Upload
others
View
17
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
YÜKSEK PLASTİSİTELİ KİL NUMUNELERİ ÜZERİNDE
TEKRARLI DİREKT KESME DENEYİ İLE REZİDÜEL
KAYMA DAYANIMI İNCELEMESİ
AN INVESTIGATION FOR THE RESIDUAL STRENGTH OF HIGH
PLASTIC CLAY SPECIMENS USING MULTI-REVERSAL DIRECT
SHEAR TESTS
Ebru AKIŞ *1 Ahmad MEKAEL
2 Mustafa Tolga YILMAZ
3
ABSTRACT
Landslides are among the frequent natural disasters in Turkey. In order to prepare landslide
remediation projects, active landslide mechanisms should be accurately modeled. The
uncertainty regarding the residual shear strength on failure plane is a significant issue for a
reliable model. The effect of shear rate on the tests for residual shear strength is known to
be significant. The test duration can considerably long for particular soil types. Multi-
reversal direct shear tests have been frequently used in the determination of residual
strength parameters in engineering applications since the testing aparatus is widely
available. In this study, the preliminary results of a set of multi-reversal direct shear tests,
which were performed to decrease duration necessary for reliable determination of residual
strength parameters, are investigated. Within this scope, the reconstituted clay samples
taken from a landslide area in Sinop were used.
In this research, two sets of experiments were performed at essentially different shear rates.
Therefore, the effect of shear rate on the residual shear strength of specimens has been
examined. Accordingly, it has been shown that the measured residual strength of high
plastic clay samples is dependent on the shearing rate and the shear strength increases with
increasing speed. It has been observed that the residual internal friction angle can be
determined within an error of approximately 2.5° by limiting shearing rate to
0.0007mm/min samples. In the evaluation of test results, the cohesion value is supposed to
be zero (c= 0) when the residual shear resistance is mobilized and the residual internal
friction angle is determined between 9.9 and 15.0°. These values were compared with the
ones obtained from empirical relationships proposed in the literature and the back analysis
of the landslide, and the differences in the figures were evaluated considering the
differences in the experimental conditions.
Keywords: Landslide, residual shear strength, multi-reversal direct shear test.
ÖZET
Türkiye’de heyelanlar doğal afetler içinde sık karşılaşılan olaylar içinde yer almaktadır.
Heyelan çözüm projelerinin oluşturulabilmesi için aktif heyelanın mekanizmasının
gerçekçi olarak modellenmesi gerekir. Kayma düzlemindeki rezidüel kayma dayanımına
*1 Yrd. Doç. Dr., Atılım Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara, [email protected] 2 İnşaat Yüksek Mühendisi, Atılım Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara, [email protected] 3 Doç. Dr., Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Bilimleri Bölümü, Ankara, [email protected]
115
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
ilişkin belirsizlik, güvenilir bir model oluşturmak için çözülmesi gereken önemli bir
konudur. Rezidüel kayma dayanımının belirlenmesi için gerçekleştirilen deneylerde kesme
hızının sonuçlara önemli seviyede tesir ettiği bilinmektedir. Zemin cinsine bağlı olarak
deney süresi uzun zaman alabilmektedir. Tekrarlı direkt kesme deneyleri, deney cihazının
yaygın olması sebebiyle mühendislik uygulamalarında rezidüel kayma dayanımının
belirlenmesi için sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Bu çalışmada tekrarlı direkt kesme
deneyleriyle daha kısa sürede ve güvenilir şekilde rezidüel kayma dayanımı elde etmek
için gerçekleştirilen ön deneylerin sonuçları değerlendirilmektedir. Bu kapsamda,
Sinop’daki bir heyelan sahasından alınan örselenmiş kil numuneleri laboratuvarda
hazırlanarak deneylerde kullanılmıştır.
Bu araştırmada esas olarak farklı kesme hızlarında iki set deney gerçekleştirilmiştir.
Böylece, testlerde özellikle kesme hızının rezidüel kayma dayanımına etkisi incelenmiştir.
Bu doğrultuda, yüksek plastisiteli numunelerde ölçülen rezidüel dayanımın kesme hızına
bağlı olduğu ve artan hız ile dayanımın arttığı gösterilmiştir. Sinop numunelerinde bu hızın
0.0007 mm/dk seviyesi ile sınırlandırılması ile rezidüel kayma direnci açısı yaklaşık olarak
2.5° hata içerisinde tesbit edilebildiği gözlemlenmiştir. Deney sonuçları değerlendirilirken,
rezidüel kayma direncine ulaşıldığında kohezyon değerinin sıfır (c=0) olduğu kabulü
dikkate alınmış ve bu doğrultuda rezidüel kayma direnci açısı 9.9 ile 15.0° değerleri
arasında olduğu hesaplanmıştır. Bu değerler literatürde önerilen ampirik ilişkiler ve
heyelanın geri analizleri ile elde edilen rezidüel kayma direnci açısı değerleri
karşılaştırılmış, rakamlardaki farklılıklar deney koşullarındaki farklılıklar göz önüne
alınarak değerlendirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Heyelan, rezidüel kayma dayanımı, tekrarlı direkt kesme deneyi.
1. GİRİŞ
Şev stabilite problemlerinin modellenmesinde kullanılan parametreler şevde daha önce bir
kayma olması veya olmaması durumlarına göre farklılık göstermektedir. Skempton [1]
daha önce kayan şevlerin önlem projeleri için yapılacak olan analizlerde rezidüel kayma
dayanımı parametrelerinin kullanılması gerektiğini belirtmiştir. Bu nedenle, heyelan
sahalarının ıslahı projelerinin hazırlanabilmesi için kayma sonrası rezidüel kayma
parametrelerinin tayini büyük önem taşımaktadır. Rezidüel kayma dayanımı parametreleri
arazide veyn deneyi ile, laboratuvarda tekrarlı direkt kesme ve halka kesme deneyleri ile ya
da literatürde önerilen amprik yaklaşımlar ile tayin edilebilmektedir. Halka kesme
deneyinde, halka şeklindeki numunenin düşeyde ortasından geçen bir düzlem üzerinde
sürekli olarak açısal yerdeğiştirme ile kesilmesi nedeniyle rezidüel kayma dayanımı
güvenilir olarak belirlenebilmektedir [2,3]. Direkt kesme kutusu deneyinde ise rezidüel
dayanım, tekrarlı kesme ile tayin edilebilmektedir. Ancak bu deneyde yüksek kesme
deplasmanlarına ulaşabilmek için, her kesme aşamasından sonra kesme yönü geri
çevrilerek başlangıç pozisyonuna gelinmesi, boşluk suyu basınçlarını sönümlenmesi için
beklenmesi gerekmektedir. Bu sebeple direk kesme kutusu deneyi daha uzun deney süresi
talep etmektedir. Bu sınırlamalara rağmen, tekrarlı direkt kesme deneyi deney cihazının
kullanım kolaylığı ve yaygın olması nedeniyle rezidüel kayma dayanımın belirlenmesinde
sıkça kullanılmaktadır. Ülkemizde yapılan çalışmalarda halka kesme deneyi ve tekrarlı
direkt kesme deneyleri kullanılarak rezidüel kayma dayanımı incelenmiştir. Hatipoğlu [3],
Yılmaz [4], İyisan vd [5] halka kesme ve tekrarlı kesme deneyleri; Koltuk [6], Ataç [7]
halka kesme deneyleri; Ürkmez [8], İyisan vd [9], Bayın [10] tekrarlı direkt kesme
deneyleri sonucunda rezidüel kayma dayanımı açısı ile endeks özellikleri arasında
korelasyonlar önermiştir. Söz konusu çalışmalarda tekrarlı kesme kutusu deneyinden elde
116
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
edilen rezidüel kayma direnci açılarının halka kesme kutusu ile tayin edilen değerlerden
yüksek olduğu; ancak halka kesme ve tekrarlı direkt kesme deneylerinden elde edilen
rezidüel kayma direnci açısı değerleri arasındaki farkın artan kil yüzdesi ve plastisite indisi
ile azalmakta olduğu belirtilmiştir [3,6]. Bu çalışmada tekrarlı direkt kesme deneyleri,
rezidüel parametrelerin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Ancak, zemin özelliklerine bağlı
olarak deneyle ilgili standartlarda sınırlandırılan ve davranış üzerinde belirgin etkisi
bulunan kesme hızı, zemin cinsine bağlı olarak çok düşük olabilmektedir. Düşük hızın
getirdiği kesme süresinin uzunluğunun yanısıra rezidüel davranışa ulaşmak için birçok kere
kesme tekrarı yapılması toplam deney süresini çok uzatmakta ve deneysel yaklaşımın
pratik uygulamalarda kullanılmasını zorlaştırmaktadır.
Ülkemizde heyelanlar sıklıkla karşılaşılan olaylar olup doğal afetlerin %45’ini
oluşturmaktadır [11]. Özellikle yerleşim alanlarını ve ulaşım hatlarını tehdit eden aktif
heyelanlar için çözüm önerilerinin hızlı bir şekilde geliştirilmesi gerekmektedir. Güvenilir
ve ekonomik çözümler için ise heyelan mekanizması ile kayma düzlemini içeren jeolojik
malzemelerin rezidüel kayma dayanımı parametrelerinin gerçekçi şekilde belirlenmesi
gerekmektedir. Ancak, gerçekçi rezidüel kayma parametrelerinin belirlenebilmesi için
tekrarlı direkt kesme deneyleri yapılmak istendiğinde, deneyin gerek hızı gerekse tekrar
gerekliliği projelendirme sürecini istenmeyen bir şekile uzatabilmektedir. Pratik
uygulamalarda, rezidüel parametrelerin geri analiz ve literatürde verilen bağıntıların
kullanılması ile tahmini sıklıkla tercih edilen yaklaşımdır. Geri analiz yapılırken şev ile
kayma dairesinin geometrilerine ve varsa yeraltı su durumunun tanımlanmasına ihtiyaç
duyulmaktadır. Ancak, hareket anındaki yeraltı suyu durumunun tahmini önemli belirsizlik
içermektedir. Bu belirsizliğin heyelan mekanizması modeli ve rezidüel kayma dayanımı
parametrelerinin tahmini üzerindeki etkisi oldukça belirgin olabilmektedir. Literatürde
verilen ampirik ilişkilerde rezidüel kayma dayanımı parametreleri öngörülürken zeminin
plastisite indisi, likit limiti, kil oranı gibi özellikleri kullanılmaktadır [3-10,12-17]. Önemli
değişkenlik de gösteren bu ilişkiler deneysel verilere dayanmakta olup, Türkiye için yeni
bir veritabanı kurulana kadar, heyelan problemlerinde deneysel verilerin de sağlanabilmesi
için deney süreçleri pratikleştirilmelidir.
Bu amaçla, Sinop’taki bir heyelan sahasından alınan örselenmiş kil numuneleri
laboratuvarda hazırlanmıştır. Hazırlanmış numuneler üzerinde gerçekleştirilen tekrarlı
direkt kesme deneyleri ile kesme tekrar sayısının ve kesme hızının rezidüel parametrelere
ulaşma üzerindeki etkisi bir ön çalışma olarak incelenmiştir.
2. NUMUNE HAZIRLAMA
Heyelanların çözümünde kullanılacak olan rezidüel parametreler kayma düzleminden
alınan örselenmemiş numuneler üzerinde laboratuvar deneyleri yapılarak tayin edilebilir
[13]. Fakat, kayma yüzeyinden örselenmemiş numune almak zordur. Laboratuvarlarda
hazırlanmış numuneler rezidüel dayanım parametrelerinin tayini için kullanılabilmektedir.
[18,19]. Bu çalışma kapsamında, Sinop’daki bir heyelan sahasında kayma düzlemininin
içinde yer aldığı kil zeminden alınmış örselenmiş numuneler kullanılmış olup, numunelerin
kil yüzdesi %60, likit limiti LL=%64, plastik indisi PI=%43 olarak tespit edilmiştir.
Numuneler birleştirilmiş zemin sınıflandırma sistemine göre yüksek plastisiteli kil (CH)
olarak sınıflandırılmıştır.
40 nolu elekten geçen kuru daneler, su eklenerek ve mikser yardımı ile likit limit değerinde
hazırlanmış ve ASTM3080’de belirtildiği gibi deney öcesi 36 saat bekletilmiştir. Birinci
deney serisinde hazırlanmış numuneler sadece kesme kutusu içinde konsolide edilmiştir.
Ancak bu prosedürde iki önemli problemle karşılaşılmıştır. Birincisi çok yumuşak
117
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
numunenin düşük konsolidasyon basınçları altında dahi deney kutusundaki ince
aralıklardan kaçması; ikinci problem ise, her basınç seviyesi için öngörülen 24 saat
konsolidasyon süresinin oldukça aşılmasıdır. Bu sorunların çözülmesi ve konsolidasyonda
kaybedilen toplam sürenin azaltılması için bir büyük konsolidasyon kutusu imal edilmiştir.
Büyük konsolidasyon kutusunun boyutları 25cm (en) x 35cm (boy) x 20cm (yükseklik)
olup çelik kutu su haznesinin içine yerleştirilmiştir. Yük kademelerinin uygulanması,
ödometre deneyindeki gibi kaldıraç yardımıyla sağlanmıştır. Numune likit limitte
hazırlandıktan sonra kutunun içine yerleştirilmiş ve sırasıyla 10, 15, 20, 25 kPa basınç
altında konsolide edilmiştir. İkinci deney serisinde büyük konsolidasyon kutusundan elde
edilen numuneler kullanılmıştır.
3.TEKRARLI DİREKT KESME DENEYLERİ
Direkt kesme deneylerinde kesme hızının rezidüel parametrelere etkisi araştırma konusu
olmuştur. Tika vd. [20,21 ] tarafından sunulan çalışmalar kesme hızı yüksek olursa, bunun
deneyde gözlemlenen rezidüel kayma dayanımını arttırabileceği, azaltabileceği veya
belirgin şekilde etkilemeyebileceğini göstermektedir. Bu sebeple, öncelikle yeterli deney
hızına karar verebilmek için düşük kesme hızları kullanılarak ön deneyler yapılmış ve
yenilme anındaki deplasman değerleri bulunmuştur. Kesme hızı belirlenirken ASTM
D3080’de belirtilen prosedür izlenmiş ve t90 değerlerinden tf (yenilme anına kadar geçen
süre) değerlerine geçilmek suretiyle kesme hızları hesaplanmıştır. Yapılan değerlendirme
sonucunda, en düşük normal gerilme (50 kPa) altında hesaplanan hızların ortalaması göz
önüne alınarak kesme hızı 0.0007 mm/dk olarak belirlenmiştir. Bu kesme hızı literatürde
yapılan çalışmalar ile uyumludur [17,22-24]. Tekrarlı direkt kesme deneylerinde kesme
deneyi öncesi süreçler ASTM D3080 standartı ve kesme tekrarları BS 1377 (Kısım 7)
standartlarına göre yapılmış olup, deney setleri 51.1, 102.2, ve 204.4 kPa normal gerilme
(n) altında 60 mm x 60 mm kesme kutusu içinde gerçekleştirilmiştir. Deneyler tam
otomatik servo kotrollü UTESTTM
direkt kesme cihazı ile gerçekleştirilmiştir. Numuneler
direk kesme cihazına yerleştirildikten sonra numune üzerindeki normal gerilme kademeli
olarak arttırılarak numuneler kesme kutusu içerisinde konsolide edilmiştir. Son
konsolidasyon gerilmesi, kesme sırasında uygulanacak olan normal gerilmenin dört katı
olacak şekilde verilerek, aşırı konsolidasyon oranı (AKO) 4 değerine ulaştırılmıştır. Her bir
konsolidasyon aşaması birincil konsolidasyon süresi tamamlandığında sonlandırılmıştır.
Ancak bu sürenin 24 saatten az olmasına izin verilmemiştir. Son konsolidasyon
gerilmesinin uygulanmasından sonra, kesme sırasında uygulanacak olan normal gerilme
uygulanmış ve numune şişmesi tamamlanması beklenmiştir.
Çalışmada esas olarak iki set deney gerçekleştirilmiştir. Birinci deney serisinde kesme hızı
önceki benzer kil numuneleri üzerinde yapılan çalışmalar dikkate alınarak 0.024 mm/dk
olarak alınmış [25], ancak son kesmede hız 0.001 mm/dk’ya indirilmiştir. İkinci deney
serisi için kesme hızı 0.0007 mm/dk olarak alınmıştır.
Deneylerde geri çekme hızı 0.122mm/dk olarak uygulanmış olup bir sonraki kesme
öncesinde oluşabilecek boşluk suyu basıncının dağılmasına izin vermek için BS1377
(Kısım 7)’de belirtildiği gibi 12 saat beklenmiştir. Numunelerin direkt kesme kutusu içinde
konsolide edildiği birinci seri deneylerinin her biri yaklaşık 21 gün konsolidasyon, 21 gün
de kesme olmak üzere 42 gün sürerken; hazırlanmış numunenin 25 kPa normal basınca
kadar büyük kutuda konsolide edildiği ve sonra kesme kutusuna yerleştirildiği ikinci deney
serisindeki her bir deney yaklaşık 15 gün konsolidasyon, 76.5 gün de kesme olmak üzere
toplam 91.5 gün sürmüştür. Her numunede büyük konsolidasyon kutusu 6 gün deney süresi
kazandırmaktadır. Ancak, toplam deney süresinde esas belirleyicinin kesme hızı olduğu
118
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
anlaşılmıştır. Birinci ve ikinci deney serileri için sonuçlar Şekil 1-6 ve Tablo 1-2 ile
sunulmuştur. Rezidüel dayanım parametrelerine karar verilirken göreceli olarak hafif olan
pik geçildikten sonraki hafif ondülasyonlu kısımın ortalama değeri ile minimum kayma
dayanımı değerleri Tablo 1 ve 2 ile verilmiştir.
4.DAYANIM PARAMETRELERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Skempton [13] nispeten az sayıda yaptığı deneyler sonucunda rezidüel dayanıma 1-2 inç
(25-51 mm) deplasman sonrasında ulaşılabildiğini belirtmiştir. Bu nedenle, deneyler
planlanırken her deneyde 5 mm olan kesme uzunluğu, 5 kere tekrar edilerek toplamda 25
mm değerine ulaşılması öngörüldü.Ancak, ilk seri deneylerin bitiminde yapılan
değerlendirme sonucunda 0.024mm/dk ve 0.001mm/dk hız ile yapılan son iki kesme
arasındaki (pik sonrası ortalama) kayma dayanımı farkı %8.3 olmuştur. Rezidüel değerin
tayin edilemediği yönünde yapılan değerlendirme sonucunda, 0.024mm/dk hız ile üç
kesme daha yapılmaya karar verildi. 0.001mm/dk ile yapılan beşinci kesme ve
0.024mm/dk ile yapılan sekizinci kesmede elde edilen kayma dayanımların arasındaki
farkın %1.8 olması üzerine deney sonlandırıldı. İkinci seride 204.4 kPa normal gerilme
altında yapılan deneylerde son iki dayanım değeri arasındaki farkın %10.7 olması üzerine
deneyin tekrar edilmesine karar verildi. Diğer tüm deneylerde son iki tekrar kesmede elde
edilen dayanımlar arasındaki fark literatürde önerilen değerlerle [26] uyumlu olduğu için
rezidüel dayanıma ulaşıldığı kabul edildi.
Tablo 1 ve 2’de verilen pik sonrası ortalama kayma dayanımı ve pik sonrası minimum
kayma dayanımı değerleri karşılaştırıldığında, ortalama ve minimum gerilmeler için elde
edilen değerlerin birbirine çok yakın olduğu görülmektedir. Bu nedenle, pik sonrası
ortalama kayma değerleri dikkate alınarak rezidüel kayma dayanımı parametrelerinin
tahmin edilmesi yeterli görülmektedir. Skempton [13] rezidüel kohezyon değerinin çok
düşük olduğunu ve büyük olasılıkla sıfırdan çok farklı olmadığını belirtmiştir. Bu nedenle
kilin dayanımı her normal gerilme için sec (sekant kayma direnci açısı) değeri
hesaplanarak elde edilmiştir. Yukarıda belirtilen kısıtlarla birlikte rezidüel davranışa
ulaşıldığı kabulüyle, birinci deney serisinde elde edilen sec değerleri 51.1, 102.2 ve 204.4
kPa normal gerilme değerleri için sırasıyla, 15.0°, 13.2° ve 12.6° olarak hesaplanmıştır.
Deney hızının 0.0007mm/dk’ya indirildiği ikinci deney serisinde ise sec değerleri sırasıyla
12.7°, 12.7° ve 9.9° olarak hesaplanmıştır.
Farklı deney hızları ile elde edilen rezidüel sekant kayma direnci açısı değerleri Tablo 3’de
özetlenmiştir. Her iki deney serisinde de n=204.4 kPa altında elde edilen sec değerlerinin
n=51.1 ve n=102.2 kPa altında yapılan deneylerde ölçülenden sistematik şekilde düşük
olduğu görülmüştür. Bu durum, normal gerilmenin rezidüel kayma direnci açısının
tahminini etkilediğini göstermektedir. Farklı normal gerilme değerleri için deney sayısı
arttırılarak bu gözlem daha detaylı incelenmelidir. Her iki deney serisi için de son kesme
tekrarında elde edilen n – pik sonrası ortalama kayma dayanımı () ilişkisi Şekil 7’de
gösterilmektedir. Bu deney sonuçları kullanılarak ve en düşük kareler prensibi ile Mohr-
Coulomb yenilme kriterine göre rezidüel kayma dayanımı parametreleri birinci ve ikinci
deney serisi için sırasıyla cres=2.8kPa, res =11.8° ile, cres=5.3kPa, res =8.6° olarak
hesaplanmıştır.
119
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Şekil 1. Birinci Seri Deneyler, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=51.1kPa)
Şekil 2. Birinci Seri Deneyler, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=102.2kPa)
Şekil 3. Birinci Seri Deneyler, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=204.4kPa)
120
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Şekil 4. İkinci Seri Deneyler, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=51.1kPa)
Şekil 5. İkinci Seri Deneyler, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=102.2 kPa)
Şekil 6. İkinci Seri Tekrar Deneyi, Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Grafiği (n=204.4
kPa)
121
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Tablo 1. Direkt Kesme Kutusu İçinde Hazırlanan Numuneler Üzerinde Yapilan Birinci
Deney Serisi Için Pik Ve Rezidüel Kayma Dayanımı Değerleri
Deney Deney
adı n (kPa)
Pik
Dayanım
(kPa)
Pik
Sonrası
Dayanım-
Ortalama
(kPa)
Ort.
göre sec (°)
Pik
Sonrası
Dayanım-
Minimum
(kPa)
Min.
göre sec (°)
Kesme
Hızı
(mm/min)
Birinci (pik)
Kesme T1-11
51.10
37.8
0.024
İkinci Kesme T1-12
19.5 20.9 18.6 20.0 0.024
Üçüncü
Kesme T1-13
15.8 17.2 15.8 17.2 0.024
Dördüncü Kesme
T1-14
15.1 16.4 15.0 16.4 0.024
Beşinci
Kesme T1-15
13.9 15.2 12.9 14.2 0.001
Altıncı Kesme
T1-16 16.2 17.6 15.9 17.3 0.024
Yedinci
Kesme T1-17 15.3 16.6 15.2 16.6 0.024
Sekizinci Kesme
T1-18 13.7 15.0 13.6 14.9 0.024
Birinci (pik)
Kesme T1-21
102.20
71.8
0.024
İkinci Kesme T1-22
33.7 18.3 33.2 18.0 0.024
Üçüncü
Kesme T1-23
28.4 15.5 28.2 15.4 0.024
Dördüncü
Kesme T1-24
24.8 13.7 24.6 13.5 0.024
Beşinci
Kesme T1-25
23.9 13.2 23.2 12.8 0.001
Birinci (pik)
Kesme T1-31
204.40
129.0
0.024
İkinci Kesme T1-32
63.8 17.3 60.4 16.5 0.024
Üçüncü
Kesme T1-33
54.5 14.9 51.3 14.1 0.024
Dördüncü Kesme
T1-34
47.9 13.2 45.3 12.5 0.024
Beşinci
Kesme T1-35
45.6 12.6 43.7 12.1 0.001
Literatürde sıfır efektif normal gerilme altında kayma dayanımı değerinin sıfır olduğu (bir
başka deyişle kohezyonun sıfır olduğu), özellikle kil yüzdesinin %50’den fazla olduğu
killerde, düşük gerilmeler altında rezidüel kayma dayanımı ile normal efektif gerilme
arasındaki bağıntının doğrusal olmadığı belirtilmektedir [1,2,6,25,27]. Deney sonuçlarında
az da olsa kohezyon çıkma durumunun rezidüel kayma dayanım zarfının doğrusal
olmamasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Birinci ve ikinci deney serileri sonucunda
elde edilen bu rezidüel kayma dayanımı parametreleri incelendiğinde deney hızının
parametreler üzerine etkisi görülmektedir. Bu etki, birinci deney serisinde n=51.1 kPa
normal gerilme altında 0.001mm/dk hızla yapılan kesme sırasındaki dayanımın (13.9 kPa),
hızın 0.024mm/dk seviyesine çıkartılarak yapılan bir sonraki kesmede artması (16.2 kPa)
ve iki kesme tekrarından sonra aynı seviyelere gelmesi ile de anlaşılmıştır.
Zeminin rezidüel kayma direnci açısı, likit limit, plastisite indeksi ve kil yüzdesi gibi
parametrelere bağlı olarak literatürde verilen korelasyonlar yardımıyla tahmin
edilebilmektedir. Araştırmada kullanılan kil numunesinin plastisite indeksi (PI=%43) için
beklenen rezidüel kayma direnci açısı Olsen vd. ’ne [28] göre 8°, Lambe [15] tarafından
önerilen bağıntıya göre n=100 kPa için 10.5°; Filz vd.’ne [16] göre ise 11.5°-14°
aralığında tahmin edilebilmektedir. Numunenin likit limit değeri (LL=%64) kullanılarak
rezidüel kayma direnci açısı Stark ve Eid’e [12] göre n=100 kPa için 14.8°, Mesri ve
122
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Cape-Diaz’a [17] göre 14.6°, İyisan vd.’ne [5,9] göre 14.2°, 15.4° (tekrarlı direkt kesme
deneyi) ve 10.4° (halka kesme deneyi), Bayın’a [10] göre 18°, Hatipoğlu’na [3] göre 13.5°
(tekrarlı direkt kesme deneyi) ve 10.7° (halka kesme deneyi), Ataç’a [7] göre 11.5°,
Ürkmez’e [8] göre ise 13.2° olarak öngörülmektedir. Numune içindeki kil yüzdesi
(CF=%60) verisi kullanıldığında ise Skempton [13] ilişkisine göre 8.4° ile 18.6° arasında,
ancak Skempton vd.’ne [14] göre ise 11° olarak hesaplanabilmektedir. Sonuç olarak, kilin
fiziksel özellikleri ve literatürde verilen korelasyonlar kullanılarak rezidüel kayma direnci
açısı 8° ile 18.6° gibi geniş bir aralıkta tahmin edilmektedir.
Limit denge metodu ve farklı yöntemler kullanılarak iki kritik kesit için yapılan geri
analizlerin sonucunda rezidüel kayma direnci açısının 11.6° ile 12.7° arasında
değişebileceği hesaplanmıştır. Analizler ikinci yazarın tez çalışmasında sunulmuştur [29].
Bu değerler, kesme hızının 0.0007mm/dk seviyesinde indirildiği ikinci deney serisinin
sonucunda ulaşılan sec değerleri ile oldukça tutarlıdır. Ancak, kesme hızının 0.024mm/dk
olduğu deney setlerinde bu değerlere düşülememiş, buna karşın kesme hızının 0.001mm/dk
seviyesine indirildiği kesme tekrarlarında sec =12.7° üst sınırına oldukça yakın değerler
gözlemlenebilmiştir. Bu sonuçlar, rezidüel mukavemetin gözlemlenebilmesi için yeterince
düşük kesme hızının gerekli olduğuna işaret etmektedir. İki deney serisi sonuçları
karşılaştırıldığında sec arasında yaklaşık 2.5° fark bulunduğu görülmüştür. Mevcut deney
sonuçları kısmen desteklese de, hızlı kesme tekrarlarının ardından yavaş kesme yapılarak
rezidüel kayma direnci açısının makul bir hata ile tahmini mümkün olabileceği
öngörülmektedir. Bu tip bir uygulama ile deney sürelerinde önemli bir kısalma mümkün
olacaktır. Daha detaylı değerlendirme için deneysel çalışmalar sürmektedir.
5.SONUÇLAR
İki farklı hızda yapılan deneyler sonucunda deney hızının rezidüel kayma dayanımı
parametrelerine etkisi görülmüştür. Literatürdeki farklı araştırmacılar tarafından önerilen
bağıntılar ile hesaplanan rezidüel kayma direnci açısı değerleri ise daha geniş bir aralığa
işaret etmektedir. Bu nedenle, deney sayısı arttırılarak ve ilk deneylerin hızlı son tekrar
kesmenin yavaş yapılması durumu ve bunun parametreler üzerindeki etkisi ilave deneyler
ile incelenmesi durumunda tekrarlı direkt kesme deneyleri için gerekli olan sürecin
kısaltılabileceği düşünülmektedir.
Şekil 7. Rezidüel Kayma Dayanımı ve Göçme Zarfı
123
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Tablo 2. Büyük konsolidasyon kutusundan elde edilen numuneler üzerinde yapılan ikinci
deney serisi için pik ve rezidüel kayma dayanımı değerleri
Deney Deney
adı
Normal
Gerilme
(kPa)
Pik
Dayanım
(kPa)
Pik
Sonrası
Dayanım-
Ortalama
(kPa)
Ort.
göre sec
(°)
Pik
Sonrası
Dayanım-
Minimum
(kPa)
Min.
göre sec (°)
Kesme
Hızı
(mm/min)
Birinci (pik)
Kesme T2-11
51.10
27.4 0.0007
İkinci Kesme T2-12 19.5 20.9 17.4 18.8 0.0007
Üçüncü
Kesme T2-13 17.4 18.8 16.6 18.0 0.0007
Dördüncü
Kesme T2-14 15.2 16.5 14.6 16.0 0.0007
Beşinci
Kesme T2-15 14.4 15.7 14.0 15.3 0.0007
Altıncı
Kesme T2-16 12.2 13.4 11.9 13.1 0.0007
Yedinci
Kesme T2-17 12.8 14.0 12.6 13.8 0.0007
Sekizinci
Kesme T2-18 11.8 13.0 10.2 11.3 0.0007
Dokuzuncu
Kesme T2-19 11.5 12.7 9.9 11.0 0.0007
Birinci (pik)
Kesme T2-21
102.2
57.0 0.0007
İkinci Kesme T2-22 41.6 22.1 38.9 20.8 0.0007
Üçüncü Kesme
T2-23 37.3 20.1 35.8 19.3 0.0007
Dördüncü
Kesme T2-24 32.1 17.4 31.5 17.1 0.0007
Beşinci Kesme
T2-25 28.9 15.8 28.0 15.3 0.0007
Altıncı
Kesme T2-26 26.9 14.7 26.4 14.5 0.0007
Yedinci Kesme
T2-27 24.2 13.3 24.1 13.3 0.0007
Sekizinci
Kesme T2-28 23.1 12.7 22.9 12.6 0.0007
Dokuzuncu Kesme
T2-29 23.1 12.7 23.1 12.7 0.0007
Birinci (pik)
Kesme T2-31
204.4
95.4 0.0007
İkinci Kesme T2-32 62.9 17.1 62.1 16.9 0.0007
Üçüncü
Kesme T2-33 55.6 15.2 55.1 15.1 0.0007
Dördüncü
Kesme T2-34 47.0 13.0 46.9 12.9 0.0007
Beşinci Kesme
T2-35 42.5 11.7 42.2 11.7 0.0007
Birinci (pik)
Kesme T22-31
204.4
96.0 0.0007
İkinci Kesme T22-32 68.1 18.4 67.9 18.4 0.0007
Üçüncü Kesme
T22-33 56.2 15.4 55.8 15.3 0.0007
Dördüncü
Kesme T22-34 49.6 13.6 47.9 13.2 0.0007
Beşinci Kesme
T22-35 42.9 11.8 42.8 11.8 0.0007
Altıncı
Kesme T22-36 38.8 10.8 38.7 10.7 0.0007
Yedinci Kesme
T22-37 39.2 10.9 36.9 10.2 0.0007
Sekizinci
Kesme T22-38 37.1 10.3 36.0 10.0 0.0007
Dokuzuncu Kesme
T22-39 35.6 9.9 35.5 9.8 0.0007
124
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Tablo 3. Farklı deney hızları ile elde edilen rezidüel sekant kayma direnci açısı değerleri
Deney Serisi No Normal Gerilme
(kPa)
Rezidüel sekant kayma
direnci açısı
r,sec (°)
Kesme Hızı (mm/dk)
Birinci 51.1
15.0 0.024 ve 0.001
İkinci 12.7 0.0007
Birinci 102.2
13.2 0.024 ve 0.001
İkinci 12.7 0.0007
Birinci 204.4
12.6 0.024 ve 0.001
İkinci 9.9 0.0007
6. TEŞEKKÜR
Karayolları Genel Müdürlüğü Araştırma ve Geliştirme Dairesi Başkanlığı, Zemin
Mekaniği ve Tüneller Şubesi Müdürü Sina Kiziroğlu’na, Müdürlük Şef, Mühendis ve
Teknisyenlerine, Karayolları 7. Bölge Müdürlüğü Bölge Müdür Yardımcısı İsmail Aşık ve
Bölge Araştırma Dairesi Şef, Mühendis ve Teknisyenlerine, Yüksel Proje Geoteknik
Müdürü Özgür Kuruoğlu’na vaka üzerindeki destekleri için teşekkür ederiz. UTEST
(Ankara) firması ve çalışanlarına deney aletinde yaşadığımız sorunların çözümü için
sağladıkları yardım ve işbirliği için teşekkür ederiz.
KAYNAKLAR
[1] Skempton, A. W. (1985), “Residual Strength of Clays in Landslides, Folded Strata and
The Laboratory.” Geotechnique, 35(1), 3–18.
[2] Bishop, A.W., Green, G. E., Garga, V.K., Andresen, A., Brown, J.D. 1971. "A New
Ring Shear Apparatus And Its Application To The Measurement of Residual
Strength", Geotechnique 21, No. 4, pp 273-328.
[3] Hatipoğlu, M. (2012). “Kalıcı Kayma Mukavemetinin Laboratuvar Deneyleri ile
Belirlenmesi”, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği
Bölümü, İstanbul, Türkiye.
[4] Yılmaz, E., 2006. "Zeminlerin Endeks Özelliklerinin Kalıcı Kayma Mukavemetine
Etkisi", Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği
Bölümü, İstanbul, Türkiye.
[5] İyisan, R., Çevikbilen, G., Koltuk, S., Yılmaz, E. (2006). “Sıkıştırılmış Zeminlerde
Kalıcı Kayma Mukavemetinin Belirlenmesi”, Zemin Mekaniği ve Temel
Mühendisliği Onbirinci Ulusal Kongresi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon,
Türkiye, Eylül 7-8.
[6] Koltuk, S. (2005), “Zeminlerin Kalıcı Kayma Mukavemetinin Halka Kesme Deneyi ile
Belirlenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat
Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye.
[7] Ataç, A.E. (2009). “Plastisitenin Kalıcı Kayma Mukavemetine Etkisi”, Yüksek Lisans
Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye.
[8] Ürkmez, A.R., 2009. "Kalıcı Kayma Mukavemetinin Tekrarlı Kesme Kutusu Deney
Yöntemi ile Belirlenmesi", Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi,
İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye.
[9]_İyisan, R., Çevikbilen. G., Hatipoglu M., Ürkmez A.R., Ataç A.E. (2009). “Yüksek
Plastisiteli Killerin Kalıcı Kayma Direnci” 3. Geoteknik Sempozyumu, Çukurova
Üniversitesi, Adana
125
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
[10] Bayın, A. (2011). “Plastisitenin Kalıcı Kayma Mukavemetine Etkisi”, Yüksek Lisans
Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye.
[11] Gökçe, O., Özden, Ş., & Demir, A. (2008), “Türkiye'de Afetlerin Mekansal ve
İstatistiksel Dağılımı Afet Bilgileri Envanteri”. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı
Afet İşleri Genel Müdürlüğü. Ankara.
[12] Stark, T. D., & Eid, H. T. (1994), "Drained Residual Strength of Cohesive Soils".
.Journal of Geotechnical Engineering, 120(5), 856-871.
[13] Skempton, A. W. (1964), "Long-term Stability of Slopes”. Geotechnique, 14(2), 75-
.102
[14] Skempton, A. W., Leadbeater, A. D., & Chandler, R. J. (1989), "The Mam Tor
Landslide, North Derbyshire”. Philosophical Transactions of the Royal Society of
London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 329(1607), 503-
.547
[15] Saleh, A. A., & Wright, S. G. (1997), "Shear Strength Correlations and Remedial
Measure Guidelines for Long-Term Stability of Slopes Constructed of Highly
Plastic Clay Soils" (No. FHWA/TX-98/1435-2F).
[16] Abramson, L. W., Lee T.S., Sharma, S., Boyce G.M, (2002), "Slope Stability and
Stabilization Methods". John Wiley & Sons, Second Edition, San Francisco.
[17] Mesri, G., & Cepeda-Diaz, A. F. (1986), "Residual Shear Strength of Clays and
Shales". Geotechnique, 36(2), 269-274.
[18] La Gatta, D.P. (1970), “Residual Strength of Clays and Clay-Shales by Rotation Shear
Tests.” Harvard Soil Mechanics Series No. 86. Harvard University, Cambridge.
[19] Huvaj-Sarihan, N. (2009), “Movement of Reactivated Landslides.” Ph.D. Thesis,
University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL.
[20] Tika, T. E., Vaughan, P. R., & Lemos, L. J. L. J. (1996), "Fast Shearing of Pre-
existing Shear Zones in Soil". Geotechnique, 46(2), 197-233.
[21] Tika, T. E., & Hutchinson, J. N. (1999), "Ring Shear Tests on Soil from the Vaiont
Landslide Slip Surface". Geotechnique, 49(1), 59-74.
[22] Stark, T. D., & Hussain, M. (2010), "Drained Residual Strength for Landslides".
GeoFlorida 2010, 3217-3226.
[23] Mesri, G., & Huvaj-Sarihan, N. (2012), "Residual Shear Strength Measured by
Laboratory Tests and Mobilized in Landslides". Journal of Geotechnical and
Geoenvironmental Engineering, 138(5), 585-593.
[24] Lambe, T. W. (1951), Soil Testing for Engineers. Soil Science, 72(5), 406.
[25] Maghsoudloo, A. (2013), “Nonlinearity of the Residual Shear Strength Envelope in
Stiff Clays”, MSc Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey.
[26] Anayi, J. T., Boyce, J. R., and Rogers, C. D. (1988), “Comparison of Alternative
Methods of Measuring the Residual Strength of a Clay”, Transportation Research
Record, 1192, 16-26.
[27] Mesri ,G. & Shahien, M., A. (2003), “Residual Shear Strength Mobilized in First-
Time Slope Failures”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental
Engineering, 129(1), 12-31.
[28] Bowles, J. E. (1988), “Foundation Analysis and Design”. McGraw-Hill Book
Company, New York.
[29] Mekael, A. (2017), “Türkiye’nin Kuzeyindeki Orduköy Heyelanından Alınan
Yoğrulmuş Kil Numuneleri Üzerinde Reziduel Kayma Dayanımı İncelemesi”,
Yüksek Lisans Tezi, Atılım Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara,
Türkiye.
126
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul