Killerin mukavemeti üzerine bor bileşiklerinin etkisinin araştırılması
Investigation of effect of boron composites on the strenght of clays
Yazar: ÖZGE BOSO
Danışman: PROF. DR. ALİ MALİK GÖZÜBOL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Uygulamalı Jeoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Basınç dayanımı = Compressive strength ; Bor bileşikleri = Boron compounds ; Kil = Clay ; Kil mineralojisi = Clay mineralogy ; Zemin mekaniği = Soil mechanics ; Zemin özellikleri = Soil properties

Özet:
Kayaçların fiziksel ve kimyasal nedenlerle ileri safhada ayrışmasıyla oluşan killer 4 mikron veya daha küçük boyutlu taneciklerin yığışmasıyla oluşan bir çökeldir.Killer ıslatılarak su muhtevası artırıldıkça, önce plastik kıvama, daha sonra likit kıvama geçerek dayanımlarını büyük ölçüde kaybederler. Mühendislik jeolojisinde önemli stabilite sorunları doğuran bu durum, önlemlerin alınmasını gerektirir. Bu amaçla killerin özelliklerinin iyileştirilmesi önemlidir.Bu projede İstanbul dolayında yaygın sorunların görüldüğü Gürpınar killeri üzerinde çalışılmıştır.Gürpınar formasyonu sarımsı gri, kiltaşı, miltaşı, kumtaşı ardalanmasından oluşur. İçerisinde nadiren çakıltaşı ve bazı linyit bantları bulunur. Güngören formasyonu ise, sarımsı esmer-yeşil renkli kil, beyaz renkli marnlar ile bunlar arasında ince, düzensiz tabakalı Mactralı kireçtaşı, beyaz tebeşirimsi kireçtaşı seviyelerinden oluşur (İBB, 2001).Bu çalışmada katkı maddesi olarak bor bileşiklerinden borik asit ve boraks pentahidrat kimyasalları kullanılmıştır. Çalışma kapsamında killi birimlerin bulunduğu Gürpınar bölgesinden 2 farklı kil örneği alınmıştır. İlk aşamada katkısız killerin mühendislik özellikleri ve mineralojik bileşimi ortaya konmuş, arazi çalışmaları yapılarak Miyosen yaşlı killi istife ait jeolojik kesitler hazırlanmıştır. Sonraki aşamada katkı miktarlarının arttırılmasıyla killerin mineralojik yapı ve özelliklerinde meydana gelen değişimler ortaya konmuştur.Mühendislik özellikleri birbirine yakın olan kil 1 ve kil 2 numunelerine %1, %5, %10, %15, %20 ve %25 oranlarında borik asit , %1, %2,5 %5 ve %7,5 oranlarında ise, boraks pentahidrat kimyasalları katılmıştır. Numuneler üzerinde kıvam limitleri, standart proktor (kompaksiyon) deneyi, tek eksenli basınç deneyi ve kesme kutusu deneyi yapılmıştır. Tek eksenli basınç deneyi ve kesme kutusu deneyi için numuneler daha önceden yapılan kompaksiyon deneyiyle belirlenen optimum su muhtevalarında sıkıştırılarak, numunelerin yarısı 15 gün diğer yarısı 24 saat bekletilmiş ve deneye hazır hale getirilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda; artan oranlarda kullanılan borik asit ve boraks pentahidrat katkısı kil 1 numunesinin likit limit, plastik limit ve plastisite indisi değerlerinde artış meydana getirmiştir. Kil 2 numunesi için kullanılan borik asit kimyasalı, likit limit ve plastisite indisi değerlerinde artış, plastik limit değerlerinde ise bir azalma meydana getirirken, kullanılan boraks pentahidrat kimyasalı da likit limit, plastik limit ve plastisite indisi değerlerinde artış meydana getirmiştir. Numunelerin artan kimyasalların etkisiyle maksimum kuru birim hacim ağırlık değerlerinde bir azalma olurken, optimum su muhtevalarında bir artış meydana gelmiştir. Kompaksiyon deneyiyle daneler arasında bir kayganlık olmuş, bu durum sıkışma miktarını etkilemiştir. Tek eksenli basınç deneyinden elde edilen değerlerde artan borik asit katkısı her iki kil numunelerinin tek eksenli basınç dayanım değerlerinde düzenli bir azalma meydana getirmiştir. Artan oranlarda kullanılan boraks pentahidrat katkısı ise, her iki kil numunelerin tek eksenli basınç dayanım değerlerinde %7,5 oranına kadar düzenli bir artış, % 7,5 katkılı oranda ise, bir azalma meydana getirmiştir. Sadece kil 2 için kullanılan boraks pentahidrat kimyasalı tek eksenli basınç dayanım değerlerinde bir azalma meydana getirmiştir.Killer bünyelerine su aldıklarında şişerek hacimleri artmaktadır. Meydana gelen bu hacimsel artışla birlikte zeminlerin su muhtevası artmakta ve bunun sonucunda daha geçirgen ve daha düşük kayma dayanımına sahip olmaktadır. Özellikle kayma dayanımındaki azalmalar statik ve dinamik yükler etkisinde zeminlerde kaymalara, oturmalara ve stabilite problemlerine yol açabilir. Dolayısıyla; bor bileşikleri kil taneleri arasına yerleşerek kohezif mukavemet artışı getirmektedir. Buna karşılık Ø açısı değerlerinde bir azalma meydana gelmiştir.15 gün küre bırakılan numunelerin mukavemet değerleri, 24 saat küre bırakılan numunelere göre yüksek bulunmuştur.Bor bileşiklerinin küçük yüzde değerleri kil numunelerde etkili olmuştur.Çalışma kapsamında kil numuneler üzerinde çekilen SEM görüntülerinde artan borik asitin kil 1 numunesi ile etkileşimi sonucunda kil dokusunda bir kümeleşme olurken, kil 2 numunesinin dokusunda çok fazla bir değişim meydana gelmemiştir. Artan boraks pentahidrat kimyasalı ile kil 1 numunesinin doku bozunması, karstik erime görüntüsü şeklinde kendini gösterirken, kil 2 numunesi ise, girintili çıkıntılı bir yapı kazanmıştır.

Abstract:
Clay is a sedimentary rock formed with the pressing of 4 micron or smaller dimensional granules which derive from the fragmentation of stones and rocks in the long run due to physical and chemical causes.When the water content of clays is increased by heating, they lose largely their resistance by transforming; firstly to plastic consistency and then to liquid. This situation causing serious stability problems in engineering geology necessities taking precautions. To this end, it is important to ameliorate/improve the features of clays.In this project, the Gurpınar clays is studied that are frequent in İstanbul.Gurpınar Formation is composed of the aggradation of yellowy grey, grey, claystone, siltstone, sandstone. It involves rarely pebblestone and some lignite bands. However, Gungoren Formation is consists of yellowish blacky-green clay, white marls, and between these, of levels of irregular layered Mactra calcareous, white chalky calcareous.In this study, boric acid of boron composites and borax pentahydrate chemicals have been used as an admixture. In this framework, 2 different samples have been taken from clayed units of Gürpınar region. Engineering properties and minerologic structures of unmixed clays are presented in the first stage and then geologic sections of Miosen aged clayey sequences are prepared as a result of performed field studies. Structural and geotechnical changes of mixed clays are presented by the means of increasing admixture rate at the last stage.1%, 5%, 10%, 15%, 20% and 25% rate of boric asid; 1%, 2,5% 5% and 7,5% rate of borax pentahydrate chemicals have been added inti clay- 1 and clay-2 samples which have similar engineering characteristics. Atterberg limits, standart proctor (compaction), uniaxial compression and shear box tests have been applied to the samples.Samples are compressed on optimum water content previously determined by compaction test for uniaxial compression and shear box tests. Half of the samples are waited for 15 days, whereas others are waited for 24 hours to get ready for experiment. In consequence of applied tests, boric acid and borax pentahydrate admixtures have been produced increasing values of plasticity limit and plasticity index of clay-1 sample, whereas it cerates decreasing values plasticity index of clay-2 sample. Decreasing values in maximum dry unit weight and increasing values in optimum water content of the samples have been discovered by the effect of increasing chemicals. Slickness between the particals have been occured applying compaction test and it affects the rate of compression. Taking into accout the values obtained from uniaxial compression test, it is obvious that increasing boric acid admixture produced a regular decrease in uniaxial compression values of both samples. On the other hand, borax pentahydrate admixture, which is increasingly used, produced a regular increase up to 7.5% rate and decrease at the 7.5% rate in uniaxial compression values of both clay samples. Only the borax pentahydrate which has been used for clay-2 sample made an increasing in uniaxial compression test.Clay get volumed by bloating when they take water inside their constitution. With this volume increase, the water content of grounds rises and as a result become more permeable and get a lower resistance of slipping. Especially decrease in the resistance of slipping can cause slippings, settlements and stability problems in the grounds under the influence on static and dynamic pressures. In consequence, in this study, the method of using additive for lessening the problems resulting from the grounds with clay and for the improvement of clays. Therefore; boron composites increase cohesive strenght of clays with placing in clay particles and on the other hand, Ø angle values are decreased.Strengt values of cured samples during 15 days are found higher than cured samples during 24 hours.Little percentage of boron composite has an effect on clay samples.In the content of this study, pattern of clay-1 sample becomes clear due to interaction with increased boric asid whereas there is no excessively changes on pattern of clay-2 taking into account SEM view of clay samples.As a result of increasing borax pentahydrate, pattern degradation of clay-1 sample shows as carstic clearence, whereas clay-2 sample has an indented structure.