Genleştirilmiş polistren (EPS) geofoam malzemenin mekaniközelliklerinin ve davranışlarının incelemesi

Abstract

Genleştirilmiş polistren (EPS) geofoam blokları, inşaat mühendisliği alanında çeşitli amaçlar için kullanılmaktadır. Bu malzemelerin modelleme ve dizayn için en önemli iki özelliği başlangıç elastik modülü ve basınç dayanımıdır. Araştırmanın ilk bölümünde serbest basınç testi farklı şekillere (küp ya da disk), boyutlara (küp numuneler için 50 mm, 100 mm ve 300 mm ve disk numuneler için 50 mm, 65 mm ve 100 mm çaplarda ve farklı en-boy oranlarında) ve yoğunluklara sahip (14,22 ve 26 kg/m3) EPS geofoam numuneler üzerinde serbest basınç testleri yapılarak numunelerin, başlangıç elastik modülleri ve basınç dayanımları belirlendi. Farklı yükleme hızlarına sahip 356 adet serbest basınç testi gerçekleştirildi. Araştırmanın ikinci bölümünde, birinci bölümde elde edilen 294 adet test sonucu kullanılarak regresyon analizi ile EPS geofoam malzemesinin başlangıç elastik modülü ve basınç dayanımı tahmin edilmeye çalışıldı. Elde edilen ampirik denklemler ile küp ve disk numunelerin %5 birim şekil değiştirmedeki gerilme (σ5) ve %10 birim şekil değiştirmedeki (σ10) gerilme değerlerinin tahmininde 0.96 ve yukarısındaki R2 değerleri ile oldukça iyi korelasyonlar elde edildi. Küp numunelerde, %1 şekil değiştirmedeki gerilme (σ1) ve başlangıç elastisite modülü (𝐸𝑖) için R2 değeri 0.94 iken bu değer disk numuneler için 0.76'ya düşmektedir. Bu nedenle, disk numunelerin ve 𝐸𝑖 ve σ1 değerlerini güvenilir bir şekilde tahmin edebilmek için daha önce geliştirilen yapay sinir ağları (YSA) algoritması kullanıldı. Test sonuçlarının geri kalan kısmı, regresyon analizlerinden ve YSA algoritmasından tahmin edilen değerlerin gerçek değerler ile karşılaştırılması için kullanıldı. YSA algoritması ile disk numunelerin 𝐸𝑖 ve σ1 değerleri 0.9874 ve 0.9876 R2 değerleri ile başarılı bir şekilde tahmin edildi.Expanded polystyrene (EPS) geofoam blocks have been used for various purposes in civil engineering applications. The initial elastic modulus and compressive strength are considered to be the two most significant engineering properties of these materials for modeling and design. In the first part of this study, unconfined compression tests on EPS geofoam samples having different shapes (cubic or disc), dimensions (50 mm, 100 mm and 300 mm for cubic samples and diameters of 50 mm, 65 mm and 100 mm with different aspect ratios for disc samples) and densities (14, 22 and 26 kg/m3) are performed to determine initial elastic modulus and compressive strength. 356 unconfined compression tests with different loading rates are performed. In the second part, 294 of the test results obtained in the first part are used to predict the initial elastic modulus and the compressive strength of EPS geofoam by using regression analysis. Predicted strength values at 5% strain (σ5) and 10% strain (σ10) were excellently correlated with real values by higher than 0.96 R2 values for both cubic and disc samples. The R2 value is 0.94 for initial modulus of elasticity (𝐸𝑖), strength values at 1% strain (σ1) for cubic samples whereas the figure is 0.76 for disc samples. To predict reliable 𝐸𝑖 and σ1 values for disc specimens between effecting parameters, a previously developed ANN (artificial neural network) algorithm is used. The rest of the test results are used to compare the results of predicted figures from the regression analyses and ANN algorithm. ANN algorithm successfully predicted the initial modulus of elasticity (𝐸𝑖), the strength values at 1% strain (σ1) outputs with R2 values of 0.9874 and 0.9876 respectively.