Silis dumanı ile stabilize edilen problemli zeminlerin statik ve dinamik özelliklerinin belirlenmesi ve karşılaştırmalı analiz
Determination of static and dynamic properties of problematic soils stabilized by silica fume and comparative analysis
Yazar: OGAN ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. MURAT TÜRKÖZ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Problemli zeminler arasında sınıflandırılan dispersif ve şişen kil zeminler, diğer doğal afetlerle kıyaslandığında hayatı doğrudan tehdit etmese de doğal bir risk olarak kabul edilmektedir. Havaalanları, karayolları ve demiryolları gibi mühendislik projelerinin inşasında karşılaşılan problemli zeminler, istenilen mühendislik niteliklerine sahip olmayabilir. Birçok ülkede görülen ve ciddi hasarlara yol açan bu problemli kil zeminlerin, farklı içerikli katkı maddeleri kullanılarak iyileştirilmesine yönelik çeşitli araştırmalar yapılmaktadır. Silis dumanı ile gerçekleştirilen stabilizasyon işlemi sonucunda zeminlerin dispersif ve şişme özellikleri düzelmekte, ayrıca dayanım özellikleri ve işlenebilirlikleri de büyük ölçüde artmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, belirlenen sahadan gerekli kil örnekleri temin edilmiş ve zemin tanımlama deneyleri yapılmıştır. Farklı oranlarda (%0, %5, %10, %15, %20, %25 ve %30) hazırlanan zemin-silis dumanı örnekleri üzerinde, belirlenen kompaksiyon özelliklerinde sıkıştırılarak, şişme ve dispersibilite deneyleri gerçekleştirilerek katkının performansı ayrıntılı bir şekilde değerlendirilmiştir. Farklı çevre basınçları (20, 40 ve 60 kPa) ve kür süreleri (1 gün, 7 gün ve 28 gün) uygulanan örnekler üzerinde konsolidasyonsuz-drenajsız (UU) deneyleri, rezonant kolon deneyleri, dinamik üç eksenli deneyleri ve bender eleman deneyleri yapılarak zemin örneklerinin statik ve dinamik yükler altındaki dayanım parametreleri; kohezyon (c), içsel sürtünme açısı (φ), sönüm oranı (D), kayma modülü (G), modül azalım oranı (G/Gmax ) ve kayma dalgası hızı ilişkileri incelenmiştir. Dinamik yüklemeye maruz kalan örnekler üzerinde UU deneyleri yapılarak stabilize edilmiş zeminin tekrarlı yükleme öncesi ve sonrası dayanım karakteristiklerindeki değişimler iki aşamada belirlenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, silis dumanı (SD) katkısı ile zemin örneklerinin dispersif ve şişme özelliklerinin iyileştiği, kür süresi ile bu iyileşmenin arttığı, statik ve dinamik dayanım özelliklerinin silis dumanı içeriğine bağlı olarak geliştiği görülmüştür.

Abstract:
Soils classified as problematic, such as dispersive and swelling clays, are considered a natural hazard even though they do not directly threaten life compared to other natural disasters. Problematic soils encountered during engineering projects such as airports, highways, and railways may not possess the desired engineering properties. Various studies have been conducted to improve these problematic clay soils, which are found in many countries and cause significant damage, using different additives. Following stabilization with silica fume, the swelling and dispersive properties of the soils improve, and their strength characteristics and workability are significantly enhanced. In this thesis study, necessary clay samples were obtained from a designated site, and soil identification tests were conducted. Soil-silica fume samples prepared at different ratios (0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, and 30%) were compacted under specified compaction conditions, and swelling and dispersibility tests were performed to evaluate the additive's performance in detail. Unconsolidated-undrained (UU) tests, resonant column tests, dynamic triaxial tests, and bender element tests were conducted on samples subjected to different confining pressures (20, 40, and 60 kPa) and curing times (1 day, 7 days, and 28 days) to examine the strength parameters of soil samples under static and dynamic loads, such as cohesion (c), internal friction angle (φ), damping ratio (D), shear modulus (G), modulus reduction ratio (G/Gmax), and shear wave velocity relationships. The changes in the strength characteristics of the stabilized soil pre- and post-cyclic loading were determined in two stages by performing UU tests on the samples subjected to dynamic loading. The results indicate that the dispersive and swelling properties of the soil sample improved with the addition of silica fume (SF). This improvement increased with curing time, and the static and dynamic strength properties developed depending on the silica fume content.