Donmuş zeminin kayma mukavemeti

Abstract

Zayıf zeminlerde tünel açma ve tünel çevresinin stabilizasyo- nu, keson indirme şev göçmesine karşı geçici tedbir alınması işlemlerinde zeminin yapay olarak dondurulması metotları kul lanılmaktadır. Donmuş zeminlerin mekanik davranışı ile ilgili geniş uygulama alanı bulunmasına rağmen bu konudaki bilgiler sınırlıdır. Bu çalışmada donmuş zeminin kayma mukavemetine etkiyen faktör ler incelenmiş özellikle sıfır derecenin altındaki sıcaklığın ve deney hızının zemin mukavemetine nasıl etkidiği araştırıl mıştır. Bu maksatla, sıfır derecenin altındaki sıcaklıklarda çalışa bilmek için sıcaklığı -13°C ye indirebilen ve sıcaklığı ±0.5°C lik bir aralıkta sabit tutulabilen 2.65 x 1.64x2.26 m boyutlarında bir deney odası teşkil edilmiştir. Düşük sıcak lıklarda çalışabilmek için mevcut üç eksenli basınç aletinde geliştirme yapılmış ve dişli kutusu ile motor yataklarına ısı tıcı takılmıştır. Deney odası içinde meydana gelebilecek sı caklık değişmelerinin numuneye aktarılmaması için standart üç eksenli deney hücresinin dışına geçen ikinci bir hücre yapıl mış ve numunedeki sıcaklık değişiminin ± 0.03°C den daha dü şük olması sağlanmıştır. Sıcaklık ölçmeleri termoeleman-potan- siyometrik milivoltmetre sistemi ile ve ayrıca özel laboratu- var termometreleri ile yapılmıştır. Hücre sıvısı olarak sıvı parafin kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan numuneler özellikleri her tarafında aynı olan bir malzeme harmanından alınarak kompaksiyona, sonra sabit hacımda suya doyurma işlemine ve bundan sonra donmaya tabi tutularak hazırlanmıştır. Kullanılan zemin "Topser Sarı Kili" dir. Deneysel çalışma, hazırlık deneyleri, ön deneyler ve esas deneyler olmak üzere üç kısımda olmuştur. Çeşitli sıcaklık larda ve deney hızlarında 9 kesme kutusu deneyi 33 serbest basınç deneyi ve 101 pç eksenli basınç deneyi yapılmıştır. Ill Deneyler sonunda aşağıdaki genel sonuçlar elde edilmiştir. 1. Donmuş zeminin kayma mukavemeti sıcaklık azaldıkça artmak tadır. Donmuş zeminin deformasyon modülü 0°C nin altındaki sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Mohr dairelerinden her sıcaklık için bulunan c(kohezyon) değerleri 0°C nin altındaki sıcaklıkla çizgisel olarak değişmektedir. 2. Deney hızı donmuş zeminin kayma mukavemetine ikinci dere cede etkimekte, incelenen şartlarda kompaksiyon su muhte vası ve donma programı sonuca etkili olmamaktadır. 3. Proktor enerjisinin %100 ilâ %75 arasında değişmesi halin de zeminin dondurulduktan sonraki mukavemeti numune hazır lanırken verilen sıkıştırma enerjisinden bağımsızdır.

Knowledge of the mechanical behaviour of frozen soils is needed in a wide range of Civil Engineering applications, such as slope stabilization and the improvement of tunnel excavation by artificial ground freezing. However the available data in this subject is limited. In this experimental study, the factors affecting the shear strength of frozen soils are investigated with particular reference to the temperatures below zero degrees (°C) and to the loading rates. For the purpose of obtaining and controlling test temperatures, a cold room with the dimensions of 2.65 x 1.64 x 2.26 meters was built. The inside temperature of the cold room can be lowered down to -13°C, and can be kept constant within ±0.5°C. A second cell which encloses the standard triaxial test cell was designed and constructed in order to reduce the transfer of temperature variation to the specimen. By means of this arrangement, the temperature variation on the specimen was insured to be less than ±0.03°C. The existing standard triaxial loading machine was conditioned to work in low temperatures by installing heaters on the gear box and on the drive-motor shaft. The temperatures were recorded by a potensiometric milivoltmeter utilizing copper-constantan thermocouples. In addition, precision glass thermometers were used. Liquid paraffin was used as cell fluid. The test specimens were prepared using "Topser Yellow Clay" from a well mixed and sieved (BS No. 36) dry batch. The specimens were compacted and then soaked at a constant volume. Finally, freezing was applied according to the freezing program. The tests carried out for this study can be grouped in three sections. These are, preparatory tests, initial tests and final tests. During the course of this study, 9 direct shear tests, 33 unconfined compression tests and 101 triaxial compression tests were performed at various temperatures and loading rates. Conclusions drawn from the test results are summarized below. 1. The strength of frozen soil is increased with decreasing temperatures. The deformation modulus of frozen soil is dependent on the temperatures below 0°C. The c (cohesion) values obtained from the Mohr envelopes at various temperatures, varies linearly with the temperatures below 0°C. 2. The loading rate affects the shear strength at second order and under the test conditions, the compaction moisture content and the freezing program did not affect the results. 3. Within the limits of 75% and 100% Proctor energy, the strength of the frozen soil is independent of the compaction energy.