Kırmataş agregaların dane boyutu dağılımı ve şekilsel özelliklerinin görüntü analizi kullanılarak belirlenmesi

Abstract

Geoteknik mühendisliğinin çözüm getirmesi gereken başlıca problemleri, dış yükler etkisinde temel zemininin ve varsa dolgu zeminin, geçirimliliğinin ve deformasyonlarının belirli sınırlar dahilinde tutulması olarak özetlenebilir. Bu noktada doğal zeminin ve dolgu malzemesinin karakteristikleri zemin davranışını belirlemektedir. Diğer mühendislik dallarından farklı olarak geoteknik mühendisliğinde öncelikle ele alınan lokasyondaki zemin özelliklerinin yerinde ve laboratuvar ortamında belirlenmesi gerekir. Böylelikle heterojen yapıya sahip zeminin türü ve karakteristikleri belirlenebilir. Bu noktada zeminsınıfının bilinmesi önemlidir. Yaygın olarak kullanılan zemin sınıflandırma sistemlerinden birleştirilmiş zemin sınıflandırma sistemi ve AASHTO sınıflandırma sistemi zemin türünün saptanmasında temel olarak dane boyutu dağılımı ve plastik özelliğini kullanmaktadır. Dane boyutu dağılımından zeminin iri veya ince daneli olduğu anlaşılmaktadır. Yine dane boyutu dağılımdan iri daneli zeminin kum veya çakıl boyutunda olduğu tespit edilebilmektedir. Ancak gronüler zeminlerin dayanıma esas özelliklerinin sadece dane boyutu dağılımı ile ifade edilemesi sakıncalıdır. Dane boytu dağılımı kadar danelerin şekil karakteristiklerinin de dayanıma etkisi vardır.Örneğin köşeli ve ince danelerin, yuvarlak danelere göre yük altında daha fazla parçalanması muhtemeldir. Gronüler zeminlerin dane boyutu ve şekil karakteristiklerinin bu denli önemli olması geçmişte şekil karakteristiklerinin çok zahmetli biçimde el ile yapılan ölçümlerle bulunmasını gerekli kılmıştır. Ancak günümüzde teknolojideki gelişmelere paralel olarak karmaşık şekillere sahip çok sayıda zemin danesinin boyut dağılımı ve şekil karakteristikleri görüntü işleme teknikleri ile bulunabilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında kırmataş agregaların dane boyutu dağılımı ve şekil karakteristikleri görüntü işleme teknikleri ile elde edilmiştir.Bu tez çalışması kapsamında Zonguldak ili sınırları içinde bulunan taş ocaklarından alınan 4.00-12.00 ve 12.00-22.00 mm dane çapı aralığındaki kırmataş numuneler standart kare delikli elekler kullanılarak alt gruplara ayrılmıştır. Bu kırmataş agrega grupları kullanılarak üç farklı gradasyon eğrisi oluşturulmuş ve bu gradasyon eğrilerine sahip numunelerin laboratuvar ortamında foroğrafları çekilmiştir. Bu tez çalışması kapsamında numunelerin fotoğrafları çekilirken gölge oluşumunu azaltacak bir aydınlatma sistemi geliştirilmiştir. Elde edilen bu görüntüler, Image J adlı açık kaynak kodlu yazılımda dijital olarak analiz edilmiştir. Görüntü analizlerinden kırmataş agrega boyutları elde edilmiş ve yine görüntü analizleri ile geometrik hesaplamaların bir arada kullanıldığı Matlab programında kırmataş agregaların yuvarlaklık ve küresellik gibi şekil karakteristikleri elde edilmiştir. Sonuç olarak mekanik eleme yöntemi ile hazırlanmış olan gradasyonlardaki numunelerin görüntü analizleri sonucu alan bazlı gradasyon eğrileri ile mekanik eleme yöntemiyle oluşturulan gradasyon eğrileri karşılaştırılmıştır.

The main problems geotechnical engineering has to solve are can be summarized as keeping permeability and deformations within certain limits. At this point, the characteristics of the natural ground and the filling material determine the soil behavior. Unlike other engineering branches, geotechnical engineering should primarily determine the ground properties. In this way, the type and characteristics of the ground with heterogeneous structure can be determined. It is important to know the classification of soil. Commonly used soil classification systems are unified soil classification system and the AASHTO classification system. Which use grain size distribution and plastic properties as the basis for determining soil type. The grain size distribution indicates that the soil is coarse or fine. Again, it can be determined from the grain size distribution if it is sand or gravel. However, it is disadvantageous that the essential properties of the granular soil are expressed only by the grain size distribution. The shape characteristics of the aggregates as well as the grain size distribution have an effect on strength. For example, under external loads, angular and elongated aggregates are more likely to crash than rounded aggregates. The grain size and shape characteristics of the granular soils are so important that in the past the shape characteristics have to be found in very laborious manual measurements. However, in parallel with the developments in technology, size distribution and shape characteristics of large number of aggregates with complicated shapes can be found by image processing techniques. In this thesis, grain size distribution and shape characteristics of crushed aggregates were obtained by image processing techniques.Within the scope of this thesis, crushed stone samples of 4.00-12.00 and 12.00-22.00 mm diameter from the quarries located in the Zonguldak province borders were divided into subgroups using standard sieves. Three different grading curves were formed by using these groups of crushed stone aggregates and photos of these samples were taken in the laboratory. In this thesis study, a lighting system has been developed to reduce shadow formation when photographs of samples are taken. These images were digitally analyzed in open source software called Image J. Aggregate dimensions were obtained from the image analyzes and shape characteristics such as roundness and sphericity of the crushed aggregates were obtained in the Matlab program where image analysis and geometric calculations are used together. As a result, the grading curves of mechanical sieving and image processing were compared.