Killi zeminlerde deformasyona bağlı kayma mukavemetinin deneysel olarak incelenmesi
The experimental investigation of shear strength depending on deformation for clayey soils
Yazar: YEŞİM BİNARBAŞI
Danışman: DOÇ. DR. RECEP İYİSAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kayma gerilmesi = Shear stress

Özet:
Uygulanan yüklerden dolayı zemin kesitini oluşturan tabakalarda normal ve kayma gerilmelerinde artış olmakta ve meydana gelen şekil değiştirmeler zeminlerde göçmeye neden olabilmektedir. Danesel ve üç bileşenli bir yapıya sahip olan ve bu özelliği ile diğer mühendislik malzemelerinden farklı bir yapıya sahip olan zeminlerde, dış yükler düşey olsa dahi danelerin birbirileri üzerindeki hareketi sonucu bir kayma düzlemi oluşur. Oluşan bu kayma düzlemindeki normal ve kayma gerilmeleri zeminin stabilitesini belirler. Diğer bir deyişle zeminlerde göçme meydana gelmesi için olası bir kayma düzlemi boyunca kayma mukavemetinin aşılması gerekir. Göçme meydana gelmeden zeminlerin karşı koyabileceği en büyük kayma gerilmesi ise Kayma Mukavemeti olarak tanımlanmaktadır. Kayma mukavemeti aşılan zemin göçmüş kabul edilmektedir. Zeminlerde kayma mukavemetinin tek değeri olmayıp yükleme ve drenaj koşullarına bağlıdır.
Göçme ya da kırılma çelik, beton gibi diğer mühendislik malzemelerinin gerilme-şekil değiştirme özelliklerinde oldukça belirgin iken, zeminlerin göçmesi izin verilebilir şekil değiştirme seviyelerinin aşılmasına bağlıdır. Bu nedenle zeminlerin gerilme-şekil değiştirme özellikleri önemlidir. Sıkı kum ile aşırı konsolide kil ve gevşek kum ile normal konsolide killerde tipik gerilme-şekil değiştirme özellikleri gözlenmektedir. Sıkı kum veya aşırı konsolide killerde deformasyonun düşük seviyelerinde gerilme önce bir maksimum değere ulaşmakta ve daha sonra deformasyona bağlı olarak bir azalma eğilimi göstermektedir. Şekil değiştirmenin büyük değerlerinde ise gerilmeler sabit bir değere ulaşmakta ve bu değere kalıcı kayma mukavemeti adı verilmektedir. Özellikle aşırı konsolide zeminlerde görülen deformasyona bağlı bu mukavemet kayıpları, geoteknik mühendisliği uygulamalarında önemli olmaktadır.
Bu çalışmada, zeminlerin deformasyona bağlı kayma mukavemeti kayıplarının belirlenebilmesi ve bu kayıpların zeminlerin endeks özellikleri yardımı ile tahmin edilebilmesi amacıyla, farklı özelliklere sahip numuneler üzerinde tekrarlı kesme kutusu deneyleri yapılmıştır. Deneyler aynı numune üzerinde hem bir doğrultuda kesmeye imkân veren klasik kesme kutusu ve iki yönlü kesmeye dolayısıyla daha büyük yatay yer değiştirmeye imkân veren bilgisayar kontrollü yeni nesil kesme kutusu deney sistemleri kullanılarak gerçekleştirilmiş, sonuçları karşılaştırılmıştır. Deneyler drenajlı koşullarda yapılmış ve üç ile beş tekrar sonrasında kalıcı duruma ulaşıldığı kabul edilmiştir. Her tekrar sonrasında kayma gerilmesi değerleri belirlenmiş ve bu yatay yer değiştirme ile değişimi incelenmiştir. İstenilen yer değiştirme seviyelerinde, zeminin plastisitesine bağlı olarak normal gerilmeye göre normalize edilmiş kayma gerilmesini tahmin edebilmek amacıyla korelasyonlar önerilmiştir. Ayrıca kalıcı kayma mukavemeti açısının likit limit ve plastisite ile değişimi incelenmiş pratik amaçlar doğrultusunda kullanılabilecek korelasyon eşitlikleri geliştirilmiş ve sonuçlar önceki çalışmalar ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The loads applied to the soils causes increase of shear stress and normal stress within the structure of soil layers. Due to this loads, acting on the soil layers, causes strain, which may come up at level of a collapse. For soils as a granular material, which is composed of three phases and having a different structure from other engineering materials, even the external forces are vertical, the failure occurs as a shear failure of soil particles moving on each other. The normal and shear stresses induced along this failure plane controls the stability of the soils. In other words, shear strength on the possible failure plane should be exceeded in order to achieve the failure. The maximum shear stress attained without failure is defined as the shear strength. If shear strength is exceeded the soil is assumed as failed. There is not a unique shear strength value for the soils. It depends on the loading and drainage conditions. 
The collapse or failure criteria of engineering materials like concrete and steel may be defined very clearly from the stress-deformation behaviors. On the contrary, failure criteria for the soils are related with the exceeding of allowable deformation levels. Therefore, stress- deformation behaviors of the soils are very important. As dense sands and over consolidated clays have similar stress-deformation properties, loose sands and normally consolidated clays have similar stress-deformation properties. For dense sands and overconsolidated clays, shear stress increase up to a maximum (peak) value generally at low deformation levels and then have trend of decrease as the deformation increases. The shear stress tends to come up to a constant value, which is called as residual shear strength, if the high shear deformations are reached. This shear strength lost, due to the deformation level, which is especially seen for the overconsolidated clays are very significant for the geotechnical engineering applications. 
In this study, reversal shear box tests were conducted on the soil samples having different index properties in order to determine and predict the shear strength loss due to the shear deformation in terms of index properties. Tests were performed on both conventional shear box device capable of shearing on one direction and the computer controlled new generation shear box device capable of shearing on two directions on the same soil samples, and the results were compared. Tests were conducted in drained conditions and it is assumed as three to five reversals were enough to reach the residual shear strength. Shear stress values were recorded for each reversal and the variation of the shear stress is investigated as the increase of lateral displacement. Correlations were presented to predict the normalized shear stresses with the normal stress for a desired lateral displacement level depending on the soils plasticity characteristics. Furthermore, the variation of residual shear strength angle with the consistency limits is investigated, some correlations were generated for practical purposes and the results were compared with the previous studies.