SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Ali Serdar Kuzgunkaya; Yasin Doğukan Sürek; Ömer Akman; Yüksel Samberk Kirikci; Ermedin Totiç

TR EN

SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Abstract

Geoteknik mühendisliğinde zemin özellikleri, yapıların performansı açısından kritik öneme sahiptir. Yapıların projelendirilmesi mevcut zemin koşullarına göre yapılmaktadır. Ancak daha sonra zeminde meydana gelebilecek sıcaklık değişimleri, özellikle kil gibi su tutma kapasitesi yüksek zeminlerde, yapıların performansını olumsuz etkileyebilir. Bu çalışmada, yüksek sıcaklığın Bartın killi zemininin geoteknik özellikleri üzerindeki etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Bartın’dan alınan kil numunesi 20–700 °C aralığında farklı sıcaklıklara maruz bırakılmış ve her bir sıcaklık seviyesi için elek ve hidrometre analizleri, kıvam limitleri, piknometre ve serbest basınç deneyleri uygulanmıştır. TG–DTG, XRD ve SEM analizleri ile mikroyapısal değişimler incelenmiş ve geoteknik özelliklerdeki sıcaklığa bağlı farklılıklar bu dönüşümlerle ilişkilendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, sıcaklık artışının zeminin geoteknik ve mineralojik özellikleri üzerinde belirgin etkiler oluşturduğunu göstermekte olup, bu bulgular zemin mühendisliği uygulamalarında sıcaklık etkisinin dikkate alınmasının önemini ortaya koymaktadır.

Keywords

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE EFFECT OF TEMPERATURE ON THE GEOTECHNICAL PROPERTIES OF BARTIN CLAYS

Abstract

In geotechnical engineering, soil properties play a critical role in the performance of engineering structures. The design of structures is generally carried out based on existing ground conditions. However, temperature changes occurring in clay soils with high water retention capacity may adversely affect structural performance. In this study, the effects of elevated temperature on the geotechnical properties of Bartın clay were experimentally investigated. Clay samples obtained from the Bartın region were subjected to temperatures ranging from 20 to 700 °C, and sieve and hydrometer analyses, consistency limit tests, pycnometer tests, and unconfined compression tests were conducted at each temperature level. Microstructural changes were examined using TG–DTG, XRD, and SEM analyses, and temperature-induced variations in geotechnical properties were correlated with these transformations. The results indicate that increasing temperature leads to significant changes in the geotechnical and mineralogical characteristics of the soil, highlighting the importance of considering temperature effects in geotechnical engineering applications.

Keywords

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

TÜBİTAK-2209-A: 1919B012302213

Ethical Statement

This manuscript was entirely written, edited, analyzed, and prepared without the assistance of any artificial intelligence tools. All content, including text, data analysis, and figures, was solely generated by the authors.

Thanks

This study was conducted within the scope of the TÜBİTAK-2209-A - University Students Research Projects Support Program (Project No: 1919B012302213). The authors thank TÜBİTAK for its financial support.

References

Abu-Zreig, M. M., Al-Akhras, N. M., & Attom, M. F. (2001). Influence of heat treatment on the behavior of clayey soils. Applied Clay Science, 20(3), 129–135. https://doi.org/10.1016/S0169-1317(01)00066-7
Abuel-Naga, H. M., Bergado, D. T., Bouazza, A., & Ramana, G. V. (2007). Volume change behaviour of saturated clays under drained heating conditions: experimental results and constitutive modeling. Canadian Geotechnical Journal, 44(8), 942–956. https://doi.org/10.1139/t07-031
Brown, G., & G.W. Brindley. (1980). X-ray diffraction procedures for claymineral identification. In Crystal structures of clay minerals and their X-ray identification, edited by G.W. Brindley and G. Brown, 305-359. Mineralogical Society of Great Britain and Ireland.
Burghignoli, A., Desideri, A., & Miliziano, S. (2000). A laboratory study on the thermomechanical behaviour of clayey soils. Canadian Geotechnical Journal, 37(4), 764–780. https://doi.org/10.1139/t00-010
Cekerevac, C., & Laloui, L. (2004). Experimental study of thermal effects on the mechanical behaviour of a clay. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 28(3), 209–228. https://doi.org/10.1002/nag.332
Certini, G. (2005). Effects of fire on properties of forest soils: A review. Oecologia, 143(1), 1-10. https://doi.org/10.1007/s00442-004-1788-8
DeBano, L. F. (2000). The role of fire and soil heating on water repellency in wildland environments: a review. Journal of Hydrology, 231, 195–206. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(00)00194-3
EN 1991-1-2:2002. Eurocode 1: Actions on structures – Part 1 2: General actions – Actions on structures exposed to fire. European Committee for Standardization (CEN).

Graham, J., Tanaka, N., Crilly, T., & Alfaro, M. (2001). Modified Cam-Clay modelling of temperature effects in clays. Canadian Geotechnical Journal, 38(3), 608–621. https://doi.org/10.1139/t00-125
Grim, R. E. (1968). Clay mineralogy. McGraw-Hill Book Company, Inc. New York.
Hillel, D., 1998. Environmental Soil Physics: Fundamentals, Applications, and Environmental Considerations, 771 pp. Academic Press, San Diego, California.
Hueckel, T., & Borsetto, M. (1990). Thermoplasticity of saturated soils and shales: constitutive equations. Journal of geotechnical engineering, 116(12), 1765-1777. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1990)116:12(1765)
Karunadasa, K. S. P., Manoratne, C. H., Pitawala, H., & Rajapakse, R. M. G. (2019). Thermal decomposition of calcium carbonate (calcite polymorph) as examined by in-situ high-temperature X-ray powder diffraction. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 134, 21–28. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2019.05.023
Lingnau, B. E., Graham, J., Yarechewski, D., Tanaka, N., & Gray, M. N. (1996). Effects of temperature on strength and compressibility of sand-bentonite buffer. Engineering Geology, 41(1–4), 103–115. https://doi.org/10.1016/0013-7952(95)00028-3
Liu, X., Liu, X., & Hu, Y. (2015). Investigation of the thermal behaviour and decomposition kinetics of kaolinite. Clay Minerals, 50(2), 199–209. https://doi.org/10.1180/claymin.2015.050.2.04
Maghsoodi, S., Cuisinier, O., & Masrouri, F. (2020). Thermal effects on mechanical behaviour of soil–structure interface. Canadian Geotechnical Journal, 57(1), 32–47. https://doi.org/10.1139/cgj-2018-0583
Mitchell, J. K., Soga, K., & O'Sullivan, C. (2025). Fundamentals of soil behavior. John Wiley & Sons.
NFPA 251. (2021). Standard methods of fire tests of building construction and materials. National Fire Protection Association.
Polat, O. (2009). Killi zeminlerin mekanik özelliklerinin yüksek sıcaklık ile iyileştirilmesi (Tez No. 259397) [Yüksek lisans tezi, Kocaeli Üniversitesi]. Ulusal Tez Merkezi.
Rodriguez-Navarro, C., Ruiz-Agudo, E., Luque, A., Rodriguez-Navarro, A. B., & Ortega-Huertas, M. (2009). Thermal decomposition of calcite: Mechanisms of formation and textural evolution of CaO nanocrystals. American Mineralogist, 94(4), 578–593. https://doi.org/10.2138/am.2009.3021
Tan, Ö., Yılmaz, L., & Zaimoğlu, A. S. (2004). Variation of some engineering properties of clays with heat treatment. Materials Letters, 58(7–8), 1176–1179. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2003.08.030
Wang, M. C., Benway, J. M., & Arayssi, A. M. (1990). The effect of heating on engineering properties of clays. In Physico-chemical aspects of soil and related materials. ASTM International.
Wohlbier, H., & Henning, D. (1969). Effect of preliminary heat treatment on the shear strength of kaolinite clay. Highway Research Board Special Report, 103.
Yavari, N., Tang, A. M., Pereira, J. M., & Hassen, G. (2016). Effect of temperature on the shear strength of soils and the soil–structure interface. Canadian Geotechnical Journal, 53(7), 1186–1194. https://doi.org/10.1139/cgj-2015-0355
Yılmaz, G. (2011). The effects of temperature on the characteristics of kaolinite and bentonite. Scientific Research and Essays, 6(9), 1928–1939. https://doi.org/10.5897/SRE10.727
Zhuang, D., Chen, Z., & Sun, B. (2025). Thermal Decomposition of Calcium Carbonate at Multiple Heating Rates in Different Atmospheres Using the Techniques of TG, DTG, and DSC. Crystals, 15(2). https://doi.org/10.3390/cryst15020108

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Civil Geotechnical Engineering

Journal Section

Research Article

Authors

Ali Serdar Kuzgunkaya
0009-0009-0474-0966
Türkiye

Yasin Doğukan Sürek
0009-0000-8816-1834
Türkiye

Ömer Akman
0009-0002-1139-9443
Türkiye

Yüksel Samberk Kirikci
0009-0003-5321-3341
Türkiye

Ermedin Totiç ^*
0000-0002-4073-0265
Türkiye

Publication Date

June 3, 2026

Submission Date

January 6, 2026

Acceptance Date

April 17, 2026

Published in Issue

Year 2026 Volume: 29 Number: 2

IZ

https://izlik.org/JA96AC46XM

Cite

RIS / Bibtex

APA

Kuzgunkaya, A. S., Sürek, Y. D., Akman, Ö., Kirikci, Y. S., & Totiç, E. (2026). SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 29(2), 742-754. https://izlik.org/JA96AC46XM

AMA

1.Kuzgunkaya AS, Sürek YD, Akman Ö, Kirikci YS, Totiç E. SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ. KSU J. Eng. Sci. 2026;29(2):742-754. https://izlik.org/JA96AC46XM

Chicago

Kuzgunkaya, Ali Serdar, Yasin Doğukan Sürek, Ömer Akman, Yüksel Samberk Kirikci, and Ermedin Totiç. 2026. “SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 29 (2): 742-54. https://izlik.org/JA96AC46XM.

EndNote

Kuzgunkaya AS, Sürek YD, Akman Ö, Kirikci YS, Totiç E (June 1, 2026) SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 29 2 742–754.

IEEE

[1]A. S. Kuzgunkaya, Y. D. Sürek, Ö. Akman, Y. S. Kirikci, and E. Totiç, “SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ”, KSU J. Eng. Sci., vol. 29, no. 2, pp. 742–754, June 2026, [Online]. Available: https://izlik.org/JA96AC46XM

ISNAD

Kuzgunkaya, Ali Serdar - Sürek, Yasin Doğukan - Akman, Ömer - Kirikci, Yüksel Samberk - Totiç, Ermedin. “SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 29/2 (June 1, 2026): 742-754. https://izlik.org/JA96AC46XM.

JAMA

1.Kuzgunkaya AS, Sürek YD, Akman Ö, Kirikci YS, Totiç E. SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ. KSU J. Eng. Sci. 2026;29:742–754.

MLA

Kuzgunkaya, Ali Serdar, et al. “SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ”. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 29, no. 2, June 2026, pp. 742-54, https://izlik.org/JA96AC46XM.

Vancouver

1.Ali Serdar Kuzgunkaya, Yasin Doğukan Sürek, Ömer Akman, Yüksel Samberk Kirikci, Ermedin Totiç. SICAKLIĞIN BARTIN KİLLERİNİN GEOTEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ. KSU J. Eng. Sci. [Internet]. 2026 Jun. 1;29(2):742-54. Available from: https://izlik.org/JA96AC46XM