Kum-geosentetik arayüzeyi kayma direncine fraktal boyutun etkisinin araştırılması
Research on effect of fractal dimension on shear strength of sand-geosynthetic interface
Yazar: ABDULMUTTALİP ARİ
Danışman: PROF. DR. SUAT AKBULUT
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Geoteknik mühendisliği uygulamalarında zeminler beton, çelik ve geosentetik gibi malzemeler ile arayüzeyler oluşturmaktadır. Bu arayüzeylerin direnci, zemin yapısının stabilitesi için büyük önem arz etmektedir. Günümüzde ekonomik ve teknik açıdan sağladıkları avantajlar sayesinde geosentetiklerin oluşturduğu arayüzeylere zemin yapılarında sıklıkla rastlanılmaktadır. Bu arayüzeylerin direnci, çeşitli parametreler tarafından yönetilmektedir. Bu çalışmada, arayüzey malzeme çiftinden kaynaklı parametrelerin kayma direncine etkileri fraktal teori kullanarak nicel olarak değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında 18 farklı arayüzeyin kayma direnci araştırılmıştır. Kum dane şeklinin, arayüzey kayma direncine etkisini araştırmak için yuvarlaklık sınıfları farklı üç tip kum kullanılmıştır. Bununla birlikte, geosentetik yüzey pürüzlülüğünün ve sertlik derecesinin arayüzey kayma direncine etkilerini araştırmak için pürüzlülük dereceleri farklı üç tip geomembran ve üç farklı yoğunlukta EPS geofoam kullanılmıştır. Dane şekilsel özelliklerinin ve geosentetik yüzey pürüzlülüğünün arayüzey kayma direnci üzerindeki etkilerini parametrik olarak ifade etmek için fraktal boyuttan yararlanılmıştır. Danelerin fraktal boyutunun belirlenmesinde görüntü işleme tekniği, geomembran yüzeylerinin fraktal boyut hesapları için ise dijital mikroskop tekniği kullanılmıştır. 
Teorik çalışma sonucunda fraktal boyutun, dane şeklini ve yüzey pürüzlülüğünü başarılı bir şekilde temsil ettiği sonucuna varılmıştır. Fraktal boyut hesaplarından sonra kum-geosentetik arayüzey kayma dirençleri 60x60 mm boyutlarında kesme kutusu deneyleri ile araştırılmıştır. Deneysel çalışma sonucunda, dane şekli, geosentetik yüzey pürüzlülüğü ve geosentetik yüzey sertliğinin arayüzey kayma dirençlerini önemli ölçüde etkiledikleri gözlemlenmiş ve bu etkilerin gelişimi fraktal boyut değerleri ile nicel olarak ortaya konulmuştur.

Abstract:
In geotechnical engineering applications, soils are interfaced with different construction materials such as concrete, steel and geosynthetic. The resistance of these interfaces is of great importance for the stability of the soil structure. Nowadays, due to the economic and technical advantages of geosynthetics, interfaces containing geosynthetics are frequently encountered in soil structures. The conditions of these interfaces are governed by several parameters. Accordingly, in this research, the effects of parameters controlled by interface materials on the shear strength were quantitatively investigated using fractal theory. For this purpose, 18 different interfaces consisting of variable sands and geosynthetics were generated. Three types of sands with different roundness classes were used to investigate the impact of particle shape on the interface shear strength. In addition, the effects of geosynthetic surface roughness and hardness on the interface shear strength were evaluated separately using three types of geomembrane with different degrees of roughness and EPS geofoams with three different densities. Fractal dimension was used to parametrically express the effects caused by particle shape and surface roughness. Therefore, image processing technique was used to determine the fractal dimension of the sand particles, and a digital microscope was employed to calculate the fractal dimension of the geomembrane surfaces. As a result of the theoretical researches, it was concluded that the fractal dimensions are competent in representing the particle shape and surface roughness. Then, the shear strength of sand-geosynthetic interface was investigated by direct shear tests with a dimension of 60x60 mm shear box. As a result of the experimental researches, it was observed that particle shape, geosynthetic surface roughness and geosynthetic surface hardness significantly affect the shear strength of sand-geosynthetic interface. The development of these effects was demonstrated quantitatively by fractal dimension values.