Kuru kumların düşük şekil değiştirme kayma modülünün piezoelektrik Bender elemanlar ile belirlenmesi
Determination of maximum shear modulus of dry sands using piezoelectric Bender elements
Yazar: LALE ÖNER
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET BERİLGEN ; ÖĞR. GÖR. CEM AKGÜNER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Dalga hızı = Wave velocity ; Laboratuvar deneyleri = Laboratory experiments

Özet:
Zeminlerin yük altındaki gerilme şekil değiştirme davranışının elasto-plastik olması yanında şekil değiştirme aralığı çok geniştir. Genel olarak kayma şekil değiştirmeleri olarak göz önüne alınan bu şekil değiştirme aralığı %10-6-%10 arasında olup doğrusal bir dağılım göstermemektedir. Pratikte çoğu statik problem için bu aralık yerine %10-4 den daha büyük kayma şekil değiştirmelerini göz önüne almak yeterli olmaktadır. Oysa dinamik gerilme şekil değiştirme analizleri ve kazılar çevresindeki zemin hareketlerinin belirlenmesi gibi statik analizler için bu geniş aralığı dikkate almak gerekir. Böylesi analizlerde ihtiyaç duyulan en önemli malzeme parametresi başlangıç elastisite veya kayma modülüdür. Bu modüllerin belirlenmesi için arazi ve laboratuvar deney yöntemleri geliştirilmiştir. Bu çalışmada piyezoseramik bender elemanların laboratuvar üç eksenli düzeneğinde kullanılarak kuru bir kum zeminin farklı sıkılık ve çevre gerilmeleri altında başlangıç kayma modülünün belirlenmesi amaçlanmıştır. Tez çalışmaları kapsamında büyük şekil değiştirme değerleri ( ?? =%10--4) dinamik basit kesme deneyleri ile ölçülmüş kötü derecelenmiş bir kuru kum zeminin küçük şekil değiştirmelerdeki kayma dalgası hızı belirlenmiştir. Deneylerde Şile Kumu kullanılmıştır. Piyezoseramik bender elemanların yerleştirilebileceği özel bir üç eksenli basınç hücresi kullanılarak gevşek (Dr=%30), orta sıkı (Dr=%50) ve sıkı(Dr=%70) hazırlanmış numunelerde 0, 50, 100, 150 ve 200 kPa hücre basıncı uygulanmıştır. Deneyler kuru kum numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Deneylerde dalga kaynağından (function generator) seri bağlı verici bender elemana gönderilen 20 Vp-p gerilim ve farklı giriş frekansları altındaki (1-1.5-2-4-6-8-10-12-15 ve 20 kHz) tek sinüs dalgası giriş sinyali ve seri bağlı alıcı bender elemandaki çıkış sinyali osiloskop yardımı ile ölçülmüştür. Ölçülen giriş sinyallerindeki seyahat zamanı ilk varış zamanı (ta) ve ilk pikten pike (tp) yöntemleri ile belirlenmiştir. Bu iki yöntemden ölçülen seyahat zamanları kullanılarak elde edilen kayma dalgası hızları arasındaki farkın % 1.4-1.6 arasında değiştiği gözlemlenmiştir. Deneylerden elde edilen kayma dalgası hızları ile maksimum kayma modüllerinin kumun relatif sıkılığı, hücre basıncı ve uygulanan sinyalin frekansı ile arttığı görülmüştür.

Abstract:
Stress-strain behavior of soils under loading is elasto ? plastic and it varies within a wide range of strains. Typically, the range of shear strains is between 10-6%-10% which also has a non-linear distribution. Instead of this range, it is sufficient to consider shear strains larger than 10-4% practically for steady-state problems. However, it is necessary to evaluate this wide range of strains for steady state analyses, such as dynamic stress-strain analyses and soil movements around an excavation. The most important material property for such analyses is initial modulus of elasticity or shear modulus. In-situ and laboratory testing methods are devised to determine these modules. In this study, it is aimed to determine the initial (maximum) shear modulus of dry sand samples under varying relative densities and cell pressures using piezoceramic bender elements applied to the laboratory triaxial testing equipment. Within the context of this thesis, the small strain shear wave velocity of a dry sandy soil is measured for which large shear strain values ( ?? =%10--4) were previously determined through dynamic simple shear testing. Şile Sand is used in these tests. A special triaxial compression cell, in which piezoceramic bender elements are placed, is utilized for testing loose (Dr=%30), medium dense (Dr=%50) and dense (Dr=%70) samples subjected to cell pressures of 0, 50, 100, 150 ve 200 kPa. Tests are conducted on dry sand samples. In these tests, an excitation voltage (20 Vp-p) and different input signal frequencies (1-1.5-2-4-6-8-10-12-15 and 20 kHz) produced by the function generator are applied to the transmitter bender element and measured with an oscilloscope. The measured travel times are identified with the first arrival time (ta) and first peak-to-peak time (tp) methods.The shear wave velocities obtained with these two methods varied between 1.4 to 1.6 %. Based on the test results, it is observed that the shear moduli and shear wave velocities increased with increasing cell pressures and applied signal frequency.