Sıkıştırılmış kil duvarların yapısal davranışlarının ve durabilite özelliklerinin deneysel olarak belirlenmesi
Experimental determination of the structural behaviour and durability properties of rammed earth walls
Yazar: BATUHAN AYKANAT
Danışman: PROF. DR. MEHMET EMİN ARSLAN
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Sıkıştırılmış kil duvarların yığma yapıların imalatında kullanımı hızla yaygınlaşmaktadır. Bunun en önemli nedenleri, killi toprağa kolay ulaşılması, yapım maliyetlerinin düşük olması ve çevre dostu bir malzeme olmasıdır. Bunun yanında kullanım ömrünü tamamladığında geri kullanıma imkân vermesi, bu yapım tekniğini çevresel olarak avantajlı hale getirmektedir. Sıkıştırılmış kil duvarların, günümüz ihtiyaçlarını ve yönetmelik koşullarını karşılamaları için bazı mekanik ve durabilite özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu amaçla, sıkıştırılmış kil duvarların stabilize edilerek, istenen özellikleri kazanmaları sağlanmaktadır.  Bu çalışmanın temel amacı, farklı stabilizasyon teknikleri ile üretilmiş sıkıştırılmış kil duvarların yapısal davranışlarının ve durabilite özelliklerinin belirlenmesidir. Sıkıştırılmış kil duvarların stabilizasyonları için çimento, kireç ve alkali aktivasyonlu yüksek fırın cürufu kullanılmış ve belirli oranlarda killi topraktan oluşan referans karışıma ilave edilmiştir. Elde edilen farklı karışımların mekanik ve durabilite özelliklerinin belirlenmesi amacıyla silindir ve prizmatik numuneler üretilmiştir. Çalışmada kullanılacak killi toprağın malzeme özelliklerinin belirlenmesi amacıyla, atterberg limit deneyleri ve standart proktor deneyi yapılmıştır. Ayrıca sıkıştırılmış kil duvarların, basınç dayanımı, elastisite modülü ve kayma modülü gibi bazı mekanik özellikleri belirlenmiştir.  Basınç dayanımı sonuçlarına göre durabilite deneylerinde kullanılacak karışımlar seçilmiştir. Seçilen karışımların durabilite özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla çinko stearat belirli oranlarda karışımlara ilave edilmiştir. Sıkıştırılmış kil duvarların durabilite özelliklerinin belirlenmesi için karsten tüpü, sprey erozyon testi, geelong erozyon testi ve yüzey ıslanabilirlik testleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sıkıştırılmış kil duvarların çevrimsel yükler altındaki yapısal davranışlarının belirlenmesi ve diğer duvarlar ile kıyaslanabilmesi amacıyla 150x150x15 cm boyutlarında sıkıştırılmış kil duvarlar, 150x150x19 cm boyutlarında geleneksel tuğla ve 150x150x19 cm boyutlarında gazbeton duvarlar üretilmiştir. Üretilen duvarlara uygulanan çevrimsel yükler sonrasında yük taşıma kapasiteleri, enerji tüketme kapasiteleri, rijitlik azalmaları ve yerdeğiştirme süneklikleri hesaplanmıştır. Çalışmanın sonunda, çimento ve alkali aktivasyonlu yüksek fırın cürufunun sıkıştırılmış kil malzemelerinin mekanik özelliklerini iyileştirmek için kullanılabileceği belirlenmiştir. Ayrıca çinko stearat kullanımının durabilite özelliklerini önemli ölçüde arttırdığı tespit edilmiştir.

Abstract:
The use of rammed earth walls in the manufacture of masonry structures is rapidly becoming widespread. The most important reasons for this are that clayey soil is easily accessible, construction costs are low, and it is an environmentally friendly material. In addition, the fact that it allows reuse at the end of its useful life makes this construction technique environmentally advantageous. Some mechanical and durability properties of rammed earth walls need to be improved in order to meet today's needs and regulatory requirements. For this purpose, rammed earth walls are stabilized and provided with the desired properties. The main purpose of this study is to determine the structural behaviour and durability properties of rammed earth walls produced with different stabilization techniques. For the stabilization of rammed earth walls, cement, lime and alkali activated blast furnace slag were used and added to the reference mixture consisting of clayey soil in certain proportions. Cylindrical and prismatic samples were produced to determine the mechanical and durability properties of the different mixtures obtained. In order to determine the material properties of the clayey soil to be used in the study, atterberg limit tests and standard proctor tests were performed. Additionally, some mechanical properties of rammed earth walls, such as compressive strength, elastic modulus and shear modulus, were determined. Mixtures to be used in durability tests were selected according to the compressive strength results. In order to improve the durability properties of the selected mixtures, zinc stearate was added to the mixtures in certain proportions. To determine the durability properties of rammed earth walls, karsten tube, spray erosion test, geelong erosion test and surface wettability tests were carried out. In addition, in order to determine the structural behavior of rammed earth walls under cyclic loads and to compare them with other walls, rammed earth walls with dimensions of 150x150x15 cm, traditional brick walls with dimensions of 150x150x19 cm and autoclaved aerated concrete walls with dimensions of 150x150x19 cm were produced. The load carrying capacity, energy consumption capacity, stiffness degradation and displacement ductility of the produced walls were calculated after the cyclic loading. At the end of the study, it was determined that cement and alkali activated blast furnace slag could be used to improve the mechanical properties of rammed earth materials. Additionally, it has been determined that the use of zinc stearate significantly increases the durability properties.