Kesme Kutusu Deneyi Nedir?

Kesme kutusu, zeminin kayma dayanımını ölçen en basit ve en eski laboratuvar düzeneğidir. Hem kohezyonlu hem kohezyonsuz zeminlere uygulanabilir ve sonuçları doğrudan tasarım hesaplarına girer.

Zeminin taşıma gücü, bir şevin duraylılığı ve istinat yapısına gelen itki; hepsi kayma dayanımı parametrelerinden türetilir. Bu yüzden kesme kutusu, küçük bir numuneden elde edilen iki sayının (kohezyon ve sürtünme açısı) proje güvenliğini ve maliyetini nasıl belirlediğini gösteren tipik bir deneydir.

Nasıl yapılır?

Numune, kare veya dairesel kesitli iki parçalı kutuya yerleştirilir; kohezyonsuz zeminlerde hedeflenen sıkılıkta yeniden hazırlanır, kohezyonlu zeminlerde örselenmemiş numuneden tıraşlanarak alınır. Üstten sabit bir normal (düşey) yük uygulanır ve gerekiyorsa numunenin bu yük altında konsolide olması beklenir. Ardından kutunun alt yarısı sabit hızda yatay olarak itilirken üst yarı tutulur; yatay kuvvet, yatay yer değiştirme ve düşey hacim değişimi sürekli kaydedilir.

Kayma gerilmesi–yer değiştirme eğrisindeki en büyük değer, o normal gerilme için kayma dayanımıdır. Deney en az üç farklı normal gerilme altında tekrarlanır ve sonuçlar kayma gerilmesi–normal gerilme düzlemine işlenir; noktalardan geçen doğrunun eğiminden içsel sürtünme açısı, düşey ekseni kestiği yerden kohezyon okunur. Kesme işlemi ileri–geri tekrarlanarak büyük deplasmana kadar sürdürülürse artık (rezidüel) dayanım elde edilir; bu değer, eski kayma yüzeyleri bulunan heyelan sahalarının geri analizinde kullanılır.

Avantajları ve sınırları

Deney basit, hızlı ve ekonomiktir; yükleme hızı yeterince yavaş seçildiğinde drenajlı (efektif gerilme) parametrelerini verir. Buna karşılık kayma düzlemi zemin tarafından değil kutunun geometrisi tarafından dayatılır, düzlem üzerindeki gerilme dağılımı düzgün değildir ve boşluk suyu basıncı ölçülemez. Killerde drenajsız davranışın esas olduğu durumlarda üç eksenli basınç deneyi daha güvenilir sonuç verir.

Rapora ve tasarıma etkisi

Elde edilen c ve φ değerleri; sığ temellerde taşıma gücü hesabına, kazı ve dolgu şevlerinin duraylılık analizine, istinat duvarı ile iksa perdesine gelen yanal itkinin hesabına doğrudan girer. Raporda deneyin hangi koşulda yapıldığı (drenajlı/drenajsız, konsolide/konsolidesiz), numunenin alındığı derinlik, doğal su içeriği ve uygulanan normal gerilme aralığı birlikte verilmelidir; koşulu belirtilmemiş bir φ değeri tasarımda kullanılamaz.

Pratikte

En yaygın yanlış anlama, tek bir deneyden çıkan parametre çiftinin sahanın tamamını temsil ettiğinin sanılmasıdır; her kritik tabaka için ayrı numune ve ayrı deney gerekir. Uygulanan normal gerilmeler, sahadaki gerçek gerilme düzeyini kapsayacak şekilde seçilmelidir. Deney programı, zemin etüdü çalışmaları sırasında alınan numunelere ve projenin ihtiyacına göre geoteknik rapor kapsamında belirlenir; şev ve istinat projelerinde şev stabilitesi analizinin girdisi olur.