Bazalt fiber katkısının siltli zeminlerde kayma direncine etkisi
Improvement of the undrained shear strength of silty soil by the addition of basalt fibers
Yazar: CYRILLE PROSPER NDEPETE
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SEDAT SERT
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Zemin ve betonun mekanik özelliklerini iyileştirmek için lif katkı malzemelerinin kullanımı artan bir şekilde devam etmektedir. Günümüzde büyüyen çevre problemleriyle birlikte, özellikle zemin iyileştirmesi için kullanılacak ek gerecin/malzemenin çevre dostu olma özelliği varsa değerinin de artacağı açıktır. Çelik ve sentetik fiberler beton ve zemin iyileştirmesi için, doğal lifler de çoğunlukla zemin iyileştirmesi için kullanılan katkı malzemelerine örnek olarak verilebilirler. Doğal kökenli fiberlere örnek olarak gösterilebilecek bazalt fiberlerin beton dayanımını artırmaya yönelik yaygın olarak kullanıldığı bilinse de zeminlerin iyileştirilmesinde kullanımı ile ilgili çalışmalar literatürde yok denecek kadar azdır.
Buradan hareketle yürütülen bu deneysel çalışmada, bazalt fiber katkısının doygun olmayan ve doygun olan siltli zemin örnekleri üzerinde kayma direncini arttırıcı etkisi araştırılmıştır. Deneysel çalışmada kullanılan silt Adapazarı'nda yüzeyin 3-4 m altından alınmıştır. İki kısımdan oluşan deneysel çalışmanın ilk aşamasında öncelikle doğal zemin 5 farklı su muhtevasında sıkıştırılarak doygun olmayan zemin örnekleri oluşturulmuştur. Çalışmanın ikinci aşamasında ise doygun zemin örnekleri, 100 kPa- 200 kPa ve 300 kPa düşey gerilme altında konsolidasyona tabi tutularak elde edilmiştir. Birinci aşamada kompaksiyondan, ikinci aşamada ise konsolidasyon sürecinden sonra elde edilen her bir numuneden 4'er adet silindirik numune alınarak farklı çevre basınçlarında konsolidasyonsuz drenajsız üç eksenli hücre kesme deneyleri (UU) yapılmıştır. Çalışmanın her iki safhasında doğal numuneler üzerinde deneyler bitirildikten sonra aynı işlemler 6 mm - 12 mm ve 24 mm boylarında bazalt fiberlerin, doğal zemine ağırlıkça %1 - %1,5 ve %2 oranında karıştırılarak elde edilmiş numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir.
Bunun yanında makroskopik görüntüler ve mikroyapı arasında bir korelasyon oluşturmak için, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri doğal zemin örnekleri ve bazalt fiberleri ile güçlendirilmiş örnekler üzerinde yapılmıştır.
Gerçekleştirilen 320 adet UU deney sonucuna göre, silt zemine bazalt fiber eklenmesiyle doygunluk derecesi farketmeksizin tüm numunelerde drenajsız kayma direncinin arttığı görülmüştür. Fiber uzunluğunun artmasıyla direnç artışı sürekli yükselme eğiliminde iken, fiber oranının ağırlıkça %1,5 seçildiği durumda direnç artışı en yüksek bulunmuş, fiber oranının %2'ye yükseltilmesi durumunda direnç artışı daha düşük olmuştur. Sonuç olarak bazalt fiberin kullanılageldiği beton yanında zemin özelliklerini iyileştirmede de alternatif olabileceği ortaya konmuştur.

Abstract:
In order to improve the mechanical properties of soils and concrete, an increasing number of different fibers are used. Today, with the environmental problems, the materials used to improve soil and concrete must be environmentally tolerated and ecological. Steels, synthetic fibers and natural fibers are usually used in the field of construction while natural fibers are mostly used in soil improvement. Although basalt originated fibers have been used for concrete for many years, it is not easy to find a source in literature concerning the use of basalt fibers for soil improvement.
In this experimental work, unsaturated and saturated samples of soil mixed with basalt fibers were prepared and undrained shear strength of each sample were tested. The sample used in this study was taken between 3 to 4 m deep from Adapazarı city. In the first part of the study, the natural soil samples were compacted at five different water contents. The soil samples were consolidated under vertical stress of 100 kPa - 200 kPa and 300 kPa in the second part of experimental work. After compaction and consolidation, 4 cylindrical samples were taken and the unconsolidated undrained triaxial (UU) tests were performed. Then the same procedure was carried out on the same soil mixed with basalt fibers of different lengths 6 mm - 12 mm and 24 mm at different percentages of 1% - 1,5% and 2% depending on the dry weight of the soil.
In order to make a correlation between the microscopic images and the microstructure, the SEM analysis were carried out on the naturel soil samples and those improved with the basalt fibers. 

The results of 320 UU tests show that the addition of the basalt fibers improved the shear strength of all of the samples regardless of the degree of saturation. As the length of the fibers used increases, the improvement of the sample becomes better. The best shear strength is obtained for the fiber of 24 mm and 1,5% respectively. When the percentage of basalt fiber reaches 2%, the resistance decreases. Compared to the results obtained, basalt fibers can be used as an alternative material to reinforce soil in addition to concrete.