Normal konsolide killerde gerilme boşalmasının geoteknik parametrelere etkileri

Abstract

ÖZET Bu çalışmada araziden numune alınması sırasında kaçınılmaz bir etki olarak meydana gelen gerilme örselenmesi, yani gerilme boşalmasının normal konsolide killerin mühendislik davranışları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Çalışma İstanbul yeşil kili ve Kaolen gibi plastisite, likit limit ve geçirgenlik özellikleri birbirinden çok farklı iki numune üzerinde yapılmıştır. Zemin numunelerinde özelliklerin daha kolay kontrol edilebilmesi için laboratuvarda, konsolidometrede normal konsolide olarak hazırlanmış homojen, gerilme tarihçesi belirli blok numuneler kullanılmıştır. Bu blok numuneden üç eksenli basınç deneyi için numune hazırlanarak üç seri deney yapılmıştır. I. seri deneylerle arazideki zemin davranışı örneklenmiştir. Bunun için numune Ko koşullarında konsolide edildikten sonra drenajsız şartlarda yüklenmiş ve bu numunelere 'arazi numunesi`adı verilmiştir. Gerilme boşalmasının ve numune bekletme süresinin geoteknik parametrelere etkisinin araştırıldığı II. seri deneylerde lgün, 7gün ve 28gün bekletilmiş numuneler arazi düşey efektif gerilmesi drenajsız şartlarda hidrostatik olarak etkirken yine drenajsız koşullarda eksenel basınç arttırılarak yüklenmiş ve bu numunelere 'laboratuvar numunesi` adı verilmiştir. Numunenin konsolidometreden çıkarılması ile deney yapma zamanı arasında geçen süre 'numune bekletme süresi` olarak tariflenmiştir. III. seri deneylerde ise gerilme boşalmasına maruz kalmış laboratuvar numunelerinde, laboratuvar deneyleri ile arazideki zemin davranışını örnekleyebilmek için tekrar konsolide etmenin etkisi araştırılmış ve laboratuvar numuneleri izotropik oktahedral gerilmede konsolide edilip drenajsız şartlarda göçmeye ulaşılmıştır. Bu numunelere 'tekrar konsolide edilmiş laboratuvar numuneleri` adı verilmiştir. Arazi numunelerinin ve laboratuvar numunelerinin davranışları karşılaştırılarak, gerilme boşalmasının geoteknik parametrelere olan etkileri belirlenmiştir. Laboratuvar numunelerinde bekletme süresi arttıkça kalıcı boşluk suyu basıncı UR'de, drenajsız kayma mukavemetinde, elastisite modülünde ve boşluk suyu basıncı parametresi Af' de oldukça büyük kayıplar meydana gelmiştir. Böylece arazi zemin davranışının laboratuvarda konsolidasyonsuz drenajsız üç eksenli deney ile örneklenemediği bu çalışmada da görülmüştür. Belirli numune bekletme sürelerinde tekrar konsolide edilen laboratuvar numuneleri ile arazi numunelerinin davranışı karşılaştırıldığında, gerilme birim deformasyon, boşluk suyu basıncı değişimi ve elastisite modüllerinin çok farklı olduğu ancak drenajsız kayma mukavemeti ve efektif gerilmelere göre belirlenen (J>' değerlerinin birbirine yakın değerlerde olduğu belirlenmiştir. Böylece normal konsolide killi zeminlerde, gerilme örselenmesinin etkisini gidermek için numunelerin tekrar konsolide edilmesinin, efektif gerilmeler cinsinden içsel sürtünme açısını ve drenajsız kayma mukavemetini çok fazla etkilemediği görülmüştür. XI

SUMMARY This study investigates the effect of stress disturbance, in other words the stress relief on the engineering behavior of normally consolidated clays that occurs inevitably during sampling in the field. The study is conducted on Istanbul `green` clay and on Kaolinite, which vary greatly from one another in plasticity, liquid limit and permeability characteristics. In the laboratory normally consolidated, homogeneous block samples of known stress history are prepared in the consolidometer in order to obtain a better control of the properties of soil samples. Three series of triaxial tests are conducted on samples from these block samples. The soil behavior in the field is modeled in the first series of tests. The Ko consolidated samples are loaded under undrained conditions for this purpose and these samples are named as `field samples`. In the second series of tests the effect of stress relief and sample age on geotechnical properties is investigated. Therefore, 1, 7 and 28 day samples that are hydrostatically under field vertical effective pressure without drainage, are loaded again under undrained conditions by increasing the axial pressure. Such samples are called `laboratory samples`. The time difference in between the time the sample was taken out of the consolidometer and the tests were conducted is defined as the `sample age`. In the third series of tests the effect of reconsolidation on laboratory samples is investigated to simulate the laboratory tests and soil behavior in-situ. Laboratory samples are consolidated under isotropic octahedral stress at undrained conditions until the failure is reached. These samples are referred to as `reconsolidated laboratory samples`. The behavior of field and laboratory samples are compared to determine the effect of stress relief on geotechnical parameters. With laboratory samples significant losses in residual pore pressure ur, undrained shear strength, modulus of elasticity, and pore pressure parameter Af are encountered with increasing sample age. It is concluded as in previous studies, that the in-situ soil behavior can not be modeled by laboratory unconsolidated undrained triaxial tests. It is determined that the stress - strain, pore - water pressure changes and the modulus of elasticity varied greatly comparing the behavior of reconsolidated laboratory samples at a certain sample age and the field samples. Nevertheless, the <j)' values obtained by undrained shear strength and the effective stresses are found to be at a close range. Finally, it is concluded that the reconsolidation method in order to prevent the stress disturbance is not effective for the determination of the internal friction angle and the undrained shear strength at effective stresses. xn