Ayşe PEKRİOĞLU BALKIS, Bestun SHWAN, Svala SURCHI

Doymamış Kumlarda Toprağın Suyu Tutma Eğrisi Tayini, Karşılaştırmalı Çalışma - Asılı Kolon Tekniğine Karşı Filtre Yöntemi

Toprağın su tutma özelliği, genel olarak sulama, hidroloji, jeoteknik mühendisliği ve toprak bilimi alanlarında birçok uygulamada kullanılan temel toprak özelliğidir ve literatürde toprağın suyu tutma eğrisini elde etmek için kullanılan farklı yöntemler bulunmaktadır. Filtre kağıdı yöntemi ve Asılı sütun test yöntemleri bunlardan ikisidir. Filtre kağıdı yönteminin kum zeminler için kullanımı literatürde oldukça sınırlıdır. Her ne kadar filtre kağıdı yöntemi, doymamış topraklarda emme ölçmenin dolaylı bir yöntemi olsa da, ince daneli doymamış kumlar için geniş çapta kullanılmamıştır. Bu nedenle, bu çalışma doymamış ince kumlar için filtre yönteminin kullanımı hakkında bilgi edinilmesi amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu nedenle, bu çalışmada, iki farklı granülometriye sahip kum tipi zeminde matris emişini ölçmek için filtre kağıdı yöntemi kullanılarak bu yöntemin etkinliğinin belirlenmesi amaçlamaktadır. Numuneler su pluviasyonu tekniği kullanılarak hazırlanmıştır ve farklı doyma derecesi değerleri elde edilmiştir. Bu, emme ölçümünü ve toprak su tutma eğrisinin şeklini tam olarak tanımlamak için yapılmıştır. Emme değerleri, üç farklı kalibrasyon kullanılarak elde edildi, bunlar Chandler ve arkadaşları (1992), ASTM D5298-03 (2007) ve Marinho ve diğ. (2006)’dır. Zemin-1 için (Chandler ve diğerleri) tarafından önerilen eşitlikten elde edilen matris emme değerleri (3.523 ila 45.233 kPa), 1.5 ila 41.05 kPa (ASTM) ve 1.04 ila 45.6 (Oliveira & Marinho)’dur. Zemin-2 için en yüksek emme değeri 5.02 kPa (Chandler ve diğerleri) ve 2.75 kPa iken, sırasıyla (ASTM, Oliveira ve Marinho, 2006) denklemleri kullanılarak 2.29 kPa emme değeri gözlenmiştir. En düşük emme değerleri 2.96 kPa (Chandler ve diğerleri), 1.03 kPa ASTM D5298-03 (2007) ve 0.68 kPa'dır (Oliveira ve Marinho, 2006). Filtre kağıdı yönteminden elde edilen sonuçlar daha sonra asılı kolon tekniği sonuçları ile karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, iki yöntem arasındaki benzerlikleri/farklılıkları belirlemek ve avantajlı/dezavantajlı durumları değerlendirmek amacıyla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, Zemin-1'in Zemin 2’ye göre filtre kağıdı yöntemi için daha uygun bir zemin olduğunu göstermiştir. Ve bu sonuç, ince kum zeminde filtre kağıdı yönteminin kullanılabileceğinin bir göstergesidir.

Determination of SWRC for Unsaturated Sands, Comparative Study – Filter Paper Method Versus Hanging Column Technique

Soil water retention characteristic is the key soil property used in many applications in the fields of irrigation, hydrology, geotechnicalengineering and soil science in general and there are different methods used to obtain SWRC. Filter paper method and Hanging columntest methods are two of them. The use of filter paper method for sands is quite limited in the literature in which only a number of studieshave been conducted using this method. This study, therefore, aims to use the filter paper method for measuring matric suction for twodifferent types of sands. Samples were prepared using the water pluviation technique. The samples were left to dry out and thenmonitored by weight to obtain different values of degree of saturation. This is to extend suction measurement beyond the residual suctionand to fully define the shape of the soil water retention curve. The filter paper method then was validated with the hanging columntechnique, which is a method of controlling and applying suction. The obtained results are presented in order to highlight the differences/ similarities between the methods and the advantages / disadvantages of each one. Suction values were derived using three differentcalibrations proposed by Chandler et al. (1992), ASTM D5298-03 (2007) and Marinho et al. (2006) for Whattman 42 filter paper. Matricsuction obtained from equation recommended by (Chandler et. al) ranged from (3.523 to 45.233 kPa), 1.5 to 41.05 kPa by (ASTM) and1.04 to 45.6 by (Oliveira & Marinho)’s recommendations for Soil-1. While for Soil-2 the highest suction value was 5.02 kPa (Chandleret al.) and 2.75 kPa, 2.29 kPa were observed by using (ASTM, Oliveira & Marinho, 2006) equations respectively. The lowest suctionvalues were 2.96 kPa (Chandler et al.), 1.03 kPa ASTM D5298-03 (2007) and 0.68 kPa (Oliveira & Marinho, 2006). Although the FPis an indirect method of measuring suction in unsaturated soils, it has not been utilized broadly for fine-grained unsaturated sands.Results also showed that as degree of saturation increases suction values decreases. The use of the filter paper method for unsaturatedfine sands is quite limited in the literature in which only a number of studies can be found using the filter paper method for unsaturatedsands. Therefore, this paper provides an insight on the use of filter method for unsaturated fine sands. Testing two sand soil with differentparticle size distribution showed that Soil 1 is better than Soil 2 to be used for FP method. And this result is a good show for the rangeof utilization of FP method in fine sand soil.

PDF

___

[1] G. Quagliga et al., “New device for experimental determination of the soil-water retention surface,” Proceedings of the XV PanAmerican Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Buenos Aires, Argentina, 15-18 November, pp. 2012- 2219.
[2] D. G. Fredlund and H. Rahardjo, “Soil mechanics for unsaturated soils,” John Wiley & Sons., 1993.
[3] S. L. Houston, W. N. Houston and A. M. Wagner, “Laboratory Filter Paper Measurements,” Geotechnical Testing Journal, vol. 17, no. 2, pp. 185-194., 1994.
[4] Whatman, https://static.fishersci.eu/content/dam/fishersci/en_EU/promotions/GE_whatmam_filtration_offers/Brochures/Fisher%20Q4%20P romo%20Brochure_SEK_PRINT.pdf
[5] R. J.Chandler, M. S. Crilley and G. Montgomery- Smith, “A low-cost method of assessing clay desiccation for lowrise buildings,” Proc. Instn. Civ. Engrs Civ. Engng., pp. 82-89, 1992.
[6] ASTM D5298-03, (2007) Standard Test Method for Measurement of Soil Potential (Suction) Using Filter Paper, American Society of Testing and Materials. Annual Book of ASTM Standards, Vol.4, No.8
[7] F. A. M. Marinho and O. M. Oliveira, “The filter paper method revised,” ASTM Geotechnical Testing Journal, USA, 29 (3), pp. 250-258, 2006.
[8] G. E. Swarbrick, “Measurement of Soil Suction Using the Filter Paper Method,” Unsaturated Soils: Proceedings, 1st International Conference on Unsaturated Soils, A. A. Balkems, Rotterdam, Netherlands, pp. 653-658,1995.
[9] S. K. Vanopalli, M. N. Nicotera and R. S. Sharma, “Axis Translation and Negative Water Column Techniques for Suction Control,” Geotech Geol Eng, pp. 645–660, DOI 10.1007/s10706-008-9206-3, 2008.
[10]A.M. Tang and Y.J. Cui, “Controlling suction by the vapor equilibrium technique at different temperatures and its application in determining the water retention properties of MX80 clay,” Canadian Geotechnical Journal, vol.42, pp. 287-296, 2005.
[11]G. Yan et al., “The measurement of primary drainage curve using hanging column and large soil column test”, Geo Ottawa, 70th Canadian Geotechnical Conference, 2017
[12]X. Wang and C.H. Benson, “Leak-Free Pressure Plate Extractor For Measuring the Soil Water Characteristic Curve”, Geotechnical Testing Journal, March 2004, DOI: 10.1520/GTJ11392
[13] Seki, K. (2007) SWRC fit - a nonlinear fitting program with a water retention curve for soils having unimodal and bimodal pore structure. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 4: 407-437. DOI:10.5194/hessd-4-407-2007
[14] Bilsel, H.,Uygar, E., Aydin, E. (2000). Characterization of the soil water characteristic curves of selected soils from North Cyprus and determination of their unsaturated permeability functions, Proceedings of the Fourth International Conference, Advances in Civil Engineering, Gazimagusa, 2-4 November, North Cyprus.