Farklı kür sıcaklıklarında kireçle stabilize edilmiş yüksek plastisiteli killi bir zeminin kayma mukavemeti parametrelerinin Yanıt Yüzey Yöntemi (YYY) ile tahmini

Öz

Yanıt Yüzey Yöntemi (YYY), yanıtın optimum değerini bulmak, bağımsız değişkenler ve yanıtlar arasındaki ilişkiyi incelemek veya çok karmaşık ve zaman alan sayısal analizleri kısaltmak için kullanılmaktadır. YYY, birçok mühendislik dalında yaygın olarak tercih edilen bir yöntem olmasına rağmen, bu yöntemin kullanımı geoteknik çalışmalarda sınırlıdır. Bu çalışmada, kür sıcaklığının, kireçle stabilize edilmiş killi bir zeminin serbest basınç dayanımı ve kayma dayanımı parametreleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çalışma kapsamında, daha az deneysel çaba ile bu parametrelerin tahmin edilmesi için Yanıt Yüzeyi Yöntemi'nin kullanılabilirliğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada sıcaklığın etkisi beş farklı kür sıcaklığı seviyesi (3 °C, 13 °C, 23 °C, 33 °C, 43 °C) ile kontrol edilmiştir. 28 gün boyunca çeşitli sıcaklıklarda kürlenmiş 40 adet stabilize edilmiş zemin numunesi üzerinde üç eksenli basınç (UU) ve serbest basınç deneyleri yapılmıştır. Deneysel tasarım, test sayısını azaltmak için Yanıt Yüzey Yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, numunelerin deviatör dayanımını tahmin etmek için istatistiksel olarak bir denklem YYY ile türetilmiştir. İstatistiksel analizler, 18 adet örneğin deviatör dayanımları dikkate alınarak yapılmıştır. Çalışma sonucunda, Yanıt Yüzey Yöntemi ile daha az sayıda deney sonucu kullanılarak numunelerin kayma mukavemeti ve serbest basınç dayanımlarını doğru bir şekilde tahmin etmenin mümkün olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Kimyasal stabilizasyon
• Kür sıcaklığı
• Yanıt yüzey yöntemi
• Kayma mukavemeti parametreleri
• Serbest basınç dayanımı

Estimation of shear strength parameters of a high plasticity clayey soil stabilized with lime at different curing temperatures using Response Surface Methodology (RSM)

Abstract

Response Surface Methodology (RSM) is useful to find the optimum value of the response, to examine the relationship between independent variables and responses, or to shorten very complicated and timeconsuming numerical analyses. Although the RSM is a commonly used method in many branches of engineering, the use of this method is limited in geotechnical studies. In this study, the effect of curing temperature on shear strength and unconfined compressive strength parameters of lime stabilized clayey soil was examined. Within the scope of the study, it was aimed to evaluate the Response Surface Method to estimate these parameters with less experimental effort. In the study effect of the temperature was controlled with five different curing temperature level (3 °C, 13 °C, 23 °C, 33 °C, 43 °C). Three axial (UU) and unconfined compression tests were performed on 40 pieces of stabilized soil samples cured along 28 days at various temperatures. The experimental design was performed with Response Surface Methodology to reduce the test number. Within this scope, an equation was derived statistically to estimate the deviator strength of the samples. Statistical analyses were performed considering deviator strengths of the 18 pieces of samples. As a result of the study, it was seen that it is possible to estimate shear strength and unconfined compression strengths of the samples accurately by using fewer test numbers with Response Surface Methodology.

Keywords

• Chemical stabilization
• Curing temperature
• Response surface methodology
• Shear strength parameters
• Unconfined compression strength

Kaynakça

1. [1] Aslan N, Cebeci Y. "Application of Box–Behnken design and response surface methodology for modeling of some Turkish coals". Fuel, 86(1-2), 90-97, 2007.
2. [2] Şahin B, Özgen, S. “Zencefil ve keten tohumu oleoresinlerinin elde edilmesi ve ekstraksiyon koşullarının cevap yüzey yöntemi ile optimizasyonu”. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 20, 602-613, 2020.
3. [3] Demir Z, Baday Ş, Sönmez F. “AISI 1050 çelik malzemenin delinmesinde tepki kuvvetini etkileyen parametrelerin yüzey yanıt yöntemi ile analizi”. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 32(1), 75-85, 2020.
4. [4] Bayram O, Köksal E, Göde F. “Yanıt yüzey metodolojisi şartlarında karabaş otu yağının kompleks koaservasyon Yöntemi ile enkapsülasyonu”. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 24(2), 508-515, 2020.
5. [5] Box, GEP, Wilson KB. "On the experimental attainment of optimum conditions". Journal of The Royal Statistical Society: Series B (Methodological), 13(1), 1-35, 1951.
6. [6] Myers, RH., et al. "Response surface methodology: a retrospective and literature survey". Journal of Quality Technology, 36(1), 53-77, 2004.
7. [7] Alpaslan E. Tarihi Yığma Köprü Hasarlarının Analitik Model ve Deneysel Yöntemlerle Belirlenmesi. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Samsun, Türkiye, 2019.
8. [8] Gunaraj V, Murugan N. “Application of response surface methodology for predicting weld bead quality in submerged arc welding of pipes”. Journal of Materials Processing Technology, 88,(1-3), 266-275, 1999.

9. [9] Koç B, Kaymak-Ertekin F. “Yanıt Yüzey Yöntemi ve gıda işleme uygulamaları”. Gıda, 35(1), 1-8, 2010.
10. [10] Cornell j. How to Apply Response Surface Methodology. 2nd ed. Milwaukee, USA, American Society for Quality, 1990.
11. [11] Zangeneh N. Azizian A, Lye L, Popescu, R. "Application of response surface methodology in numerical geotechnical analysis". Proc. 55th Canadian Society for Geotechnical Conference, Hamilton, Canada, 20-23 October 2002.
12. [12] Wong, FS. "Slope reliability response surface method". Journal of Geotechnical Engineering, 111(1), 32-53, 1985.
13. [13] Huang ML, Sun DA, Wang CH, Keleta Y. “Reliability analysis of unsaturated soil slope stability using spatial random field-based Bayesian method”. Landslides, 18, 1177-1189, 2021.
14. [14] Wang B, Liu L, Li Y, Jiang Q. “Reliability analysis of slopes considering spatial variability of soil properties based on efficiently identified representative slip surfaces”. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 12(3), 642-655, 2020.
15. [15] Ray R, Kumar D, Samui P, Roy LB, Goh ATC, Zhang W. “Application of soft computing techniques for shallow foundation reliability in geotechnical engineering”. Geoscience Frontiers, 12(1), 375-383, 2021.
16. [16] Malhora M, Sricvastava A. Jawaid S. “Reliability analysis of shallow foundation in the vicinity of the existing buried conduit”. Geomechanics and Geoengineering, 15(2), 149-158, 2020.
17. [17] Wang H, Chen H, Wang Y, Han L, Li H. “Reliability analysis for stability of the gravity retaining wall under mountain torrent”. Systems Science & Control Engineering, 8(1), 434-440, 2020.
18. [18] Tandjiria V, Teh, CI, Low BK. "Reliability analysis of laterally loaded piles using response surface methods". Structural Safety, 22(4), 335-355, 2000.
19. [19] Rajeswari JS, Sarkar R. “Reliability analysis of single pile in lateral spreading ground: A three-dimensional investigation”. Geohazards, 86, 383-398, 2021.
20. [20] Lu J, Xu R, Li X. "Application of response surface methodology in organic matter soil stabilization”. The Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 20(8), 3633-3646, 2015
21. [21] Güllü H., Fedakar Hİ. “Response surface methodology for optimization of stabilizer dosage rates of marginal sand stabilized with sludge ash and fiber based on UCS performances”. KSCE Journal of Civil Engineering, 21(5), 1717-1727, 2017.
22. [22] Madun A, Meghzili SA, Tajudin SAA, Yusof MF, Zainalabidin MH, Al-Gheethi AA, Md Dan MF, Ismail MAM. “Mathematical solution of the stone column effect on the load bearing capacity and settlement using numerical analysis”. International Seminar on Mathematics and Physics in Sciences and Technology, Malaysia, 28-29 October 2017.
23. [23] Bell FG. “Lime stabilization of clay minerals and soils”. Engineering Geology, 42(2), 223-237, 1996
24. [24] Ghobadi MH, Abdilor Y, Babazadeh R. “Stabilization of clay soils using lime and effect of pH variationson shear strength parameters”. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 73(2), 611-619, 2013.
25. [25] Raja PSK, Thyagaraj T. “Effect of short-term sulphate contamination on lime-stabilized expansive soil”. International Journal of Geotechnical Engineering, 15(8), 964-976, 2021.
26. [26] Yılmaz F, Demir E. “Freezing-thawing and wettingdrying behavior of clayey soil stabilized with lime and silica fume”. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12(3), 1724-1732, 2019.
27. [27] Wang D, Korkiala-Tanttu L. “1-D compressibility behaviour of cement-lime stabilized soft clays”. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 24(7), 1013-1031, 2020. Lei H, Lou J, Li X, Jiang M. “Stabilization effect of anionic polyacrylamide on marine clay treated with lime”. International Journal of Geomechanics, 2020. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001680
28. [28] National Lime Association. “Lime-treated Soil Construction Manual: Lime Stabilization and Lime Modification”. National Lime Association, USA, 41, 2003
29. [29] Kestler MA. “Stabilization Selection Guide For Aggregate-And Native-Surfaced Low-Volume Roads”. Department of Agriculture. Forest Service. USA National Technology & Development Program.
30. [30] Trial version 12, Stat-Ease Inc., Minneapolis, MN, USA.
31. [31] Wu JTH, Tung SCY. “Determination of model parameters for the hardening soil model”. Transportation Infrastructure Geotechnology, 7(3), 55-68, 2020.
32. [32] Szendefy J. “Impact of the soil-stabilization with lime”. Proceedings of the 18th İnternational Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris, France, 02-06 September 2013.
33. [33] Jasim OH, Çetin D. “Effect of sawdust usage on the shear strength behavior of clayey silt soil”. Sigma, 34(1), 31-41, 2016.
34. [34] Durmaz M. “Killi zeminlerin kireç ile stabilizasyonunun deneysel çalışması ve sonuçların istatistiksel değerlendirilmesi”. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 18, 973-980, 2020.