklı deney hızları ile elde edilen rezidüel sekant kayma direnci açısı değerleri Tablo 3’de

özetlenmiştir. Her iki deney serisinde de n=204.4 kPa altında elde edilen sec değerlerinin

n=51.1 ve n=102.2 kPa altında yapılan deneylerde ölçülenden sistematik şekilde düşük

olduğu görülmüştür. Bu durum, normal gerilmenin rezidüel kayma direnci açısının

tahminini etkilediğini göstermektedir. Farklı normal gerilme değerleri için deney sayısı

arttırılarak bu gözlem daha detaylı incelenmelidir. Her iki deney serisi için de son kesme

tekrarında elde edilen n – pik sonrası ortalama kayma dayanımı () ilişkisi Şekil 7’de

gösterilmektedir. Bu deney sonuçları kullanılarak ve en düşük kareler prensibi ile Mohr-

Coulomb yenilme kriterine göre rezidüel kayma dayanımı parametreleri birinci ve ikinci

deney serisi için sırasıyla cres=2.8kPa, res =11.8° ile, cres=5.3kPa, res =8.6° olarak

hesaplanmıştır.

119


Şekil 1. Birinci Seri Deneyler, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=51.1kPa)



120


Şekil 4. İkinci Seri Deneyler, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=51.1kPa)

Şekil 5. İkinci Seri Deneyler, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=102.2 kPa)

Şekil 6. İkinci Seri Tekrar Deneyi, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=204.4

kPa)

121


Tablo 1. Direkt Kesme Kutusu İçinde Hazırlanan Numuneler Üzerinde Yapilan Birinci

Deney Serisi Için Pik Ve Rezidüel Kayma Dayanımı Değerleri

Deney Deney

adı n (kPa)

Pik

Dayanım

(kPa)

Pik

Sonrası

Dayanım-

Ortalama

(kPa)

Ort.

göre sec (°)

Pik

Sonrası

Dayanım-

Minimum

(kPa)

Min.

göre sec (°)

Kesme

Hızı

(mm/min)

Birinci (pik)

Kesme T1-11

51.10

37.8

0.024

İkinci Kesme T1-12

19.5 20.9 18.6 20.0 0.024

Üçüncü

Kesme T1-13

15.8 17.2 15.8 17.2 0.024

Dördüncü Kesme

T1-14

15.1 16.4 15.0 16.4 0.024

Beşinci

Kesme T1-15

13.9 15.2 12.9 14.2 0.001

Altıncı Kesme

T1-16 16.2 17.6 15.9 17.3 0.024

Yedinci

Kesme T1-17 15.3 16.6 15.2 16.6 0.024

Sekizinci Kesme

T1-18 13.7 15.0 13.6 14.9 0.024

Birinci (pik)

Kesme T1-21

102.20

71.8

0.024

İkinci Kesme T1-22

33.7 18.3 33.2 18.0 0.024

Üçüncü

Kesme T1-23

28.4 15.5 28.2 15.4 0.024

Dördüncü

Kesme T1-24

24.8 13.7 24.6 13.5 0.024

Beşinci

Kesme T1-25

23.9 13.2 23.2 12.8 0.001

Birinci (pik)

Kesme T1-31

204.40

129.0

0.024

İkinci Kesme T1-32

63.8 17.3 60.4 16.5 0.024

Üçüncü

Kesme T1-33

54.5 14.9 51.3 14.1 0.024

Dördüncü Kesme

T1-34

47.9 13.2 45.3 12.5 0.024

Beşinci

Kesme T1-35

45.6 12.6 43.7 12.1 0.001

Literatürde sıfır efektif normal gerilme altında kayma dayanımı değerinin sıfır olduğu (bir

başka deyişle kohezyonun sıfır olduğu), özellikle kil yüzdesinin %50’den fazla olduğu

killerde, düşük gerilmeler altında rezidüel kayma dayanımı ile normal efektif gerilme

arasındaki bağıntının doğrusal olmadığı belirtilmektedir [1,2,6,25,27]. Deney sonuçlarında

az da olsa kohezyon çıkma durumunun rezidüel kayma dayanım zarfının doğrusal

olmamasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Birinci ve ikinci deney serileri sonucunda

elde edilen bu rezidüel kayma dayanımı parametreleri incelendiğinde deney hızının

parametreler üzerine etkisi görülmektedir. Bu etki, birinci deney serisinde n=51.1 kPa

normal gerilme altında 0.001mm/dk hızla yapılan kesme sırasındaki dayanımın (13.9 kPa),

hızın 0.024mm/dk seviyesine çıkartılarak yapılan bir sonraki kesmede artması (16.2 kPa)

ve iki kesme tekrarından sonra aynı seviyelere gelmesi ile de anlaşılmıştır.

Zeminin rezidüel kayma direnci açısı, likit limit, plastisite indeksi ve kil yüzdesi gibi

parametrelere bağlı olarak literatürde verilen korelasyonlar yardımıyla tahmin

edilebilmektedir. Araştırmada kullanılan kil numunesinin plastisite indeksi (PI=%43) için

beklenen rezidüel kayma direnci açısı Olsen vd. ’ne [28] göre 8°, Lambe [15] tarafından

önerilen bağıntıya göre n=100 kPa için 10.5°; Filz vd.’ne [16] göre ise 11.5°-14°

aralığında tahmin edilebilmektedir. Numunenin likit limit değeri (LL=%64) kullanılarak

rezidüel kayma direnci açısı Stark ve Eid’e [12] göre n=100 kPa için 14.8°, Mesri ve

122


Cape-Diaz’a [17] göre 14.6°, İyisan vd.’ne [5,9] göre 14.2°, 15.4° (tekrarlı direkt kesme

deneyi) ve 10.4° (halka kesme deneyi), Bayın’a [10] göre 18°, Hatipoğlu’na [3] göre 13.5°

(tekrarlı direkt kesme deneyi) ve 10.7° (halka kesme deneyi), Ataç’a [7] göre 11.5°,

Ürkmez’e [8] göre ise 13.2° olarak öngörülmektedir. Numune içindeki kil yüzdesi

(CF=%60) verisi kullanıldığında ise Skempton [13] ilişkisine göre 8.4° ile 18.6° arasında,

ancak Skempton vd.’ne [14] göre ise 11° olarak hesaplanabilmektedir. Sonuç olarak, kilin

fiziksel özellikleri ve literatürde verilen korelasyonlar kullanılarak rezidüel kayma direnci

açısı 8° ile 18.6° gibi geniş bir aralıkta tahmin edilmektedir.

Limit denge metodu ve farklı yöntemler kullanılarak iki kritik kesit için yapılan geri

analizlerin sonucunda rezidüel kayma direnci açısının 11.6° ile 12.7° arasında

değişebileceği hesaplanmıştır. Analizler ikinci yazarın tez çalışmasında sunulmuştur [29].

Bu değerler, kesme hızının 0.0007mm/dk seviyesinde indirildiği ikinci deney serisinin

sonucunda ulaşılan sec değerleri ile oldukça tutarlıdır. Ancak, kesme hızının 0.024mm/dk

olduğu deney setlerinde bu değerlere düşülememiş, buna karşın kesme hızının 0.001mm/dk

seviyesine indirildiği kesme tekrarlarında sec =12.7° üst sınırına oldukça yakın değerler

gözlemlenebilmiştir. Bu sonuçlar, rezidüel mukavemetin gözlemlenebilmesi için yeterince

düşük kesme hızının gerekli olduğuna işaret etmektedir. İki deney serisi sonuçları

karşılaştırıldığında sec arasında yaklaşık 2.5° fark bulunduğu görülmüştür. Mevcut deney

sonuçları kısmen desteklese de, hızlı kesme tekrarlarının ardından yavaş kesme yapılarak

rezidüel kayma direnci açısının makul bir hata ile tahmini mümkün olabileceği

öngörülmektedir. Bu tip bir uygulama ile deney sürelerinde önemli bir kısalma mümkün

olacaktır. Daha detaylı değerlendirme için deneysel çalışmalar sürmektedir.

5.SONUÇLAR

İki farklı hızda yapılan deneyler sonucunda deney hızının rezidüel kayma dayanımı

parametrelerine etkisi görülmüştür. Literatürdeki farklı araştırmacılar tarafından önerilen

bağıntılar ile hesaplanan rezidüel kayma direnci açısı değerleri ise daha geniş bir aralığa

işaret etmektedir. Bu nedenle, deney sayısı arttırılarak ve ilk deneylerin hızlı son tekrar

kesmenin yavaş yapılması durumu ve bunun parametreler üzerindeki etkisi ilave deneyler

ile incelenmesi durumunda tekrarlı direkt kesme deneyleri için gerekli olan sürecin

kısaltılabileceği düşünülmektedir.

Şekil 7. Rezidüel Kayma Dayanımı ve Göçme Zarfı

123


Tablo 2. Büyük konsolidasyon kutusundan elde edilen numuneler üzerinde yapılan ikinci

deney serisi için pik ve rezidüel kayma dayanımı değerleri

Deney Deney

adı

Normal

Gerilme

(kPa)

Pik

Dayanım

(kPa)

Pik

Sonrası

Dayanım-

Ortalama

(kPa)

Ort.

göre sec

(°)

Pik

Sonrası

Dayanım-

Minimum

(kPa)

Min.

göre sec (°)

Kesme

Hızı

(mm/min)

Birinci (pik)

Kesme T2-11

51.10

27.4 0.0007

İkinci Kesme T2-12 19.5 20.9 17.4 18.8 0.0007

Üçüncü

Kesme T2-13 17.4 18.8 16.6 18.0 0.0007

Dördüncü

Kesme T2-14 15.2 16.5 14.6 16.0 0.0007

Beşinci

Kesme T2-15 14.4 15.7 14.0 15.3 0.0007

Altıncı

Kesme T2-16 12.2 13.4 11.9 13.1 0.0007

Yedinci

Kesme T2-17 12.8 14.0 12.6 13.8 0.0007

Sekizinci

Kesme T2-18 11.8 13.0 10.2 11.3 0.0007

Dokuzuncu

Kesme T2-19 11.5 12.7 9.9 11.0 0.0007

Birinci (pik)

Kesme T2-21

102.2

57.0 0.0007

İkinci Kesme T2-22 41.6 22.1 38.9 20.8 0.0007

Üçüncü Kesme

T2-23 37.3 20.1 35.8 19.3 0.0007

Dördüncü

Kesme T2-24 32.1 17.4 31.5 17.1 0.0007

Beşinci Kesme

T2-25 28.9 15.8 28.0 15.3 0.0007

Altıncı

Kesme T2-26 26.9 14.7 26.4 14.5 0.0007

Yedinci Kesme

T2-27 24.2 13.3 24.1 13.3 0.0007

Sekizinci

Kesme T2-28 23.1 12.7 22.9 12.6 0.0007

Dokuzuncu Kesme

T2-29 23.1 12.7 23.1 12.7 0.0007

Birinci (pik)

Kesme T2-31

204.4

95.4 0.0007

İkinci Kesme T2-32 62.9 17.1 62.1 16.9 0.0007

Üçüncü

Kesme T2-33 55.6 15.2 55.1 15.1 0.0007

Dördüncü

Kesme T2-34 47.0 13.0 46.9 12.9 0.0007

Beşinci Kesme

T2-35 42.5 11.7 42.2 11.7 0.0007

Birinci (pik)

Kesme T22-31

204.4

96.0 0.0007

İkinci Kesme T22-32 68.1 18.4 67.9 18.4 0.0007

Üçüncü Kesme

T22-33 56.2 15.4 55.8 15.3 0.0007

Dördüncü

Kesme T22-34 49.6 13.6 47.9 13.2 0.0007

Beşinci Kesme

T22-35 42.9 11.8 42.8 11.8 0.0007

Altıncı

Kesme T22-36 38.8 10.8 38.7 10.7 0.0007

Yedinci Kesme

T22-37 39.2 10.9 36.9 10.2 0.0007

Sekizinci

Kesme T22-38 37.1 10.3 36.0 10.0 0.0007

Dokuzuncu Kesme

T22-39 35.6 9.9 35.5 9.8 0.0007

124


Tablo 3. Farklı deney hızları ile elde edilen rezidüel sekant kayma direnci açısı değerleri

Deney Serisi No Normal Gerilme

(kPa)

Rezidüel sekant kayma

direnci açısı

r,sec (°)

Kesme Hızı (mm/dk)

Birinci 51.1

15.0 0.024 ve 0.001

İkinci 12.7 0.0007

Birinci 102.2

13.2 0.024 ve 0.001

İkinci 12.7 0.0007

Birinci 204.4

12.6 0.024 ve 0.001

İkinci 9.9 0.0007

6. TEŞEKKÜR

Karayolları Genel Müdürlüğü Araştırma ve Geliştirme Dairesi Başkanlığı, Zemin

Mekaniği ve Tüneller Şubesi Müdürü Sina Kiziroğlu’na, Müdürlük Şef, Mühendis ve

Teknisyenlerine, Karayolları 7. Bölge Müdürlüğü Bölge Müdür Yardımcısı İsmail Aşık ve

Bölge Araştırma Dairesi Şef, Mühendis ve Teknisyenlerine, Yüksel Proje Geoteknik

Müdürü Özgür Kuruoğlu’na vaka üzerindeki destekleri için teşekkür ederiz. UTEST

(Ankara) firması ve çalışanlarına deney aletinde yaşadığımız sorunların çözümü için

sağladıkları yardım ve işbirliği için teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

[1] Skempton, A. W. (1985), “Residual Strength of Clays in Landslides, Folded Strata and

The Laboratory.” Geotechnique, 35(1), 3–18.

[2] Bishop, A.W., Green, G. E., Garga, V.K., Andresen, A., Brown, J.D. 1971. "A New

Ring Shear Apparatus And Its Application To The Measurement of Residual

Strength", Geotechnique 21, No. 4, pp 273-328.

[3] Hatipoğlu, M. (2012). “Kalıcı Kayma Mukavemetinin Laboratuvar Deneyleri ile

Belirlenmesi”, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği

Bölümü, İstanbul, Türkiye.

[4] Yılmaz, E., 2006. "Zeminlerin Endeks Özelliklerinin Kalıcı Kayma Mukavemetine

Etkisi", Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği

Bölümü, İstanbul, Türkiye.

[5] İyisan, R., Çevikbilen, G., Koltuk, S., Yılmaz, E. (2006). “Sıkıştırılmış Zeminlerde

Kalıcı Kayma Mukavemetinin Belirlenmesi”, Zemin Mekaniği ve Temel

Mühendisliği Onbirinci Ulusal Kongresi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon,

Türkiye, Eylül 7-8.

[6] Koltuk, S. (2005), “Zeminlerin Kalıcı Kayma Mukavemetinin Halka Kesme Deneyi ile

Belirlenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat

Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye.

[7] Ataç, A.E. (2009). “Plastisitenin Kalıcı Kayma Mukavemetine Etkisi”, Yüksek Lisans

Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye.

[8] Ürkmez, A.R., 2009. "Kalıcı Kayma Mukavemetinin Tekrarlı Kesme Kutusu Deney

Yöntemi ile Belirlenmesi", Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi,

İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye.

[9]_İyisan, R., Çevikbilen. G., Hatipoglu M., Ürkmez A.R., Ataç A.E. (2009). “Yüksek

Plastisiteli Killerin Kalıcı Kayma Direnci” 3. Geoteknik Sempozyumu, Çukurova

Üniversitesi, Adana

125


[10] Bayın, A. (2011). “Plastisitenin Kalıcı Kayma Mukavemetine Etkisi”, Yüksek Lisans

Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye.

[11] Gökçe, O., Özden, Ş., & Demir, A. (2008), “Türkiye'de Afetlerin Mekansal ve

İstatistiksel Dağılımı Afet Bilgileri Envanteri”. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı

Afet İşleri Genel Müdürlüğü. Ankara.‏

[12] Stark, T. D., & Eid, H. T. (1994), "Drained Residual Strength of Cohesive Soils".

.Journal of Geotechnical Engineering, 120(5), 856-871.

[13] Skempton, A. W. (1964), "Long-term Stability of Slopes”. Geotechnique, 14(2), 75-

‏‏.102

[14] Skempton, A. W., Leadbeater, A. D., & Chandler, R. J. (1989), "The Mam Tor

Landslide, North Derbyshire”. Philosophical Transactions of the Royal Society of

London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 329(1607), 503-

‏.547

[15] Saleh, A. A., & Wright, S. G. (1997), "Shear Strength Correlations and Remedial

Measure Guidelines for Long-Term Stability of Slopes Constructed of Highly

Plastic Clay Soils" (No. FHWA/TX-98/1435-2F).‏‏

[16] Abramson, L. W., Lee T.S., Sharma, S., Boyce G.M, (2002), "Slope Stability and

Stabilization Methods". John Wiley & Sons, Second Edition, San Francisco.

[17] Mesri, G., & Cepeda-Diaz, A. F. (1986), "Residual Shear Strength of Clays and

Shales". Geotechnique, 36(2), 269-274.‏‏

[18] La Gatta, D.P. (1970), “Residual Strength of Clays and Clay-Shales by Rotation Shear

Tests.” Harvard Soil Mechanics Series No. 86. Harvard University, Cambridge.

[19] Huvaj-Sarihan, N. (2009), “Movement of Reactivated Landslides.” Ph.D. Thesis,

University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL.

[20] Tika, T. E., Vaughan, P. R., & Lemos, L. J. L. J. (1996), "Fast Shearing of Pre-

existing Shear Zones in Soil". Geotechnique, 46(2), 197-233.‏

[21] Tika, T. E., & Hutchinson, J. N. (1999), "Ring Shear Tests on Soil from the Vaiont

Landslide Slip Surface". Geotechnique, 49(1), 59-74.‏

[22] Stark, T. D., & Hussain, M. (2010), "Drained Residual Strength for Landslides".

GeoFlorida 2010, 3217-3226.‏

[23] Mesri, G., & Huvaj-Sarihan, N. (2012), "Residual Shear Strength Measured by

Laboratory Tests and Mobilized in Landslides". Journal of Geotechnical and

Geoenvironmental Engineering, 138(5), 585-593.

[24] Lambe, T. W. (1951), Soil Testing for Engineers. Soil Science, 72(5), 406.‏

[25] Maghsoudloo, A. (2013), “Nonlinearity of the Residual Shear Strength Envelope in

Stiff Clays”, MSc Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey.

[26] Anayi, J. T., Boyce, J. R., and Rogers, C. D. (1988), “Comparison of Alternative

Methods of Measuring the Residual Strength of a Clay”, Transportation Research

Record, 1192, 16-26.

[27] Mesri ,G. & Shahien, M., A. (2003), “Residual Shear Strength Mobilized in First-

Time Slope Failures”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental

Engineering, 129(1), 12-31.

[28] Bowles, J. E. (1988), “Foundation Analysis and Design”. McGraw-Hill Book

Company, New York.

[29] Mekael, A. (2017), “Türkiye’nin Kuzeyindeki Orduköy Heyelanından Alınan

Yoğrulmuş Kil Numuneleri Üzerinde Reziduel Kayma Dayanımı İncelemesi”,

Yüksek Lisans Tezi, Atılım Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara,

Türkiye.

126


Documents

YÜKSEK PLASTİSİTELİ KİL NUMUNELERİ ÜZERİNDE TEKRARLI ... · Bu sebeple direk kesme kutusu deneyi daha uzun deney süresi talep etmektedir. Bu sınırlamalara rağmen, tekrarlı