Artık toprak zeminlerin zemin-su karakteristik eğrilerinin belirlenmesi
The determination of soil-water characteristic curves of residual soils
Yazar: ECENUR ÖZEL
Danışman: PROF. DR. ADİL BİNAL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Matrik ve toplam emme basıncı, doygun olmayan zemin mekaniğinde kullanılan önemli kavramlardır. Artık toprak zeminlerin birçok mühendislik özelliklerinin belirlenmesinde kullanılan zemin su karakteristik eğrilerinin çizilmesi bu tez çalışmasının amacını oluşturmaktadır. Bu amaç doğrultusunda Ankara ili Solfasol Mahallesi'nden alınan üç farklı artık toprak numunesi üzerinde zemin mekaniği deneyleri yapılmıştır. Laboratuvar çalışmaları iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşama temel zemin mekaniği deneylerini kapsamaktadır. Deneyler sırası ile elek analizi, hidrometre, piknometre, Atterberg limitleri, standart Proktor ve kesme kutusu deneyleridir. Her üç artık toprak numunesi için de bu deneyler gerçekleştirilmiş ardından doygun olmayan zemin mekaniği kavramlarını incelemek amacıyla deneysel çalışmalarda ikinci aşamaya geçilmiştir. İkinci aşamada ise artık toprak numunelerinin doygunluk dereceleri, matrik ve toplam emme basınç değerlerini tayin etmek amacıyla filtre kağıdı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Zeminlere ait matrik emme basınçlarına karşılık filtre kağıdı nem içeriği grafikleri çizilmiş, zemin su karakteristik eğrileri (SWCC) oluşturulmuştur. Tez kapsamında zemin numunelerinin matrik emme basıncı değerlerini farklı bir yöntemle belirlemek amacıyla basınç plakası deney düzeneği tasarlanmıştır. Yeni cihazda yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar ile de artık toprak numunelere ait zemin su karakteristik eğrileri (SWCC) çizilmiştir. Basınç plakası deneyleri sırasında killi zeminlerde numune üzerine sık aralıklarla matrik emme basıncı değerleri uygulanarak daha düzgün zemin su karakteristik eğrileri elde edilebileceği sonucuna varılmıştır. Hem basınç plakası hem de filtre kağıdı deneyleri sonucunda çizilen zemin su karakteristik eğrileri incelendiğinde numunelerdeki kil oranı arttıkça eğrilerin yukarı doğru kaydığı görülmüştür. Kil içeriği %21 grimsi-yeşil renkli artık toprak örneğinde, filtre kağıdı deneylerinde elde edilen SWCC analizleri sonucu, en yüksek matrik emme basıncı değeri (4.44 bar) saptanmıştır. Kil içeriği en düşük oranda bulunan (%2.7) kırmızımsı-pembe renkli artık toprak örneklerinde ise matrik emme basıncı değeri (4.19) bar olarak bulunmuştur. Filtre kağıdı ve basınç plakası deney verilerine göre ise; ince tane boyu artışına bağlı olarak matrik emme basıncı değerinin arttığı, kaba tane boyu artışına bağlı olarak ise matrik emme basıncı değerlerinin azaldığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Matric and total suction pressure are two key concepts used in unsaturated soil mechanics. The soil water characteristic curves which are used to determine many engineering features of residual soil are the main purpose of this thesis. For this purpose, the soil mechanic experiments were carried out by using three different residual soil samples which were taken from Solfasol district in Ankara. The laboratory studies were conducted in two different phases. The first phase covers soil mechanics experiments. The experiments carried out in this stage are subsequently sieve analysis, Atterberg limits test, standard Proctor tests and direct shear box tests. Following the experiments carried out on each three soil samples, the second phase was initiated to examine unsaturated soil mechanics concepts. In the second phase, filter paper experiments were conducted to determine saturation degree, matric and total suction pressure values of the samples of residual soil. The filter paper moisture content graphs which are suitable for the matric suction pressure of the soil were drawn and soil water characteristic curves were formed. Within the scope of the thesis, pressure plate extractor testing apparatus were designed to determine matric suction pressure of the soil samples in a different way.  Soil water characteristic curves (SWCC) were drawn with the results obtained from the experiments which were carried out using new device. The result of this study revealed that smoother soil water characteristic curves can be obtained by implementing matric suction pressure at a frequent interval to samples on clay soil during pressure plate experiments. Examining the soil water characteristic curves obtained from both the pressure plate and filter paper tests, it has been observed that the curves slope upwards as the clay proportion in the samples increased. As a result of SWCC analysis obtained from filter paper tests, the highest matric suction pressure value (4.44 bar) was found in the residual soil sample which has %21 clay content. On the other hand, matric suction pressure was observed as 4,19 bar in the reddish-pink colored soil samples containing the lowest proportion of clay %2,7. Filter paper and pressure plate test data show that the matric suction pressure value has increased based on the increase in fine grain size while it decreased due to the increase in coarse grain size.