Killi zeminde donma-çözülmenin neden olduğu mukavemet kaybının magnezyum oksit ve fosforik asit katkısıyla iyileştirilmesi
Improving the strength loss of a clayey soil due to freeze-thaw wi̇th magnesium oxide and phosphoric acid addition
Yazar: NAZLI ECE ÖZ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ŞÜKRÜ ÖZÇOBAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Kohezyolu zeminlerin özellikleri çeşitli iç ve dış parametrelerden etkilenerek değişim gösterebilmektedir. Bu etkenlerden bir tanesi iklim olup genellikle soğuk bölgelerde etkilidir. Hava sıcaklığının suyun donma sıcaklığının altına düşmesi ve tekrar üstüne çıkması zemin mikro yapısında farklılaşmaya sebep olur. Donan boşluk suyu zemin danelerini iterek formasyonlarının değişmesine neden olur. Daneler arası kuvvet azalır, mesafeleri artar ve zemin mukavemetinde kayıp meydana gelir. Zemin özelliklerindeki bu değişim yapılarda hasara yol açabilmektedir. Bu deneysel çalışma kapsamında ilk olarak donma-çözülmeye maruz kalan bir killi zeminde meydana gelen mukavemet kaybı belirlenmiş ardından zemine MgO ve H3PO4 kimyasal katkılarının ilave edilmesiyle donma-çözülmenin sebep olduğu kayıp yok edilmiş ve iyileştirilmiştir. Deneylerde kaolin olarak adlandırılan CL sınıfı zemin ile çalışılmıştır. Hazırlanan numunelerin su ile teması önlenerek kapalı sistem kurulmuştur. Öncelikle katkısız zemin -20°C'de 1 gün, +20°C'de 1 gün, 1 çevrim 2 gün sürecek şekilde, 0, 1, 5, 10 donma-çözülme çevrimine maruz bırakılmış. Belirtilen her çevrimin sonunda UC ve UU deneyleri yürütülmüştür. Sonuçlarda hücre basıncının da etkisini görmek amacıyla deneyler 0 kPa, 100 kPa, 200 kPa ve 400 kPa hücre basıncı altında gerçekleştirilmiştir. Buna ek olarak çevrim sayısının etkisi de gözlemlenmiştir. Çalışmanın diğer aşamasında donma-çözülme kaynaklı mukavemet kaybını ortadan kaldırmak amacıyla zemine eklenecek olan MgO ve H3PO4 katkılarının optimum dozları belirlenmiştir. Optimum dozda katkıyla hazırlanan numuneler aynı sıcaklık aralığı, sistem ve çevrim sayısında donma-çözülmeye maruz bırakılmış ve çevrim sonlarında aynı deneyler belirtilen hücre basınçlarıyla tekrarlanmış, katkısız numune sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar çevrim sayısındaki artışın zemin mukavemetini düşürdüğü ortaya koymuştur. UC deneyi sonuçlarında pik mukavemet kaybı 5. çevrim sonunda yaşanmışken UU deneylerinde 10. çevrimin sonunda pik düşüş gözlemlenmiştir. Hücre basıncındaki artışla daha yüksek mukavemet değerlerine erişilmiştir. Katkılı numunelerde farklı su muhtevalarında elde edilen mukavemet değerlerinin birbirine yaklaştığı gözlemlenmiştir. Artan su muhtevasında iyileştirmenin daha etkili olduğu saptanmış, zemin mukavemetinde %68 ila %3973 oranında yükselme meydana gelmiştir.

Abstract:
The properties of cohesive soils may vary due to some internal and external parameters. One of which is the climate and especially effective in cold regions. When temperature drops below 0ºC and rises again, the micro structure of the soil changes. Frozen void water pushes soil particles. With the increased distance between particles, strength of the soil significantly decreases. These changes in soil properties might damage the structures. In this study, at first effect of the freeze-thaw on the strength of a clayey soil was investigated and then the resulting strength loss was stabilized and improved with MgO and H3PO4 injection. Experiments were carried out on a CL class soil. Samples were covered in order to prevent water migration and procure a closed system. Firstly control samples were subjected to 0, 1, 5, 10 freeze-thaw cycles where each cycle lasted 2 days. Afterwards UC and UU experiments were performed. Experiments were repeated under 0 kPa, 100 kPa, 200 kPa and 400 kPa to observe the effect of cell pressure. In addition effect of cycle number was also investigated. In the next step optimum MgO and H3PO4 content were determined to be %5 and %3 respectively. Then treated group samples were subjected to freeze-thaw cycles without making any changes in the process and the strength change was compared with other groups. The results showed that soil strength decreased as the number of freeze-thaw cycles increased. Peak reduction in the strength occured after 5th and 10th freeze-thaw cycle for UC and UU respectively. With increased cell pressure greater strength values were achieved. Similar strength values were observed in treated samples with different water contents. Finally the stabilization on soil strength was found to be significantly effective at higher water content values. The soil strength after the treatment increased between %68 and %3973.