Kum-EPS ara yüzey etkileşiminin deneysel ve görüntü işleme yöntemleri ile incelenmesi
Investigation of Sand-EPS interface interaction by experimental and image processing methods
Yazar: AHMET SERDAR KÖŞELİ
Danışman: PROF. DR. HAVVANUR KILIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Direkt kesme = Direct shear ; Laboratuvar deneyleri = Laboratory experiments ; Sayısal görüntü işleme = Digital image processing

Özet:
Zemin davranışının anlaşılması, geoteknik mühendisliği açısından çok büyük öneme sahiptir. Bu açıdan zeminin ve etkileşimlerinin doğru yorumlanması gerekmektedir. Geoteknik mühendisliği uygulamalarında, zemine yerleştirilen beton, çelik gibi malzemelerin yanı sıra geosentetiklere de rastlanmaktadır. Zemine aktarılan yükler sonucu olan gerilme-şekil değiştirme davranışı ise diğer malzemelere göre farklılık göstermektedir. Ara yüzeydeki bu davranışa ise çeşitli parametreler etki etmektedir. Bu parametrelerin doğru analiz edilmesi, ara yüzey kayma mukavemetini ve davranışını açıklamak açısından önemlidir. Bu çalışma kapsamında dane şeklinin kum-EPS ara yüzey kayma mukavemetine ve parametrelerine etkisi direkt kesme deneyleri ile belirlenmiştir. Deneylerde, dane boyutu aralığı aynı olan üç farklı şekilsel özellikteki kum zemin, iki farklı yoğunluğa sahip EPS geofoam kullanılmıştır. Danelerin şekilsel özelliklerini nicel olarak tek bir parametre ile ifade edebilmek için fraktal boyuttan faydalanılmıştır. Artan teknolojik ilerlemeler ve bilgi birikimi ile farklı alanlarda kullanılan görüntü işleme tekniği ile kum danelerinin fraktal boyut parametresi belirlenmiştir. Şekilsel parametreleri belirlenen kumların ve ara yüzeylerin kayma mukavemeti, 300x300x150 mm boyutlarındaki büyük ölçekli direkt kesme kutusu ile incelenmiştir. Deneyler ile dane fraktal boyutu, EPS yoğunluğu, rölatif sıkılık ve normal gerilme parametrelerinin ara yüzey etkileşimine etkisi araştırılmıştır. Deneyler sonucunda dane fraktal boyutunun ve EPS yoğunluğunun artmasının ara yüzey kayma mukavemetinde ve sürtünme açılarında artışa yol açtığı gözlenmiştir. Deneyler esnasında danelerin EPS'ye penetre olmasıyla oluşan adezyon da dane fraktal boyutu ile birlikte artmaktadır. EPS yüzeyinde oluşan deformasyonlar görsel olarak tespit edilip sayısal olarak da modellenmiştir. Modelleme ile penetrasyon derinlikleri ve batma miktarları da nicel olarak dane fraktal boyutu ile birlikte değerlendirilmiştir.

Abstract:
Understanding soil behaviour is of great importance for geotechnical engineering. In this perspective, the soil and its interactions need to be evaluated correctly. In geotechnical engineering applications, geosynthetics are encountered as well as materials such as concrete and steel placed in the soil. The stress-strain behaviour as a result of the loads transferred to the soil differs from other materials. Various parameters affect this behaviour at the interface. Accurate analysis of these parameters is important to explain the interface shear strength and behaviour. In this study, the effect of grain shape on sand-EPS interface shear strength and parameters was determined by direct shear tests. In the experiments, three different shaped sand soils with the same grain size range and two different densities of EPS geofoam were used. Fractal dimension was utilized to quantitatively express the shape characteristics of the grains with a single parameter. The fractal dimensional parameters of sand grains were determined by image processing technique used in different applications with increasing technological advances and knowledge. The shear strength of the sands and interfaces, whose shape parameters were determined, were examined with a large-scale direct shear box with dimensions of 300x300x150 mm. The effect of grain fractal dimension, EPS density, relative density and normal stress parameters on the interfacial interaction was investigated. As a result of the experiments, it was observed that increasing the grain fractal dimension and EPS density led to an increase in the interface shear strength and friction angles. During the experiments, the adhesion formed by the penetration of the grains into the EPS also increases with the grain fractal dimension. The deformations on the EPS surface were visually detected and numerically modelled. With the modelling, penetration depths and amounts were also quantitatively evaluated together with the grain fractal dimension.