Soil improvement by polyurethane-bitumen

Abstract

Gelişen teknoloji ve artan nüfusa bağlı olarak günümüzde zeminler yüksek miktarda yüklere maruz kalmaktadırlar. Birçok inşaat projesinde, güvenli ve ekonomik çِözümler geliştirebilmek için zeminlerin mühendislik, özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Depremler sırasında, bir çok binadaki hasar, kumlu zeminlerdeki meydana gelen geniş sıvılaşmadan kaynaklanmaktadır. İş bu haldeyken, gevşek suya doygun ve sıkı kohezyonsuz toprak üzerindeki yapılar, yapısal hasar potansiyeline sahip ve sıvılaşma riski altındadır. Böyle bir riske karşı korunmak için iyileştirilmeye ve güçlendirilmeye gerek duyulmaktadır. Güvenli ve ekonomik yapıların sağlanması amacıyla, yapıtların çoğunda, toprak özelliklerinin iyileştirilmesi gerekir. Zemin iyileştirme yِöntemleri de zeminlerin mühendislik parametrelerini iyileştirmek için geliştirilen yِöntemlerdir. Uygulanan zemin iyileştirme yِöntemi, zemin cinsine ve uygulamanın gerekliliklerine bağlıdır. Toprağın mühendislik özelliklerini güçlendirmek için toprak iyileştirme teknikleri kullanılmaktadır. Bu nedenle, toprağın hem güçlendirilmiş ve hemde güçlendirilmemiş dayanım özelliklerini ve birde onların çevrimli yuk altındaki davranışını incelemek için bir laboratuar çalişmasina ihtiyaç duyulmaktadır. İyileştirilme kavramı yeni bir yöntem değildir. İlkel uygarlıklar güneşte kurutulmuş toprak tüğlalarını yaygın bir şekilde yapı malzemesi olarak, kullanıyordu. Daha sonra deneyimlerde, toprk özelliklerinin iyilieştirilmesi için toprağın saman yada mevcut diğer elyaflar ile karıştırılması kabul edilebilir bir uygulama haline gelmiştir. Üst tabakalar (kaplamalar) ve alt sınıf tabakaların güçlendirimesinde çeşitli malzemeler kullanılmaktadır. Kullanılan malzemeler şekil (şeritler, levhalar, ızgaralar, çubuk yada lifler), doku (sert veya yumuşak dokular), göreceli rijitlik (çelik gibi yüksek yada polimer kumaş gibi düşük rijitliğe sahip) farklı açılardan değişik çeşitlerde olabilir. Bu tezin amacı, kumlu zeminlerin sıvılaşmaya karşıt iyileştirilmesidir. Bu çalışmada, iki-bileşenli Poliüretan - Bitüm ile homojen kumun özellikleri iyileştirilmiştir. Bu iki madde sıvı yalıtımından üretilmiştir. Burada temiz kum iyi derecelenmiş Akpınar kumundan örnekler elde edilmiştir. Burada standart kum kullanılmıştır. Kumun ortalama çapı 0.3 mm ve emin ve emax değerleri sırasıyla 0.528 ve 0.800 dir. Kum ve çeşitli oranlarda (kumun kuru ağırlığının 3%, 5% ve 10% i ) Poliüretan – Bitüm karışımı, iki farklı çapta (10cm ve 20cm) ve 10cm yüksekliğinde hazırlanmıştır. Bu karışımların davranışlarının incelenmesi için numunelerimize 1.günde, 7.günde, 30.günde ve 6 aylık zaman diliminden sonara serbest eksenel yük uygulanmistir. Elde ettiğmiz sonuçlara göre örneklerimizde hiç bir şekilde davranış farklılığı tesbit edilmemiştir. Kur suresi artırırken eksenel gerilmede artış gözlenmektedir. Tezin ilk bölümünde, sıvılaşma tehlikesi ve toprak iyileştirlme kavramları ve iyilieştirme yöntemleri ele alınmıştır. Toprak tipine göre ve ihtiyaca göre, farklı yöntemler tercih edilmektedir. Günümüzde en çok kullanılan zemin iyileştirme yِöntemlerinden biri de çeşitli toprağa çeşitli malzemeler katılarak toprak iyileştirilmesidir. İkinci bölümde kumun dinamik özellikleri, kumun sönüm oranının hesplanmasında kullanılan yöntemler ve birde toprağın özelliklerini etkileyen faktörlerden bahsedilmiştir. Son bölümlerde, İTÜ laboratuarında yapılan dinamik ve statik testler anlatılmıştır. Akpınar kumunun mühendislik özellikleri hesaplanmıştır. İyi derecelenmiş kumlar ve Poliüretan - Bitüm karışımı üzerinde bir dizi çevrimsel üç eksenli deneyler yapılmıştır. Kum karışımı örneklerinde gerilme-deformasyon üzerindeki zaman faktörünün etkisini incelemek için, birinci, yedinci, otuzuncu günlerde ve beşinci, altıncı ve yedinci aylarda serbest eksenel yükleme testi uygulanmıştır. Ayrıca 27 iyileştirilmiş kum örneğinde üç ayrı farklı kur suresi zamanında ve farklı basıncında üç eksenli yükleme deneyi uygulanmıştır. İyileştirilmiş örneklerin üzerinde yapılan statik üç eksenli deneyden, kayma mukavameti parametreleri elde edilmiştir ve son bölümde ise bahsi geçen deneylerden elde edilen sonuçlar tartışılmıştır.

Many buildings have been damaged due to an extensive liquefaction of the sandy ground during the earthquakes. Civil engineering structures built on sites of loose saturated and dense cohesionless soils are therefore at risk of liquefaction with potential of damage to the structures and need improvement to safeguard against damages by liquefaction. In most of the constructions, the soil properties need to be improved in order to enable safe and economical constructions. Soil improvement techniques are used to improve the engineering properties of soils. Therefore a compressive laboratory program is required to study strength characteristics of both reinforced and unreinforced soils also to investigate their behaviors under cycle leading. The objective of the present thesis is soil improvement of sands against liquefaction. The concept of reinforcement is not new. Early civilizations commonly used sundried soil bricks as a building material. Somewhere in their experience it became an accepted practice to mix the soil with straw or other fiber available to them to improve the properties. Various materials were used in reinforcement of both pavement materials and sub grade soils. They can vary greatly, either in form (strips, sheets, grids, bars, or fibers), texture(rough or smooth), and relative stiffness (high such as steel or relatively low such as polymeric fabrics). In this research the improvement in the properties of uniform sand is achieved by the two-component, polyurethane – Bitumen. A fine sand sample was collected from Akpinar, Turkey. The mean diameter of sand is 0.3mm and emin and emax are 0.528 and 0.800 respectively. The mixture of sand and polyurethane-bitumen by various proportion (3%, 5% and 10% of dry weight of sand) has been prepare in two sizes by 10cm diameter, 20cm high and 5cm diameter, 10cm high. In first section the liquefaction hazard and also the soil improvement and methods of improvement have discussed. Different methods are preferred according to the requirements and soil type. One of the most commonly used soil improvement type is the addition of substances. In the second section dynamic properties of sand, methods for calculating the damping ratio of sand and also the factors that influence on soil's properties have been mentioned. Throug last sections the dynamic and static tests that conducted in ITU laboratory described, the engineering properties of Akpınar sand are determined, a series of cyclic triaxial tests were performed using fine sands and mixing polyurethane-bitumen content. To study the effect of time on stress-strain behavior of the mixture sand specimens, unconfined axial loading tests have been conducted to the samples after 1st day, 7th day, 30th day, 5th ,6 th,7 th months. Also the triaxial loading test performed to 27 reinforced sand samples at three different curing time with different confining pressure. The shear strength parameters calculated from static triaxial tests conducted on reinforced samples. And finally in last section the test's results have been discussed.