Konsolidasyon oturması: adım adım çözümlü alıştırma soruları

Şekiller, ipuçları ve ayrıntılı çözümlerle ücretsiz Konsolidasyon oturması alıştırma soruları. Her seferinde yeni değerler, üç seviyede: normal konsolide kil, aşırı konsolide kil, konsolidasyon süresi.

Ücretsiz alıştırma sorusuKolay
Δσ = 110 kPakumkilCc​ = 0,5e0​ = 1,15σ′0​ = 135 kPa7,5 myeraltı su seviyesi

7,5 m kalınlığındaki normal konsolide bir kil tabakasının (Cc = 0,5, e₀ = 1,15) orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 135 kPa’dır. Geniş bir dolgu kildeki düşey gerilmeyi 110 kPa artırıyor. Tabakayı, gerilmeleri orta derinliğinde alınan tek bir alt tabaka olarak ele alın. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.

H = 7,5 mCc = 0,5e0 = 1,15σ′0 = 135 kPaΔσ = 110 kPa
mm
Sonraki soru →

Neler çalışırsınız

  1. Kolaynormal konsolide kil
  2. Ortaaşırı konsolide kil
  3. Zorkonsolidasyon süresi

Temel formüller

Normal konsolide
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Son gerilme
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
Aşırı konsolide, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Aşırı konsolide, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
Aşırı konsolidasyon oranı
OCR = σ′p/σ′0
Konsolidasyon süresi
t = Tv·Hdr²/cv
Drenaj yolu
Hdr = H/2 (çift yönlü drenaj), H (tek yönlü drenaj)
Zaman faktörleri
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Konsolidasyon oturması konusunu sıfırdan öğrenin

Bundan önce: Zeminde efektif gerilme

1Konsolidasyon oturması nedir

Bir kil tabakası üzerine inşa ettiğinizde ek yük kili sıkıştırır. Su gözeneklerden dışarı itilir ve taneler birbirine yaklaşır. Zemin yüzeyi çöker: bu konsolidasyon oturmasıdır.

Kilin gözenekleri çok küçüktür, bu yüzden su yavaş çıkar. Kil üzerindeki bir bina yıllarca oturmaya devam edebilir.

Gözenek boşluğunun miktarı boşluk oranı e ile ölçülür: gözeneklerin hacminin katı tanelerin hacmine bölümü. e = 1 olan bir kilde gözenek hacmi tane hacmi kadardır.

Kil sıkıştığında e azalır. Tabaka, toplam hacminin aynı oranı kadar incelir:

S = H · Δe / (1 + e0)

Burada H tabaka kalınlığı, e0 başlangıç boşluk oranı ve Δe boşluk oranındaki düşüştür. 1 + e0, tane hacmi başına toplam hacimdir.

Kendini sına Bir kil tabakası neden yıllarca oturur, kum ise neredeyse anında oturur?
  1. Kil taneleri kum tanelerinden ağırdır
  2. Kil üzerindeki yük yıllar içinde yavaş yavaş artar
  3. Kilin gözeneklerinde su yoktur
  4. Su çok küçük gözeneklerden dışarı akmak zorundadır ve bu zaman alır

Cevap: Su çok küçük gözeneklerden dışarı akmak zorundadır ve bu zaman alır. Oturma, suyun gözeneklerden çıkmasını gerektirir. Kilde gözenekler çok küçüktür, bu yüzden su yavaş akar. Kumda ise neredeyse anında çıkar.

2Normal konsolide ve aşırı konsolide kil

Deneyler, e’nin efektif gerilmenin σ′ logaritmasına karşı çizildiğinde doğrusal olarak düştüğünü gösterir. Bu doğrunun eğimi sıkışma indisi Cc’dir.

log σ′eσ′p​σ′0​Cr​Cc​

Bazı killer geçmişte daha ağır yüklenmiştir, örneğin bir buzul ya da sonradan aşınmış zemin tarafından. Bir kilin şimdiye kadar taşıdığı en büyük efektif gerilme onun ön konsolidasyon basıncıdır σ′p.

  • σ′p altında kil yalnızca eğimi Cr, yani yeniden sıkışma indisi olan düz bir doğru boyunca yeniden sıkışır. Cr küçüktür, çoğu zaman Cc/10.
  • σ′p üzerinde kil, eğimi Cc olan dik doğruyu izler.

Şu anda σ′0 = σ′p olan bir kil normal konsolidedir (NC). σ′0 < σ′p olan bir kil aşırı konsolidedir (OC). Aşırı konsolidasyon oranı OCR = σ′p/σ′0’dır.

σ′f = σ′0 + Δσ son efektif gerilme olmak üzere oturma şudur:

NC: S = Cc·H/(1 + e0) · log₁₀(σ′f/σ′0)
OC, σ′f ≤ σ′p: S = Cr·H/(1 + e0) · log₁₀(σ′f/σ′0)
OC, σ′f > σ′p: S = H/(1 + e0) · [Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]

Tüm gerilmeler kil tabakasının ortasında alınır; bu, tüm tabakanın ortalamasını temsil eder.

Kendini sına Bir kilde σ′₀ = 60 kPa ve σ′p = 120 kPa’dır. Bir yük gerilmeyi σ′f = 100 kPa’ya çıkarıyor. Hangi indisi kullanırsınız?
  1. 120 kPa’ya kadar Cr, sonra Cc
  2. Hiçbiri: kil oturmaz
  3. Yalnızca Cc
  4. Yalnızca Cr

Cevap: Yalnızca Cr. 100 kPa’lık son gerilme σ′p = 120 kPa’nın altında kalır, bu yüzden kil yalnızca düz Cr doğrusu boyunca yeniden sıkışır. Cc ancak 120 kPa’nın üzerinde gerekirdi.

3Ne kadar sürer

Nihai oturmanın belirli bir kısmına ulaşma süresi, suyun ne kadar yol alması gerektiğine bağlıdır. Bu uzaklık drenaj yoludur Hdr.

  • Kilin üstünde ve altında kum (ya da başka serbest drene olan bir tabaka) varsa su her iki yüzden çıkar, yani Hdr = H/2. Bu çift yönlü drenajdır.
  • Altta kaya ya da başka bir geçirimsiz tabaka varsa su yalnızca üstten çıkabilir, yani Hdr = H. Bu tek yönlü drenajdır.
HHdr​ = H/2
t = Tv · Hdr² / cv

cv kilin konsolidasyon katsayısıdır, örneğin m²/yıl cinsinden. Tv, istediğiniz konsolidasyon derecesi U için zaman faktörüdür: %50 için 0,197, %70 için 0,403, %90 için 0,848.

Örnek: kaya üzerinde 4 m’lik bir kil tabakası, cv = 2 m²/yıl, U = %50. t = 0,197 · 4²/2 = 1,576 yıl. Altında kum varsa Hdr = 2 m ve t = 0,394 yıl: dört kat daha hızlı.

Kendini sına 6 m kalınlığında bir kil tabakası iki kum tabakası arasındadır. Drenaj yolu Hdr nedir?
  1. 1,5 m
  2. 12 m
  3. 3 m
  4. 6 m

Cevap: 3 m. Su üstten ve alttan çıkar, bu yüzden en uzun yol tabakanın yarısıdır: 6/2 = 3 m. Tam 6 m’yi kullanmak yalnızca bir yüz kapalıyken doğrudur.

4Adım adım yöntem

  1. Kilin ortasındaki başlangıç efektif gerilmesini σ′0 bulun (verilir ya da zemin profilinden gelir).
  2. Ek gerilmeyi ekleyin: σ′f = σ′0 + Δσ.
  3. Kil türüne karar verin. σ′p ya da OCR verilmişse σ′f ile σ′p = OCR·σ′0 değerini karşılaştırın.
  4. Uygun formülü seçin ve ln değil, log₁₀ kullanın.
  5. S’yi sorulan birimde verin: metre çarpı 1000 milimetre verir.

Bir süre sorusu için: üstteki ve alttaki drenajdan Hdr’yi bulun, sonra t = Tv·Hdr²/cv.

5Çözümlü bir örnek

Her adımı izleyin. Açmadan önce bir sonrakini tahmin etmeye çalışın.

Çözümlü örnek

4 m kalınlığında normal konsolide bir kil tabakasının (Cc = 0,3, e0 = 1,0) orta derinliğinde σ′0 = 100 kPa’dır. Geniş bir dolgu Δσ = 100 kPa ekliyor. Birincil konsolidasyon oturmasını S mm cinsinden bulun.

1

Tabakaya bakın

H = 4 mσ′0​ = 100 kPaΔσ = 100 kPaCc​ = 0,3e0​ = 1,0

Kil normal konsolidedir, bu yüzden gerilmenin tüm artışı Cc doğrusunu izler.

2

Son efektif gerilme

σ′f = σ′0 + Δσ = 100 + 100 = 200 kPa
3

Logaritma

log₁₀(σ′f/σ′0) = log₁₀(200/100) = log₁₀ 2 = 0,301
4

Tabaka faktörü

Cc·H/(1 + e0) = 0,3 · 4/(1 + 1,0) = 0,6 m
5

Oturma

S = 0,6 · 0,301 = 0,1806 m = 180,6 mm
6

Cevabı kontrol edin

Boşluk oranı Δe = Cc·0,301 = 0,0903 kadar düşer. Sonra S = H·Δe/(1 + e0) = 4 · 0,0903/2 = 0,1806 m. Bu, tabakanın %4,5’idir; yumuşak kil için normal bir değerdir.

Cevap

S ≈ 181 mm (0,1806 m).

6Sık yapılan hatalar

  • log₁₀ yerine ln kullanmak. Cevap o zaman 2,3 kat büyük çıkar.
  • 1 + e0’a bölmeyi unutmak.
  • log₁₀((σ′0 + Δσ)/σ′0) yerine log₁₀(Δσ/σ′0) yazmak.
  • σ′p’nin altında kalan aşırı konsolide bir kil için Cc kullanmak.
  • Kil kaya üzerindeyken Hdr = H/2, ya da her iki yüz drene olurken Hdr = H almak.
  • Zaman formülünde Hdr’nin karesini almayı unutmak.
Kendini sına NC kil: Cc = 0,25, H = 4 m, e₀ = 1,0, σ′₀ = 50 kPa, Δσ = 50 kPa. S nedir?
  1. 0 mm
  2. 150,5 mm
  3. 301,0 mm
  4. 346,6 mm

Cevap: 150,5 mm. S = 0,25·4/2 · log₁₀(100/50) = 0,5 · 0,301 = 0,1505 m. ln kullanmak 346,6 mm verir, 1 + e₀’ı atlamak 301 mm verir ve log₁₀(Δσ/σ′₀) = log₁₀ 1 sonucu 0 verir.

7Sınav soruları nasıl görünür

  • Kolay: normal konsolide kil. Örnekteki gibi H, Cc, e0, σ′0 ve Δσ verilir. Bazen σ′0’ı önce bir zemin profilinden bulursunuz.
  • Orta: Cr, Cc ve σ′p ya da OCR ile aşırı konsolide kil. Önce σ′f ile σ′p’yi karşılaştırın; geçerseniz logaritmayı σ′p’de bölün.
  • Zor: konsolidasyon süresi. Tek ya da çift yönlü drenaja karar verin, sonra t = Tv·Hdr²/cv.

Çözümlü OC örneği: H = 2 m, e0 = 1, Cr = 0,04, Cc = 0,4, σ′0 = 50 kPa, σ′p = 100 kPa, Δσ = 100 kPa. O zaman σ′f = 150 kPa, σ′p’yi geçer.

S = 2/2 · [0,04·log₁₀(100/50) + 0,4·log₁₀(150/100)] = 0,0120 + 0,0704 = 0,0825 m

Uygulamada adım adım öğreninUygulamada adım adım öğrenin

Çözümlü örnekler

Örnek 1Kolay
Δσ = 70 kPakumγ = 19 kN/m³4 mkilγsat​ = 18,5 kN/m³Cc​ = 0,2, e0​ = 0,97 myeraltı su seviyesiX

7 m kalınlığındaki normal konsolide bir kil tabakası (γsat = 18,5 kN/m³, Cc = 0,2, e₀ = 0,9), 4 m kumun (γ = 19 kN/m³) altında bulunuyor. Yer altı su seviyesi kilin üstündedir; γw = 9,81 kN/m³ kullanın. Geniş bir dolgu, kilin tamamında düşey gerilmeyi 70 kPa artırıyor. Tabakayı, gerilmeleri orta derinliğinde alınan tek bir alt tabaka olarak ele alın. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.

kum: Hs = 4 m, γ = 19 kN/m³kil: H = 7 m, γsat = 18,5 kN/m³γw = 9,81 kN/m³Cc = 0,2e0 = 0,9Δσ = 70 kPa

İstenen: S (mm)

İpuçlarını göster
  1. Normal konsolide: S = Cc·H/(1 + e₀)·log₁₀(σ′f/σ′₀).
  2. Kilin ortasında: σ′₀ = γ·Hs + (γsat − γw)·H/2.
  3. Cc·H/(1 + e0) = 0,7368 m.
Cevabı ve adım adım çözümü göster

H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.

Kilin ortasındaki efektif gerilme

Kum yer altı su seviyesinin üstündedir; altında kil su içindedir, bu yüzden γsat − γw kullanın.

σ′0 = 19·4 + (18,5 − 9,81)·3,5 = 106,4 kPa

Son efektif gerilme

σ′f = 106,4 + 70 = 176,4 kPa

Oturma

S = 0,2·7/(1 + 0,9)·log₁₀(176,4/106,4) = 0,7368·0,2195 = 0,1618 m = 161,8 mm

Cevap

S = 161,8 mm
Örnek 2Orta
Δσ = 230 kPakumkilCc​ = 0,5, Cr​ = 0,02e0​ = 1,2σ′0​ = 50 kPaσ′p​ = 150 kPa2 myeraltı su seviyesi

2 m kalınlığındaki aşırı konsolide bir kil tabakasının Cc = 0,5, Cr = 0,02 ve e₀ = 1,2. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 50 kPa ve ön konsolidasyon basıncı 150 kPa’dır. Yeni bir bina orta derinlikte 230 kPa düşey gerilme ekliyor. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.

H = 2 mCc = 0,5Cr = 0,02e0 = 1,2σ′0 = 50 kPaσ′p = 150 kPaΔσ = 230 kPa

İstenen: S (mm)

İpuçlarını göster
  1. Son gerilme σ′₀ + Δσ’yı ön konsolidasyon basıncıyla karşılaştırın.
  2. σ′f = 50 + 230 = 280 kPa > σ′p = 150 kPa.
  3. Gerilme aralığını σ′p’de bölün: σ′₀’dan σ′p’ye Cr, sonra σ′p’den σ′f’ye Cc.
Cevabı ve adım adım çözümü göster

H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.

Ön konsolidasyon basıncıyla karşılaştırın

σ′f = 50 + 230 = 280 kPa > 150 kPa

Oturma

σ′p’ye kadar yeniden sıkışma, ötesinde bakir sıkışma.

S = 0,02·2/(1 + 1,2)·log₁₀(150/50) + 0,5·2/(1 + 1,2)·log₁₀(280/150)
S = 8,675 + 123,2 = 131,9 mm

Cevap

S = 131,9 mm
Örnek 3Zor
kumkilH = 9,5 mcv​ = 3 m²/yıl9,5 mkumyeraltı su seviyesi

9,5 m kalınlığındaki bir kil tabakasının konsolidasyon katsayısı cv = 3 m²/yıl. İki kum tabakası arasında bulunur, bu yüzden su üstten ve alttan drene olur. %60 ortalama konsolidasyon için zaman faktörü Tv = 0,287. Tabakanın %60 konsolidasyona ulaşması kaç yıl t sürer?

H = 9,5 mcv = 3 m²/yılU = 60%Tv = 0,287çift yönlü drenaj

İstenen: t (yıl)

İpuçlarını göster
  1. t = Tv·Hdr²/cv.
  2. İki drenajlı yüz: bir su taneciğinin kat ettiği en uzun yol tabakanın yarısıdır.
  3. Hdr = 4,75 m.
Cevabı ve adım adım çözümü göster

H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.

Drenaj yolu

Hdr = H/2 = 9,5/2 = 4,75 m

Süre

t = Tv·Hdr²/cv = 0,287·4,75²/3 = 2,158 yıl

Cevap

t = 2,158 yıl

Sorular ve cevaplar

Konsolidasyon oturması nedir?

Bir kil tabakası üzerine inşa ettiğinizde ek yük kili sıkıştırır. Su gözeneklerden dışarı itilir ve taneler birbirine yaklaşır. Zemin yüzeyi çöker: bu konsolidasyon oturmasıdır.

Kilin gözenekleri çok küçüktür, bu yüzden su yavaş çıkar. Kil üzerindeki bir bina yıllarca oturmaya devam edebilir.

Konsolidasyon oturması soruları adım adım nasıl çözülür?

H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.

Konsolidasyon oturması konusunda en sık yapılan hatalar nelerdir?
  • Doğal logaritma ln’yi değil, 10 tabanlı logaritma log₁₀’u kullanın.
  • Yalnızca Cc·H ile çarpmayın, 1 + e₀’a da bölün.
  • Logaritma son gerilmenin ilk gerilmeye oranını kullanır: Δσ/σ′₀ değil, (σ′₀ + Δσ)/σ′₀.
Konsolidasyon oturması alıştırmaları neleri kapsar?
  • Kolay: normal konsolide kil
  • Orta: aşırı konsolide kil
  • Zor: konsolidasyon süresi

Her soruda yeni değerler olur; böylece bir cevabı değil, yöntemi öğrenirsiniz. Takıldınız mı? Önce küçük bir ipucu açın, tam açıklamayı ise yalnızca gerektiğinde.

Çalışma nasıl işler

  • Her soruda yeni değerler olur; böylece bir cevabı değil, yöntemi öğrenirsiniz.
  • Takıldınız mı? Önce küçük bir ipucu açın, tam açıklamayı ise yalnızca gerektiğinde.
  • İlerlemeniz, hatalarınız ve kaydettiğiniz sorular saklanır; böylece sınavdan önce gözden geçirebilirsiniz.

Bu konudan önceki ve sonraki konular

Önce öğrenin

Hesaplayıcılar

Bu konuyu içeren dersler

İnşaat alanında diğer konular

Yazdırılabilir çalışma kâğıdı