Kayma Mukavemeti | 10

Kayma Mukavemeti

Zemin mekaniğinde bilinmesi gereken en önemli konulardan biri de kayma gerilmeleridir. Şev stabilite analizlerinde, heyelan incelemelerinde, derin kazılarda ve iksa yapılarında bolca duyduğumuz kayma gerilmesi ve kayma mukavemeti ne demek, bu yazı içeriğimde buna açıklık getirelim.

Daha önceki yazı içeriklerimde ele aldığım gibi zeminler gerek kendi ağırlıkları altında, gerekse dış yükler altında gerilmeye maruz kalırlar. Meydana gelen bu gerilmeler yükün kesit alanına dik yönde etkimesi durumunda normal gerilme, yükün kesit alanına paralel yönde etkimesi durumunda kayma gerilmesi adını almaktadır. (Zeminlerde oluşan gerilmelere ait daha detaylı bilgi için normal gerilme ve kayma gerilmesi yazı içeriklerimi okuyabilirsiniz.)

Zeminlerde meydana gelen bu gerilmeler beraberinde şekil değiştirmeleri de meydana getirmektedir. Meydana gelen şekil değiştirmelerin izin verilebilir sınırları aşması durumunda zeminde göçme meydana gelmektedir. Newton’un 3. yasası gereği bir maddeye etki eden kuvvete karşı direnen bir kuvvet bulunmaktadır. Zemin mekaniğinde direnen bu kuvvet zeminlerin sahip oldukları kayma mukavemetidir.

Zeminlerin kayma mukavemeti, zeminde göçme meydana gelmeden, zeminin gelen yük altında gösterdiği direnç olarak tanımlanabilmektedir. Zeminlerde göçmeyi belirlemek için normal gerilme ve kayma gerilmelerini dikkate alan birden fazla hipotez geliştirilmiştir. Geliştirilen bu hipotezlerden en bilineni ve günümüzde de yaygın olarak kullanılanı Mohr-Coulomb göçme hipotezidir (Özaydın, 2016).

Mohr-Coulomb gerilme dairesini (Şekil 1) tekrar hatırlayacak olursak; gerilme dairesi denge durumundaki herhangi bir noktaya etkiyen gerilmeleri ifade etmekte ve bu noktaya etkiyen büyük asal gerilme (?1) ve küçük asal gerilme (?3) değerleri ile elde edilmektedir. Büyük ve küçük asal gerilmelerin oluştukları düzlemde zeminde kayma gerilmeleri oluşmamaktadır.

Şekil 1. Mohr-Coulomb gerilme dairesi (Özaydın, 2016)

Zeminin kayma mukavemeti, Mohr-Coulomb göçme zarfı ile bulunabilmektedir. Şekil 2 de verilen göçme zarfını incelediğimizde zarfın eğimi zeminin kayma mukavemeti açısını (içsel sürtünme açısı), eğrinin y eksenini kestiği nokta ise zeminin kohezyon değerini vermektedir. Bu bilgiler altında zeminin kayma gerilmesi Şekil 3 de verilen eşitlik yardımı ile hesaplanmaktadır.

kayma mukavemeti kırılma zarfı
Şekil 2. Mohr-Coulomb göçme kriteri ve kırılma zarfı
Şekil 3. Kayma gerilmesi eşitliği

Eşitlikte verilen kohezyon (c) ve kayma mukavemeti açısı zeminin kayma mukavemeti parametreleridir.

Zeminlerin kayma mukavemeti parametre değerlerini belirlemek için zemin türüne bağlı olarak serbest basınç, kesme kutusu, üç eksenli basınç deneyleri yapılmaktadır. Serbest basınç deneyi kendini tutabilen kohezyonlu zeminlerde uygulanmaktadır. Deney sonucunda zemine ait drenajsız kayma mukavemeti (cu) değerini vermektedir. Kesme kutusu deneyi ise daha çok kohezyonsuz zeminlerde kayma mukavemeti açısının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Üç eksenli basınç deneyleri (UU, CU, CD) ise tüm zemin türlerinde uygulanabilmektedir. Deneylerin yapılışına dair detaylı bilgiler deneysel zemin mekaniği konu başlığı adı altında ele alınacaktır.

Zeminlerin kayma mukavemeti; arazide yükleme yapılmadan önceki başlangıç durumunu ifade eden konsolidasyon basıncı, boşluk oranı, su muhtevası, suya doygunluk derecesi, yükleme hızı gibi durumlardan etkilenmektedir (Uysal, 2014).

Zeminlerin kayma mukavemetini gerçekçi olarak belirleyebilmek için dikkat edilmesi gereken bir özellikte drenaj durumunun doğru belirlenmesidir. Drenajlı durum, arazide yapı yükleme hızının yavaş olduğu, yükleme sırasında zemin içerisinde boşluk suyu basıncında herhangi bir değişimin olmadığı durumları ifade etmektedir. Bunlara ek olarak zeminin uzun dönem davranışının incelenmesinde de drenajlı durum göz önüne alınmaktadır. Drenajlı durumda kayma gerilmesi belirlenirken toplam gerilme değerleri kullanılmaktadır.

Drenajsız durum ise yükleme sırasında zemin boşluk suyunun dışarı çıkmadığı ve boşluk suyu basınçlarının zamanla arttığı durumlarda tercih edilmektedir. Arazide yükle hızının yüksek olduğu ve kısa dönem analizlerde drenajsız zemin parametreleri kullanılarak kayma gerilmesi belirlenmelidir. Drenajsız durumda kayma gerilmesi belirlenirken efektif parametreler kullanılmalıdır. Şekil 4 de efektif gerilme ve toplam gerilmeye göre kayma zarfı verilmiştir. Efektif kohezyon (c’) ve efektif kayma mukavemeti açısı (fi’) değerleri laboratuvar ortamında yapılan konsolidasyonlu drenajsız (CU) ve konsolidasyonlu drenajlı (CD) üç eksenli basınç deneyleri yardımı ile belirlenebilmektedir.

Kayma mukavemeti efektif ve toplam kırılma zarfı
Şekil 4.Efektif ve toplam gerilmelere göre kırılma zarfı

Efektif gerilmeler cinsinden zemin ortamında oluşan kayma gerilmesi değeri ise Şekil 5 de verilen eşitlik yardımı ile bulunmaktadır.

Şekil 5. Efektif gerilmelere bağlı kayma gerilmesi

Eşitlikte verilen u değeri boşluk suyu basıncını ifade etmektedir.

Genel yapısı ile zeminlerde kayma mukavemeti kavramını ve ele aldığım yazı içeriğimi okuduğunuz için teşekkür ederim.

Sevgiyle Kalın 🙂

Kaynaklar:

  • Özaydın, K., (2016). “Zemin mekaniği”, Birsen yayınevi, Genişletilmiş baskı, İstanbul.
  • Uysal, N., (2014). “Polimerler ile Stabilize Edilmiş Kumların Kayma Mukavemetinin Laboratuvar Deneyleri ile Belirlenmesi” Yüksek Lisans Tezi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
  • Bozbey, İ., (2016). ” Zemin sınıflandırması ve zemin özellikleri, laboratuvar deneyleri”, İnşaat Mühendisleri Odası, İstanbul. (LİNK)

2 Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir