Konsolidasyon | 1

Konsolidasyon

Tüm yapı malzemelerinde olduğu gibi, zeminlerde üzerlerine yük etki ettiğinde şekil değiştirme davranışı gösterirler. Zeminlerde, şekil değiştirme davranışı;

  • Zemin danelerinin sıkışması
  • Zemin boşluklarındaki hava ve suyun sıkışması
  • Zemin boşluklarındaki hava ve suyun dışarı çıması sonucu danelerin birbirine yaklaşması sonucunda meydana gelmektedir (Özaydın, 2016).

Daha önceki yazımda zemin içerisindeki havanın, uygulanan yük altında dışarı çıkmasına yani kompaksiyon teorisine değinmiştim. Bu yazı içeriğimde zemin içerisinde var olan suyun uygulanan yük altında dışarı çıkması ile zeminde meydana gelen şekil değiştirmelere değineceğim.

Konsolidasyon, suya doygun zeminlerde sabit bir yük altında boşluklardaki suyun dışarı çıkması sonucu zamana bağlı olarak meydana gelen hacimsel şekil değiştirme olarak tanımlanmaktadır (Şekil 1). Zemin de meydana gelen bu şekil değiştirme davranışı altında ilk olarak boşluk suyu basıncı artar, boşluk suyu basıncındaki bu artış artık/aşırı boşluk suyu basıncına eşit olduğunda zeminden su çıkışı gerçekleşmeye başlar. Su çıkışı ile azalan boşluk suyu basıncı sonrasında zemin üzerindeki toplam gerilme değişmeyeceğinden zemin daneleri arasındaki efektif gerilme artar. Zeminde meydana gelen konsolidasyon, boşluk suyu basıncı sıfır (u=0) olduğunda tamamlanır ve toplam gerilme efektif gerilmeye eşit olur.

Konsolidasyon
Şekil 1. Yükleme sonrası su çıkışı

Konsolidasyon özellikle ince daneli zeminlerde meydana gelmektedir. İnce daneli zeminlerin düşük permeabilite değerine sahip olmaları, zemin içerisindeki suyun çok daha uzun sürede dışarı çıkması ve zeminin çok daha uzun sürede sıkışmasına sebep olmaktadır. Killerde konsolidasyona bağlı olarak meydana gelen bu hacimsel şekil değiştirme büyüklüğünü hesaplayabilmek için 1925 yılında Terzaghi tarafından 1 boyutlu konsolidasyon teorisi üretilmiştir (Şekil 2). Üretilen bu teori günümüzde de halen kabul edilmektedir. Bu teoride yapılan varsayımlar aşağıda verilmiştir.

  1. Zemin homojen ve tamamen suya doygundur.
  2. Zemin içerisindeki danelerin ve suyun sıkışabilirliği ihmal edilir.
  3. Zemine uygulanan basınç ile hacim değişimi arasında doğrusal bir ilişki vardır.
  4. Zemin permeabilite katsayısı sabittir ve zemin içerisinde suyun hareketi Darcy yasasına uyar
  5. Zemin içerisinde su çıkışı dikey yönlüdür ve yatayda herhangi bir deformasyon oluşmamaktadır (Uzuner, 2007).
Şekil 2. Konsolidasyon teorisi

Konsolidasyon sonucunda meydana gelen şekil değiştirmelerin belirlenmesinin en önemli nedeni konsolidasyona bağlı zeminde meydana gelen oturmalardır. Zeminde meydana gelen oturmaların ani oturma, konsolidasyon oturması ve ikincil oturmalardan oluştuğuna ve bu oturmaların nasıl hesaplandığına temel oturmaları yazımda değinmiştim. Oturmalar ile ilgili daha detaylı bilgi almak için Temel oturmaları yazımı okuyabilirsiniz.

Konsolidasyon teorisini açıklarken kullanılan en yaygın yöntem yaylı sistemdir (Şekil 3). Bu sistemde içi su dolu bir kap içinde bir yay bulunur bu yay üzeri kapatılır ve kapatılan yüzeyde bir delik açılır, açılan delik kapalı konumda tutulur. 2. Aşama olarak bu sistem üzerine yük eklenir. Yük uygulanır uygulanmaz delik açılmaz ve bu sürede uygulanan yük su tarafından karşılanır (artık boşluk suyu basıncı oluşması). 3 aşama olarak delik açılır ve bu delikten su çıkışı gerçekleşir (boşluk suyu basıncının azalması). Su çıkışı ile uygulanan yük yay tarafından karşılanmaya başlar(efektif gerilmenin artması). Son olarak su çıkışı tamamlanır ve tüm yük yay tarafından karşılanır (yay zemin danelerini ifade etmektedir. Yayın kısalması su çıkışı ile zemin danelerinin birbirine yaklaşmasını ifade etmektedir).

Şekil 3. Yay benzetmesi şematik diyagramı

Bir boyutlu konsolidasyon teorisi de göz önünde bulundurularak zemin sıkılaşması, laboratuvar ortamında ödometre deneyi (Şekil 4) ile hesaplanmaktadır. Ödometre deneyi ile arazideki zemin tabakalarının düşey yönde sıkışması esas alınarak yanal genişlemelere izin verilmeyen bir deney sistemi kullanılır. Bu deney sisteminde artan yükleme ile batma miktarı belirlenir. Bir deneyin tamamlanması yaklaşık 15 gün sürmektedir.

Şekil 4. Ödometre deney düzeneği

Ödometre deneyi sonucunda her bir batma miktarındaki boşluk oranı hesaplanır. Hesaplanan boşluk oranı sonrasında düşey gerilme ve boşluk oranı eğirişi çizilir (Şekil 5). Çizilen bu eğri sonucunda hacimsel sıkışma katsayısı, ön konsolidasyon basıncı, sıkışma indisi değerleri hesaplanır. Hesaplanan bu değerler gerekli eşitliklerde kullanılarak zemin oturma miktarı belirlenir.

Şekil 5. Boşluk oranı düşey gerilme ilişkisi

Konsolidasyonun zamana bağlı olarak gerçekleşen bir sıkışma olduğuna değinmiştim. Zamana bağlı olarak gerçekleşen bu durumda konsolidasyon hızı;

  • Zemin permeabiltesi
  • Yükleme hızı
  • Yük miktarı
  • Tabaka kalınlığı ve
  • Drenaj yoluna bağlı olarak değişmektedir.

Konsolidasona giriş niteliğinde olan yazımın sonuna gelmiş bulunmaktayım. Yazımı okuduğunuz için teşekkür ederim. Diğer yazılarımda görüşmek üzere..

Sevgiyle kalın 🙂

Kaynaklar:

  • Özaydın, K., (2016). “Zemin mekaniği”, Birsen yayınevi, Genişletilmiş baskı, İstanbul.
  • Uzuner, B. A., (2007). “Temel zemin mekaniği”, 7. baskı, Derya kitabevi, Trabzon.

No Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir