Kumlu zeminlerin sıvılaşma enerjisinin laboratuvarda belirlenmesinde numune boyutunun etkisinin araştırılması

Abstract

Kohezyonsuz zeminlerin sıvılaşma potansiyeli çoğunlukla SPT veya CPT gibi arazi yöntemlerini kullanan gerilme yaklaşımları ile belirlenmektedir. Gerilme yaklaşımı ve arazi yöntemleri ile ilgili belirsizlikler uzun zamandır tartışılmaktadır. Kumların sıvılaşma potansiyelinin laboratuvarda belirlenmesinde çoğunlukla dinamik üç eksenli deney yöntemi kullanılmaktadır. Ancak bu yöntem, gerçek arazi koşullarını tam olarak temsil etmediği için araştırmacılar tarafından fazla kabul görmemiştir. Dinamik yükleme koşulları için kullanılan diğer laboratuvar yöntemleri; içi boş silindirik burulmalı makaslama, rezonans kolonu, bender elemanları ve tekrarlı basit makaslama deneyleridir. Günümüzde, enerji kavramı, laboratuvarda kum zeminlerin sıvılaşma potansiyelini belirlemede alternatif bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Bu araştırmanın amacı kumlu zeminlerin sıvılaşma enerjisinin tekrarlı basit makaslama deney düzeneği kullanarak belirlenmesinde, örnek boyut etkisinin incelenmesidir. Çalışmada, üniform, temiz deniz kumu kullanılmıştır. Test edilecek örneklerin içerisine yerleştirildiği hücre çapları 50, 100 ve 150 mm olup, her bir farklı hücre de kendi içerisinde, boy/çap (H/D) oranları 1, 0,5 ve 0,25 olan 3 farklı yükseklikte deney örneği hazırlama hücresine sahiptir. Bu şekilde, kum örneği için 9 ayrı boyut denenmiştir. Her bir farklı ebata sahip deney örneği beş ayrı rölatif sıkılık (Dr)’ta (Dr: %40, %50, %60 ve %70) hazırlanmıştır. Ayrıca, her bir deney örneğine 100 kPa düşey gerilme ve 50 kPa boşluk suyu basıncı altında, tek yönlü dinamik yükleme uygulanmıştır. Çalışmada kullanılan yöntem, tekrarlı basit makaslama deneyidir. Harmonik yükleme işlemleri 0,1 Hz frekansta gerçekleştirilmiştir. Her bir deney 3 kez tekrarlanmış, eşdeğer veya birbirine yakın sonuçlar anlamlı olarak kabul edilmiştir. 3 Deneyin ortalaması, nihai değer olarak kabul edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, 100 mm çap için 100 mm yükseklik ve 150 mm çap için 75 mm yüksekliğindeki örnek boyutlarında; aşırı boşluk suyu basıncının artışına bağlı olarak efektif gerilmenin sıfıra ulaştığı sonuçlar, tutarlı olarak kabul edilmiştir. Araştırma sonucunda elde edilecek yeni veriler, daha ileri düzey deneylerin yapılması için önemli bir referans olacaktır.

Liquefaction potential of cohesionless soils has been evaluated almost unexceptionally using the field techniques such as SPT and CPT along with the stress approach. The uncertainties related to the stress approach and the in situ tests itself have long been discussed. The laboratory techniques to evaluate the liquefaction potential of sands employ mostly the dynamic triaxial test. This technique has not welcomed by the researchers because it does not represent the actual soil conditions. There are some other laboratory techniques used for dynamic loading such as hollow cylindrical torsional shear, resonant column, bender element and cyclic simple shear tests. Today, liquefaction energy approach is used as an alternative method for the evaluation of liquefaction potential of granular soils under laboratory conditions. The aim of this research is to investigate the sample size effect on the liquefaction energy using a cyclic triaxial simple shear device. The material used for the investigation is a uniform, clean marine sand. The diameters of tested sample sizes are (D) of 50 mm, 100 mm and 150 mm. The sample heights are arranged such that the height to diameter (H/D) ratios are 1,0, 0,5 and 0,25. Thus, a total of 9 sizes is tried for the soil sample. Furthermore, uniaxial cyclic loading was applied at test samples having different height and diameter. Experimental samples were prepared in five different relative densities (Dr) (Dr: 40%, 50%, 60% and 70%). In addition, one-direction (1-D) dynamic loading was applied to each test sample under a vertical stress of 100 kPa and a pore pressure of 50 kPa. The method used in the study is a cyclic simple shear test. Harmonic loading was carried out at a frequency of 0.1 Hz. Each experiment was repeated 3 times, with equivalent or similar results considered significant. The average of 3 experiments was accepted as the final value. The results of which the effective stress reached zero due to the increase of excess pore pressure were considered to be consistent for the optimal test sample sizes of 100 mm height with 100 mm diameter, and 75 mm height with 150 mm diameter. The new data obtained as a result of the investigation will be an important reference for further research.