Killi zeminlerin mekanik özelliklerinin yüksek sıcaklık ile iyileştirilmesi
Improvement mechanical properties of clayey soils with high temperature
Yazar: OLCAY POLAT
Danışman: DOÇ. DR. SAMİ ARSOY
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yüksek sıcaklık ile zeminlerin iyileştirilmesi eski çağlardan beri stabilizasyon ve seramik yapımında kullanılmıştır. Genel olarak yüksek maliyetli kabul edilen tekniğin uygulaması birkaç vaka ile sınırlı olmuştur. Ancak, geleneksel zemin iyileştirme yöntemlerinin günümüz kompleks ihtiyaçlarının giderilmesi konusunda beliren dolaylı maliyetler karşısında yüksek sıcaklık ile zemin iyileştirme konusunun yeniden ele alınarak irdelenmesi gerekli görülmüştür.Bu çalışmada, önceki çalışmalar tanıtıldıktan sonra zeminlerin ısıl özellikleri detaylı olarak özetlenmiştir. Daha sonra, 1 silt, 4 farklı kil ve 1 killi kum çeşidinden üretilen numuneler üzerinde 100 °C ila 1050 °C arasında değişen sıcaklık uygulaması ayrıntılı bir program dâhilinde uygulanmış ve killi zeminlerin mühendislik özelliklerinin değişimi laboratuar koşullarında araştırılmıştır.Numunelerin tespit edilen en yüksek ortalama serbest basınç mukavemeti uygulanan iyileştirme sıcaklığına ve zemin tipine bağlı olarak değişmekle birlikte 5 ila 17 MPa arasında ölçülmüştür. Ulaşılan bu değerler ortalama bir zemin türünün doğal hâlindeki serbest basınç dayanımının birkaç yüz katı olup ısıl iyileştirme ile mukavemetin oldukça yüksek değerlere ulaşabileceğine işaret etmektedir.Sıcaklığın mertebesine ve uygulama zamanına bağlı olarak ulaşılan mukavemetlerde değişimler gözlemlenmiştir. Bir kil numunesi için uygulanan sıcaklık seviyesini arttırmak serbest basınç mukavemetini sürekli arttırmayabilir. Benzer olarak, iyileştirme sıcaklığının uygulama süresini arttırmak ise serbest basınç mukavemetini en büyük yapmayabilir. Diğer bir deyişle, iyileştirilmesi istenen bir zemin numunesinin optimal bir sıcaklık uygulama seviyesi olduğu gibi optimal bir ısıtma süresinin varlığı da tespit edilmiştir.Yüksek sıcaklığın laboratuarda belirlenen optimal ısıtma sıcaklığı ve süresinden yola çıkarak arazi çalışmalarının yapılması önerilmektedir. Böylelikle, istenilen mukavemete ulaşabilmek için gerekli olan enerji kullanımı belirlenerek maliyet optimizasyonu yapmak da mümkün olabilecektir.Anahtar Kelimeler: Zemin iyileştirilmesi, zeminlerin ısıl yöntemlerle iyileştirilmesi, zeminlerin ısıl özellikleri, mekanik özelliklerin ısıl yöntemler ile değişimi, serbest basınç mukavemeti.

Abstract:
Thermal modification of soils has been used since the ancient times in soil stabilization and in ceramic production although it has been limited to a few cases due to the associated high costs. Nowadays, traditional applications of soil stabilization methods are facing increasing indirect costs in solving today?s ever complex needs. As a results, a revisit to thermal modifications of soils as a mean of soil stabilization method is deemed necessary.In this study, the previous work has been presented first, followed by the detailed introduction of soil thermal properties. Afterwards, samples from 1 silt, 4 different clays and 1 sandy-clay soil types were subject to thermal treatment ranging from 100 °C to 1050 °C as part of a detailed laboratory test program in order to study the subsequent change in the engineering properties of the clayey soils upon heating.Results of the unconfined compression tests on samples showed values of 5 to 17 MPa depending on the soil type and the treatment temperature. These values are hundreds of times more than the typical strength of a natural clay sample and they are indicative of the significant potential with the thermal treatment technique.Depending on the treatment temperature and the treatment time, the achieved strength varies. Increasing the treatment temperature does not necessarily increases the strength and increasing the treatment temperature does not keep increasing the strength, either. In other words, it has been found that there exists an optimum treatment temperature and an optimum treatment time for a given soil, which needs to be determined experimentally.Field studies based on the laboratory values of the optimum treatment temperature and the optimum treatment time are highly recommended in order to fully unleash the potential of the thermal stabilization technique. Field studies will also make possible in determining the optimum costs associated with the technique.Key Words: Soil improvement, thermal stabilization of soils, thermal properties of soils, variation of the mechanical properties with heat treatment, unconfined compression stress.