AN INVESTIGATION OF DRAINED SHEAR STRENGTH OF OVERCONSOLIDATED HIGH PLASTICITY CLAYS
Date
2022-01-13
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
In the design and analyses of geotechnical structures, drained or undrained shear
strength parameters of the clays are used depending on the drainage conditions. In
short term, such as during rapid construction of embankments or foundation on clays
or at the end of construction of excavation in clay the undrained shear strength
parameters should be used. Whereas, when the excess pore water pressure is
completely dissipated, the analysis can be carried out in terms of effective stresses.
Therefore, the drained shear parameters are used in the design of foundations, retaining
structures and slope stability analyses.
In this thesis, experiments are conducted to investigate the drained shear strength
parameters of remolded high plastic clays (CH) which are collected from the Atılım
University campus. Atterberg limits and the clay fraction of the soil samples are
determined as LL= 62%, PI= 36% and CF=46%, respectively. In this research, there
are two different experimental studies to investigate the shear strength parameters by using direct shear tests, since then they are the most widely used laboratory tests to
determine these parameters. In the first test series, the drying effect on the peak and
residual shear strength parameters is investigated by using multi-reversal direct shear
tests with a newly developed resistance system. In the first part of these tests, a
normally consolidated high plastic clay sample at the liquid limit is prepared and multireversal direct shear tests are conducted at 0.035mm/min shearing rate under 300 kPa.
The soil sample is heated to dry out before shearing. The peak and residual shear
strength determined by tests on wet samples are compared with those of dry samples.
It is seen that the water content effect on the peak and residual shear strength that have
been already reported in the literature is observed in the first multi-reversal direct shear
tests. A decrease in water content results in an increase in peak and residual strength
values. In the second part, multi-reversal tests under 200 kPa normal stress are
performed on a lightly overconsolidated (OCR=1.5) soil sample at a slower rate
(0.0035mm/min) but after residual strength is reached, the soil specimen heated and
sheared one more time to investigate the change in residual shear strength. It is seen
that the decrease in water content of the soil that has been reached to the residual state
does not affect the residual shear strength of the soil.
In the second test series, drained direct shear tests are performed on soil samples
having different OCR values to predict an empirical correlation between drained shear
strength of overconsolidated and normally consolidated clays. The direct shear tests
are conducted on soil samples that are prepared at OCR=1, 2, 4 and 7 under normal
stresses 50 kPa, 100 kPa and 200 kPa and the shearing rate of these tests are set as to
0.0018mm/min. The test results are evaluated and the prediction equation is presented.
Description
AŞIRI KONSOLİDE YÜKSEK PLASTİSİTELİ KİLLERDE DRENAJLI
KAYMA DAYANIM PARAMETRELERİNİN ARAŞTIRILMASI
ÖZ: Geoteknik yapıların dizaynında ve analizinde, drenaj koşullarına bağlı olarak, killerin drenajlı ve drenajsız kayma dayanım parametreleri kullanılır. Kısa dönemde yani kil üzerine inşa edilen dolgularda veya temelde ya da kilde yapılan kazı inşatının sonunda, drenajsız kayma dayanım parametreleri kullanılmalıdır. Halbuki boşluk suyu basıncı tamamen dağıldığında, analizler, efektif gerilmeler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bu nedenle, temellerin ve istinat yapılarının dizaynında ve şev stabilite analizlerinde drenajlı kayma parametreleri kullanılır. Bu tezde, Atılım Üniversitesi kampüsünden alınan yoğrulmuş, yüksek plastisiteli kil numuneleri üzerinde drenajlı kayma dayanım parametrelerinin incelenmesi için deneyler gerçekleştirildi. Zemin numunelerinin Atterberg limitleri, LL= %62 ve PI= %36 olup kil yüzdesi 46’dır. Bu araştırmada, kayma dayanım parametrelerini araştırmak için yaygın olarak kullanılan direk kesme deneyleri ile iki farklı deneysel çalışma yapılmıştır. İlk deney serisinde, tekrarlı direk kesme deneyleri ve geliştirilmiş yeni bir rezistans sistemi kullanılarak kurutma etkisinin pik ve rezidüel kayma dayanım parametrelerine etkisi araştırılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, normal konsolide, likit limitte hazırlanmış, yüksek plastisiteli kil numunelerde, 300 kPa basınç altında ve 0.035mm/min kesme hızı kullanılarak tekrarlı direk kesme deneyleri yapıldı. Zemin numunesi, kesme yapılmadan önce kuruması için ısıtıldı. Kuru numuneler için elde edilen pik ve rezidüel kayma dayanımları, ıslak numuneler için çıkan sonuçlar ile karşılaştırıldı. Su içeriğinin pik ve rezidüel kayma dayanım parametreleri üzerindeki etkisi, literatürde benzer çalışmalar ile uyumlu olarak gözlemlendi. Su içeriğindeki azalma, pik ve rezidüel dayanımlarda artış yarattı. İkinci kısımda, 200 kPa basınç altında ve daha yavaş kesme hızında (0.0035mm/min) tekrarlı direk kesme deneyleri, hafif aşırı konsolide kil üzerinde (OCR=1.5) uygulandı. Zemin numunesi, rezidüel dayanıma ulaştığında numune ısıltıldı ve son bir kesme daha gerçekleştirilerek rezidüel kayma dayanımındaki değişim araştırıldı. Zemin rezidüel aşamaya geldiğinde su içeriğindeki azalmanın rezidüel kayma dayanımını etkilemediği görüldü. İkinci deney serisinde, aşırı konsolide ve normal konsolide killerin drenajlı kayma dayanımları arasında ampirik bir bağıntı bulmak için farklı OCR’a sahip zemin numunelerinde drenajlı direk kesme deneyleri yapıldı. Direk kesme deneyleri, OCR=1, 2, 4 ve 7 için hazırlanan zemin numunelerinde, 50 kPa, 100 kPa ve 200 kPa normal basınç altında, 0.0018mm/dak kesme hızı ile gerçekleştirildi. Sonuçlar değerlendirildi ve tahmin denklemi sunuldu.
ÖZ: Geoteknik yapıların dizaynında ve analizinde, drenaj koşullarına bağlı olarak, killerin drenajlı ve drenajsız kayma dayanım parametreleri kullanılır. Kısa dönemde yani kil üzerine inşa edilen dolgularda veya temelde ya da kilde yapılan kazı inşatının sonunda, drenajsız kayma dayanım parametreleri kullanılmalıdır. Halbuki boşluk suyu basıncı tamamen dağıldığında, analizler, efektif gerilmeler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bu nedenle, temellerin ve istinat yapılarının dizaynında ve şev stabilite analizlerinde drenajlı kayma parametreleri kullanılır. Bu tezde, Atılım Üniversitesi kampüsünden alınan yoğrulmuş, yüksek plastisiteli kil numuneleri üzerinde drenajlı kayma dayanım parametrelerinin incelenmesi için deneyler gerçekleştirildi. Zemin numunelerinin Atterberg limitleri, LL= %62 ve PI= %36 olup kil yüzdesi 46’dır. Bu araştırmada, kayma dayanım parametrelerini araştırmak için yaygın olarak kullanılan direk kesme deneyleri ile iki farklı deneysel çalışma yapılmıştır. İlk deney serisinde, tekrarlı direk kesme deneyleri ve geliştirilmiş yeni bir rezistans sistemi kullanılarak kurutma etkisinin pik ve rezidüel kayma dayanım parametrelerine etkisi araştırılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, normal konsolide, likit limitte hazırlanmış, yüksek plastisiteli kil numunelerde, 300 kPa basınç altında ve 0.035mm/min kesme hızı kullanılarak tekrarlı direk kesme deneyleri yapıldı. Zemin numunesi, kesme yapılmadan önce kuruması için ısıtıldı. Kuru numuneler için elde edilen pik ve rezidüel kayma dayanımları, ıslak numuneler için çıkan sonuçlar ile karşılaştırıldı. Su içeriğinin pik ve rezidüel kayma dayanım parametreleri üzerindeki etkisi, literatürde benzer çalışmalar ile uyumlu olarak gözlemlendi. Su içeriğindeki azalma, pik ve rezidüel dayanımlarda artış yarattı. İkinci kısımda, 200 kPa basınç altında ve daha yavaş kesme hızında (0.0035mm/min) tekrarlı direk kesme deneyleri, hafif aşırı konsolide kil üzerinde (OCR=1.5) uygulandı. Zemin numunesi, rezidüel dayanıma ulaştığında numune ısıltıldı ve son bir kesme daha gerçekleştirilerek rezidüel kayma dayanımındaki değişim araştırıldı. Zemin rezidüel aşamaya geldiğinde su içeriğindeki azalmanın rezidüel kayma dayanımını etkilemediği görüldü. İkinci deney serisinde, aşırı konsolide ve normal konsolide killerin drenajlı kayma dayanımları arasında ampirik bir bağıntı bulmak için farklı OCR’a sahip zemin numunelerinde drenajlı direk kesme deneyleri yapıldı. Direk kesme deneyleri, OCR=1, 2, 4 ve 7 için hazırlanan zemin numunelerinde, 50 kPa, 100 kPa ve 200 kPa normal basınç altında, 0.0018mm/dak kesme hızı ile gerçekleştirildi. Sonuçlar değerlendirildi ve tahmin denklemi sunuldu.
Keywords
civil engineering