İnce taneli zeminlerin bazı fiziksel kimyasal ve mineralojik özellikleri arasındaki ilişkilerin incelenmesi
Determination of the relationship between the physical chemical and mineralogical properties of fine grained soils
Yazar: ÖZGÜR DEMİRCİ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SONER UZUNDURUKAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İnce taneli zeminlerin kendine has fiziksel, kimyasal ve mineralojik özellikleri vardır ve bu yüzden farklı mühendislik özellikleri gösterirler. Bu tür zeminlerde meteorolojik etkenlere bağlı olarak şişme veya büzülme gibi davranışlarla sıklıkla karşılaşılır. Bu tür davranışlar sonucunda meydana gelen deformasyonlar önceden kestirilemediğinde yıkıcı hasarlara neden olabilmektedir. Bu nedenle ince taneli zeminlerin fiziksel, kimyasal ve mineralojik özellikleri ve bu özelliklerin zemin mühendislik özellikleri üzerine etkisi sürekli bir ilgi ve araştırma konusu olmuştur.Bu çalışmada kullanılan 48 adet zemin örneği farklı jeolojik kökenlerden rastgele seçim yapabilmek amacıyla değişik coğrafik bölgelerden alınmıştır. Zemin örnekleri üzerinde tane boyu dağılımı, kıvam limitleri gibi tanımlayıcı deneyler, serbest şişme indisi ve emme basıncı deneyleri yapılmıştır. Zeminlerin pH, elektriksel iletkenlik, tuzluluk gibi fiziko-kimyasal özellikleri belirlenmiş, detay XRD çalışmaları ile kil mineralleri türleri ortaya çıkartılmıştır. Ayrıca örneklerde organik madde miktarı, toplam karbonat miktarı ve katyon değiştirme kapasitesi ve spektrometrik özellikleri belirlenmiştir. Elde edilen veriler korelasyon ve regresyon analizi ile değerlendirilmiştir.Serbest şişme indisi (FSI) ile kıvam limitleri (LL, PL, PI) arasında güçlü bir pozitif korelasyon vardır, yani kıvam limitleri yüksek olan zeminlerin şişme potansiyelleri de yüksektir. Diğer yandan emme ise LL, PL ve PI ile güçlü negatif korelasyon göstermektedir. Bu durum serbest şişme indisi ile emme arasında ters bir orantının varlığına işaret eder. Şişme üzerine katyon değiştirme kapasitesinin etkisini bildiren birçok çalışma vardır. Ancak, bu çalışmada katyon değiştirme kapasitesi (CEC) ile FSI arasında bir korelasyon gözlenmemiştir. Fakat Na-değiştirme kapasitesi ile FSI arasında güçlü bir korelasyon saptanmıştır. Emme ise benzer şekilde K-değiştirme kapasitesi ile orta dereceli negatif bir ilişki göstermektedir. Zeminin spektrometrik özellikleri ile FSI arasında bir korelasyon gözlenmemiş ancak emmenin ~1400 ve ~1900 nm dalga boyundaki özelliklerle ilişkili olduğu gözlenmiştir.İnce taneli zeminlerden alınan numuneler üzerindeki modelleme çalışmaları regresyon analizleri ile yürütülmüştür. Serbest şişme indisinin modellenmesinde hacimsel büzülme, Na-değiştirme kapasitesi ve kil fraksiyonunun en etkili etmenler olduğu bulunmuştur. Toplam emme ve zemin-su karakteristik eğrisi ise spektoskopik özellikler (A1400, D1900), hacimsel büzülme ve mineralojik özellikler (kuvars, feldspat ve kaolin) ile modellenebilmektedir. Zeminlerde büzülmenin modellenmesinde özgül yüzey alanı, yüzey şarj yoğunluğu katyon değiştirme aktivitesi gibi unsurların etkisi ortaya çıkmaktadır.

Abstract:
Fine grained soils have peculiar physical, chemical and mineralogical properties and show different engineering properties. In this type of soils swelling and shrinkage behaviors due to meteorological effects are frequently observed. If deformations that occurred due to these behaviors is not predicted they might result in devastating damages. Therefore, relationships between the physical, chemical and mineralogical properties of fine grained soils and effect of these features on the engineering properties of soil has become a subject of continuous curiosity and investigation.The 48 soil samples examined in this study are obtained from different regions to sustain a random selection for different geological origins. Descriptive analyses as grain size distribution and consistency limits, free swell index and suction tests performed on soil samples. Physico-chemical properties including pH, electrical conductivity and salinity were determined and clay mineral types were detected by detailed XRD analyses. As well, the amount of organic material, the total carbonate, the cation exchange capacity and the spectrometric properties of the soils were determined. The obtained data were evaluated with correlation and regression analysis.There is a strong positive correlation between free swell index and consistency limits (LL, PL, PI), i.e. soils with high consistency limits had also high swelling potential. On the other hand, suction shows a strong negative correlation with LL, PL, PI. This phenomena implies the presence of a negative correlation between free swelling index and suction. There is a good deal of studies reporting the effect of cation exchange capacity (CEC) on swelling. However, in this study no correlation observed between CEC and FSI. But a strong correlation is detected between FSI and Na-exchange capacity. In the same vein, suction showes a moderate negative correlation with K-exchange capacity. No correlation detected between the spectrometric properties of soil and FSI, yet it is observed that suction is related with the spectrometric peculiarities of soil at ~1400 and ~1900 nm wavelengths.Fine grained soils subject to this study are modeled with regression analyses. Shrinkage volume, Na-exchange capacity and clay fraction are found to be the most effective elements in FSI models. On the other hand spectral properties (A1400, D1900), shrinkage volume and mineralogic constituents (quartz, fedspats and kaolinite) found to be important while modeling the suction (i.e total suction and slope of soil-water characteristics curve). Effects of specific surface area, surface charge density and cation exchange activity appears while modeling the shrinkage of soils.