Konsolidasyon süresince kil yapısındaki değişimin araştırılması
Research of the change in the clay structures during consolidation
Yazar: BİRKAN YÜKSEL
Danışman: PROF.DR. S. FEYZA ÇİNİCİOĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Elektron mikroskobu = Electron microscope ; Kil = Clay ; Konsolidasyon = Consolidation ; Mikroyapı = Microstructure

Özet:
Kil zemin davranışı geoteknik mühendisliğinin önemli araştırma konularındandır.Killerin mühendislik davranışını tanımlamanın klasik yolu gerilme-deformasyonilişkisinin araştırılmasıdır. Günümüze kadar süregelen yöntemler genellikle gerilmehesabından deformasyon elde etmeye dayanan yani gerilme esaslı yöntemlerdir. Ancakbilimsel birikimin incelenmesi, gerilme deformasyon dönüşümünün üzerinde etkili olançok sayıda etken olduğunu ve bu etkenleri ayrıştırabilmek için de mikro davranışıntanımlanması gerektiğini ortaya koymaktadır.Tez çalışması kapsamında 25 adet konsolidasyon deneyi yapılmış ve konsolidasyondeneyleri boyunca 175 adet gerilme seviyesinde 1 dakika ile 72 saat arasında değişensürelerde beklenerek kil zeminin konsolidasyon davranışı sonucunda oluşan fabrikyapısı araştırılmıştır. Konsolidasyon deneyleri sonucunda oluşan fabrik yapı ESEM(taramalı elektron mikroskopu) analizleri vasıtasıyla alınan fotoğraflarla açıklanmıştır.Diğer yandan laboratuvarda yapılan deneylerden elde edilen veriler sunulmuştur.Birinci bölümde konu ile ilgili giriş yapıldıktan sonra ikinci bölümde, killerin oluşumuve özellikleri detaylı olarak incelenmiş, kil mineralleri ile kil zeminin yapısı, kiltürlerinin oluşması ve oluşma etkenleri, killerin sınıflandırılması verilerek killerinmühendislik özellikleri ve bileşiminin tayini için yapılan başlıca deneyler sunulmuştur.Deneysel çalışmalarda izlenen yöntem üçüncü bölümde açıklanmıştır. Deneylerdekullanılan kil zeminin mühendislik özellikleri, deney düzeni, deney programı vedeneylerin yapılışı anlatılmıştır. Ayrıca ESEM analizleri için numune hazırlamayöntemi ve kriterleri detaylı bir şekilde verilmiştir.Dördüncü bölüm, deneysel çalışmaların sonuçlarının verildiği ve yorumlandığıbölümdür. Tezin bu kısmında sırasıyla yapılan 25 adet uzun ve kısa sürelikonsolidasyon deneylerinden hareketle deney sonuçları araştırılmış ayrıca kil zemininfabrik yapısındaki değişiklikler ESEM analizleri sırasında alınan fotoğraflarlaincelenmiş ve sonuçlar karşılaştırmalı olarak yorumlanmıştır.Son bölümde, tez çalışması kapsamında yapılan deneysel çalışmalar ve ESEM analizleriile ilgili genel sonuçlar verilmiştir. Laboratuvar deneyleri ve ESEM analizlerisonuçlarından hareketle elde edilen genel sonuçlar aşağıda kısaca özetlenmiştir.ESEM analizlerinde, konsolidasyon deneylerinde basınç ve bekleme süresinin artmasınabağlı olarak kil zeminin yapısında değişiklikler meydana geldiği gözlemlenmiştir.Uygulanan basınç miktarı arttıkça zemin içindeki boşluk oranının azaldığı, kil dane vemineralllerinin bir yönelme yaptıkları; yani basıncın uygulandığı yöne dik olacakşekilde değiştiği gözlemlenmiştir. Uygulanan gerilme zemin içerisindeki kemerlenmelernedeniyle numunenin her noktasına temas etmemiş ve her yerde yönelmeyerastlanılmamıştır. Aynı şekilde basınç altındaki bekleme süresinin artması da kildanelerinin ve minerallerinin dizilimini basıncın uygulandığı yöne dik olacak şekildedeğiştirdiği gözlemlenmiştir. Basınç miktarının artmasıyla birlikte zemin yapısındameydana gelen elastik şekil değiştirmelerin yerini plastik şekil değiştirmelerin aldığıgözlemlenmiştir.

Abstract:
Behaviour of the clayey materials is one of the important research subjects ofGeotechnical Engineering. Classical way of defining engineering behaviour of the claysis based on the research of stress-deformation relations. Methods used up to now areusually based on calculating the deformations resulted from the stresses, namely stressbased methods. However careful scientific studies show that there are some otherfactors that are effective on the stress deformation transformation and behaviours inmicro levels are needed to be defined to analyze these effects.In this thesis, twenty-five laboratory consolidation tests have been carried out. Duringthese consolidation tests, which are applied at 175 different stress levels and observed atthe durations varying between 1 minute and 72 hours, fabric structure of the claysground formed after the consolidation behaviour is researched. Fabric structure formedafter the consolidation tests are explanied with the photographs taken by using theESEM analysis. In addition to these test results from the laboratory studies arepresented.Chapter 1 is the introduction. Chapter 2 is a literature survey on formation of clayeysediments, fabric and structure of clayey soils, aging and delayed compression ofsediments and classification of clays. Also the methods and techniques that may beemployed for determination of soil composition are presented.Methodology of this experimental study is explained in Chapter 3. In this Chapter, thegeology and soil profile of kaolin are presented. Also engineering properties of the claythat was used in this experimental study and test methods are presented in detail.Chapter 4 deals with the results of laboratory tests and evaluation of these tests. In thischapter compression behavior of clay is defined by performing total twenty-fiveconventional and long term consolidation tests. Also, fabric study of undisturbed andunloaded clay and changes in fabric due to compression, under different consolidationpressure levels are investigated by means of ESEM analysis.In the last chapter, conclusions of the research work obtained by experimental studiesand ESEM analysis are presented.The conclusions based on laboratory tests and ESEM analyses are summarized in thefollowing paragraphs.By the ESEM analysis it is observed that there are changes occuring in the structure ofthe clay ground depending on the pressure and consolidation time. As the applicationtime of the pressure increases, it is observed that void ratio in the ground decreases andclay particles and minerals are aligned, namely changed their position as aligningvertically to the surface of the pressure. Because of the arc-formed structures, appliedstresses are not transmitted everywhere in the samples. So that alignment is notobserved everywhere. At the same time it is observed that as the duration time of thesamples under stress increases, alignment vertical to the stress surface increases. Also itis observed that as the amount of stress increases, change in the structure of the clayshifts from elastic type of deformation to plastic type of deformation.