Kilin Kritik Durum Parametrelerinin Laboratuarda Belirlenmesi

Abstract

Modern zemin mekaniğinin büyük bir kısmı laboratuarda hazırlanmış veya yoğrulmuş zeminlerin özelliklerinin incelendiği ayrıntılı çalışmaların sonuçlarının değerlendirilmesiyle gelişmiştir. 1960'lı yıllarda Cambridge Üniversitesi Zemin Grubu tarafından formüle edilen Kritik Durum Zemin Mekaniği anlayışı daha önce ayrı ayrı ele elınan bir takım temel bulguları tek bir çerçevede açıklamaktaki başarısı nedeniyle önem kazanmıştır. Böylece, bu anlayış zeminlerin davranışlarının modellenmesinde basit ve güvenilir bir teori oluşturmuş, mühendislik problemlerinin çözümünde giderek daha çok uygulanmaya başlanmıştır. Kritik Durum Teorisi, zeminin kayma direncinin gerilme geçmişinden ve drenaj koşullarından bağımsız olarak yalnız boşluk oranı ve efektif gerilmenin bir fonksiyonu olarak ifade edilebileceği varsayımına dayanır. Gerilme uzayında bu fonksiyon Kritik Durum Eğrisi verilen bir eğri ile temsil edilir. Bu teoriye uyan ideal bir zemininin davranışını tarifleyen ilk matematiksel model Cam Kili (Cam Clay) adı verilen zemin modelidir. Bu model Kritik Durum Parametreleri olarak da adlandırılan şu beş parametre ile tanımlıdır: Spesifik hacim-ortalama efektif gerilme düzleminde normal sıkışma eğrisinin eğimi; , spesifik hacim-ortalama efektif gerilme düzleminde kabarma eğrisinin eğimi; , deviatör gerilme-ortalama efektif gerilme düzleminde Kritik Durum Eğrisi'nin eğimi; , spesifik hacim-ortalama efektif gerilme düzleminde Kritik Durum Eğrisi'nin ve normal sıkışma eğrisinin yerlerini belirlemek için p'=1 kN/m2' ye karşı gelen spesifik hacim değerileri, sırasıyla, ve . Bu çalışmada Hamdi Peynircioğlu Laboratuarında belli başlı uluslararası zemin mekaniği laboratuarlarında kullanılan Speswhite Kaolin kilinden hazırlanmış suya doygun numuneler üzerinde bir seri üç eksenli basınç ve ödometre deneyleri yapılmıştır. Elde edilen deney sonuçlarından, incelenen kilin Kritik Durum Parametreleri belirlenmiştir. Belirlenen bu değerler, aynı kil ile çalışan çeşitli araştırmacıların yayınladıkları değerlerle karşılaştırılmış ve sonuçların uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Böylece Hamdi Peynircioğlu Laboratuarında oluşturulan deney düzenin ve izlenen deneysel yöntemin uygunluğu kanıtlanmıştır.

Much of modern soil mechanics has developed from the results of comprehensive studies of the properties of remoulded and reconstituted natural or artificial soils. By far the most successful conceptual framework proposed for understanding the behaviour of soils is that known under the general name of Critical State Theory. The theory was developed originally in Cambridge University based on laboratory testing of reconstituted artificial clays (i.e. Spestone kaolin). Although it has been modified and changed and some more sophisticated variations have been proposed, over the last three decades the classical theory has been widely taught and increasingly applied to the solution of engineering problems. The critical state framework, which was formulated by the Cambridge soil mechanics group under the leadership of Roscoe, derives its success from its ability of unifying the 'consolidation' and 'shearing', the 'drained' and 'undrained' behaviour of soils. In this way, the theory provides a logical and simple framework for mathematical modelling of soils. The very first mathematical model developed based on the concepts of Critical State Theory is known as Cam clay. Cam clay model requires five parameters for its full description. These are: the slope of the normal compression lines in specific volume-mean effective stress space, ; the slope of the swelling line in specific volume-mean effective stress space, ; the slope of the critical state line in deviator stress-mean effective stress space, and ; value of specific volume at p'= 1 kN/m2 on the Critical State Line and on the normal compression line, respectively. The work presented here describes the triaxial and odemeter tests conducted on reconstituted saturated samples of Speswhite Kaolin and the determination of critical state parameters from the results of these tests. The parameters obtained are compared to those published by various researchers who worked on the same soil and are found to be compatible. In this way, the accuracy of the apparatus used as well as the adequacy of the experimental procedure applied has been confirmed.