Islatma-kurutma döngüsüne maruz bırakılmış kil zeminin şişme ve mukavemet özeliklerinin araştırılması
Investigation of swelling and strength characteristics of clay soil subjected to the wetting-drying cycle
Yazar: MERVE GÜRTÜRK ÖZTUĞ
Danışman: DOÇ. DR. SEMET ÇELİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Amaç: Nüfus artışı ve hızlı kentleşmeye bağlı olarak imar alanları kısıtlanmıştır. İmar alanlarının kısıtlanması problemli ve şişen zeminlerinin yapılaşmaya açılmasını gerektirmiştir. Bu çalışmanın amacı, farklı ön yükleme basınçlarının yüksek plastisiteli bir kil zeminin şişme ve mukavemet özellikleri üzerine etkisini araştırmaktır.  
Yöntem: Bu tez çalışmasında, Erzurum Oltu-Narman bölgesinden alınan yüksek plastisiteli kil zeminin optimum su içeriği belirlenmiştir. Daha sonra, optimum su içeriğinde sıkıştırılan zeminlerden örselenmemiş numuneler alınmıştır. Alınan örselenmemiş numunelere 3 farklı ön yükleme basıncı uygulanmış ve oturma sona erene kadar beklenilmiştir. Ön yükleme uygulanan numuneler ıslatma-kurutma döngüsüne tabi tutulmuş ve her bir döngü sonunda kıvam, şişme basıncı,  serbest şişme yüzdesi ve serbest basınç deneyleri yapılmıştır. 
Bulgular: Yüksek basınç altında ön yüklemeye tabi tutulmuş numunelerin şişme basıncı, serbest şişme yüzdesi ve serbest basınç mukavemeti değerlerinin yüksek olduğu, döngü sayısı arttıkça değerlerin azaldığı görülmüştür. 54 kPa, 270 kPa ve 540 kPa basınç altında ön yüklemeye tabi tutulmuş kil zeminin 8 ıslatma-kurutma döngüsü sonunda belirlenen şişme basınçları, ıslatma-kurutma döngüsü yapılmadan önceki şişme basınçlarına göre sırasıyla % 91,3, % 93,0, % 93,5 oranlarında azalmıştır. 54 kPa, 270 kPa ve 540 kPa basınç altında ön yüklemeye tabi tutulmuş kil zeminin 8 ıslatma-kurutma döngüsü sonunda belirlenen serbest şişme yüzdeleri, ıslatma-kurutma döngüsü yapılmadan önceki serbest şişme yüzdelerine göre sırasıyla % 80,8, % 84,5, % 87,3 oranlarında azalmıştır. 540 kPa basınç altında ön yüklemeye tabi tutulmuş kil zeminin 6 ıslatma-kurutma döngüsü sonunda belirlenen serbest basınç mukavemeti, ıslatma-kurutma döngüsü yapılmadan önceki serbest basınç mukavemetine göre % 87 azalmıştır. En yüksek serbest basınç mukavemeti 540 kPa ön yükleme basıncına maruz bırakılmış ve ıslatma-kurutma döngüsüne maruz bırakılmamış numuneden elde edilmiştir (675,3 kPa). 
Sonuç: En yüksek şişme basıncı, σ'p=540 kPa basınç altında ön yükleme yapılmış ve ıslatma-kurutma döngüsüne tabi tutulmamış numunelerden elde edilmiştir (220,9 kPa). Aynı basınç altında ön yükleme yapılmış numuneler göz önüne alındığında, ıslatma-kurutma döngü sayısı arttıkça şişme basınçlarının azaldığı ve ardışık iki döngü arasındaki şişme basıncında meydana gelen en büyük azalmanın döngü yapılmamış numune ile 1. döngü sonundaki numuneler arasında olduğu görülmüştür. Yapılan serbest şişme yüzdesi deneyleri sonucunda, ıslatma-kurutma döngü sayısı arttıkça serbest şişme yüzdelerinin azaldığı ve döngü sayısı arttıkça serbest şişme yüzdelerinin farklı ön yükleme yapılmış tüm numunelerde sabit değere (% 0,9) ulaştığı görülmektedir. En yüksek serbest basınç mukavemeti, σ'p=540 kPa basınç altında ön yükleme yapılmış ve ıslatma-kurutma döngüsüne tabi tutulmamış numunelerden elde edilmiştir. Islatma-kurutma döngü sayısı arttıkça serbest basınç mukavemeti azalmıştır. Islatma-kurutma döngü sayısına başlı olarak kıvam limitlerinde önemli değişiklik görülmemiştir.

Abstract:
Purpose: Zoning areas are constrained due to population increase and rapid urbanization. The limited zoning areas required the problematic and expansive soils to be zoned for construction. The aim of this study is to investigate the effect of different preloading pressures on the swelling and strength properties of a high plasticity clay soil. 
Method: In this thesis study, optimum water content of high plasticity clay taken from Erzurum Oltu-Narman region was determined. Afterwards, undisturbed samples were taken from the soils that were compacted at optimum water content. Three different preloading pressures were applied to the undisturbed samples and held until the settlement completed. Preloaded samples were subjected to a wetting-drying cycle and at the end of each cycle, consistency limits, swelling pressure, free swelling percentage and unconfined  compression tests were conducted.
Findings: The swelling pressure, free swelling percentage and unconfined compressive strength values of the samples preloaded under high pressure were observed to be high, and to have decreased as the number of cycles increased. The swelling pressure values, determined at the end of 8 wetting-drying cycles, of clay soil preloaded under 54 kPa, 270 kPa and 540 kPa pressures, were decreased by 91,3%, 93,0%, and 93,5%, respectively, with reference to the swelling pressures before the wetting-drying cycles. The free swelling percentage values, determined at the end of 8 wetting-drying cycles, of clay soil preloaded under 54 kPa, 270 kPa and 540 kPa pressures, were decreased by 80,8%, 84,5%, and 87,3%, respectively, with reference to the free swelling percentages before the wetting-drying cycles. The unconfined compressive strength of the clay soil preloaded under 540 kPa, determined at the end of 6 wetting-drying cycles, decreased by 87% compared to the unconfined compressive strength before the wetting-drying cycles. The highest unconfined compressive strength (675,3 kPa) was achieved with the sample subjected to 540 kPa preload pressure and not subjected to a wetting-drying cycle.
Results: The highest swelling pressure (220.9 kPa) was obtained with the samples which were preloaded with σ'p = 540 kPa and not subjected to the wetting-drying cycle. Considering the samples preloaded under the same pressure, the swelling pressures were observed to have decreased as the number of wetting-drying cycles increased, and the largest decrease in swelling pressure between the two consecutive cycles was between the sample not subjected to the cycle and the samples after the 1st cycle. As a result of the swelling percentage experiments, it has been noted that the free swelling percentages decrease with the number of wetting-drying cycles, and they converged to reach a constant value (0.9%) in all samples with different preloading. The highest unconfined compressive strength was obtained with the samples which were preloaded with σ'p= 540 kPa and not subjected to a wetting-drying cycle. As the number of wetting-drying cycles increased, the free compressive strength decreased. There was no significant change in consistency limits depending on the number of wetting-drying cycles.