görüntü işleme teknikleri kullanarak farklı türde zem

368 Pages·2008·8.58 MB·Turkish

EGE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
(DOKTORA TEZİ)

GÖRÜNTÜ İŞLEME TEKNİKLERİ KULLANARAK
FARKLI TÜRDE ZEMİNLERİN MİKROYAPISAL
ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ
Alper SEZER
İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı
Bilim Dalı Kodu: 624.01.00
Sunuş Tarihi: 08/09/2008

Tez Danışmanları: Yrd. Doç. Dr. Selim ALTUN
Dr. Ahmet Burak GÖKTEPE

Bornova-İZMİR

III
Alper SEZER tarafından Doktora tezi olarak sunulan “Görüntü
İşleme Teknikleri Kullanarak Farklı Türde Zeminlerin Mikroyapısal
Özelliklerinin Belirlenmesi” başlıklı bu çalışma E.Ü. Lisansüstü Eğitim
ve Öğretim Yönetmeliği ile E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Eğitim ve
Öğretim Yönergesi’nin ilgili hükümleri uyarınca tarafımızdan
değerlendirilerek savunmaya değer bulunmuş ve 08/09/2008 tarihinde
yapılan tez savunma sınavında aday oybirliği/oyçokluğu ile başarılı
bulunmuştur.

Jüri Üyeleri: İmza

Jüri Başkanı : Yrd. Doç. Dr. Selim ALTUN.............................................
Raportör Üye : Doç. Dr. H. Recep YILMAZ.............................................
Üye : Prof. Dr. M. Yalçın KOCA ...............................................
Üye : Prof. Dr. Ayfer ERKEN….................................................
Üye : Doç. Dr. İsfendiyar EGELİ................................................

V
ÖZET
GÖRÜNTÜ İŞLEME TEKNİKLERİ KULLANARAK FARKLI
TÜRDE ZEMİNLERİN MİKROYAPISAL ÖZELLİKLERİNİN
BELİRLENMESİ
SEZER, Alper
Doktora Tezi, İnşaat Mühendisliği Bölümü
Tez Yöneticileri: Yrd. Doç. Dr. Selim Altun / Dr. Ahmet Burak Göktepe
Eylül 2008, 324 sayfa
Bu çalışmada, görüntü analiz teknikleri kullanılarak granüler zeminlerin
mikroyapısal özellikleri belirlenmiştir. Bu özellikler, farklı granülometri ve orijindeki
granüler zeminlerde gerek şekil faktörleri gerekse zeminlerin fraktal boyutları yardımı
ile ortaya konmuştur. Ayrıca, aynı zeminler üzerinde yapılan dayanım, permeabilite, en
büyük-en küçük boşluk oranları ve kompaksiyon deneyleri ile zeminin bazı mekanik ve
indeks özellikleri belirlenmiştir. Mikroyapısal inceleme ile elde edilen parametrelerin bu
özelliklere etkisi parametrik ve istatistiksel yaklaşımlarla değerlendirilmiştir.
Çalışmanın birinci bölümü amaç ve kapsamı, ikinci bölümü dane şeklinin zemin
özelliklerine etkisinin değerlendirilmesi ile ilgili literatürde yer alan gelişmeleri içerir-
ken, üçüncü bölümde kullanılan zeminlerin özellikleri ele alınmıştır. Dördüncü bölüm-
de, dane şekli ile ilgili parametreler açıklanarak, görüntü analizi, dane görüntüleri üze-
rinde yapılan dijital ölçümler ve fraktal analiz hakkında bilgi verilmiştir. Beşinci bö-
lümde, zeminlerin bazı indeks özellikleri ile dane şekli arasındaki ilişkiler araştırılmıştır.
Bu kapsamda, kum ve çakılların en büyük ve en küçük boşluk oranlarına dört farklı
şekil parametresinin etkisi tartışılmış, dane şeklinin izafi sıkılığa etkisi istatistiksel bir
yaklaşımla ele alınmıştır. Bununla birlikte, yapay sinir ağları ve uyarlanabilir sinirsel
bulanık çıkarım yöntemleri kullanılarak, dane şekli ve granülometri eğrisinden çıkarılan
bazı parametrelere bağlı olarak kumların izafi sıkılık ve maksimum birim hacim ağırlık
değerlerinin tahmini için alternatif yöntemler önerilmiştir. Çalışmanın altıncı kısmında,
kumların CBR ve kesme kutusu deneylerinden belirlenen dayanım ile dane şekil para-
metreleri arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Yedinci bölümde, kumların yerel boşluk
oranları, dane şekli ve dane boyu dağılım eğrisi arası ilişkiler araştırılmıştır. Farklı ince-
likteki kumların permeabilite katsayılarının tahmini için, literatürdeki ampirik bağıntıla-
rın uygunluğu sorgulanmıştır. Sonuç olarak, bu çalışmada, dane şeklini tanımlayan bazı
parametreleri açıklayan istatistiksel değerler ile bu danelerin oluşturduğu zeminlerin
indeks, dayanım, permeabilite gibi özellikleri arasındaki ilişkiler araştırılmıştır.
Anahtar sözcükler: Görüntü işleme algoritmaları, granüler zemin, dane şekli.

VII
ABSTRACT
DETERMINATION OF MICROSTRUCTURAL PROPERTIES OF
DIFFERENT TYPES OF SOILS BY IMAGE PROCESSING
TECHNIQUES
SEZER, Alper
PhD. Thesis in Civil Engineering
Supervisors: Assist. Prof. Dr. Selim Altun / Dr. Ahmet Burak Göktepe
September 2008, 324 pages
In this study, microstructural properties of soils are determined by using image
analysis techniques. These properties are obtained by means of shape factors as well as
the fractal dimensions of soils being from different origins and having different grain
size distributions. Afterwards, strength, permeability, extreme void ratio and compac-
tion tests led to a collection of certain parameters related with mechanical and index
properties of soils. The effect of microstructural properties on those parameters is as-
sessed by parametric and statistical approaches.
The first part of this study comprise the aim and scope, and the second part in-
cludes a literature survey concerning the developments in the determination of effect of
particle shape on soil properties, while the third part includes information about the
materials used in this study. In the fourth part of this study, explaining the parameters
which are identifying the particle shape, information related to image analysis, digital
measurements on particle images and fractal analysis is given. In the fifth part, relation-
ships between a number of index properties of soils and particle shape are investigated.
In this scope, this part includes a discussion on the effect of particle shape on maximum
and minimum void ratios of sands and gravels as well as a statistical approach on the
particle shape - relative density relationships of sands. Moreover, artificial neural net-
works and adaptive neuro-fuzzy inference systems are utilized to propose alternative
methods for the estimation of maximum dry unit weights and relative densities of sands.
In the sixth part of this study, the relationships between the particle shape and the
strength values obtained by Califonia Bearing Ratio and shear box tests are investigated.
The seventh part includes the investigation of relationships between the local void ra-
tios, particle shape and grain size distribution of sands. The suitability of the empirical
equations in the literature is questioned for the estimation of permeability coefficients
belonging to soils of different finenesses. As a consequence, in this study, the relation-
ships between a number of statistical parameters quantitatively defining the particle
shape of grains and the index, strength as well as permeability properties of soil grains
are investigated.
Keywords: Image processing algorithms, granular soil, particle shape.

IX

TEŞEKKÜR
Öncelikle, tez çalışmama desteğini hiç esirgemeyen, çalışmamın
altyapısının oluşturulması esnasında oldukça özverili davranan, çalışma
azimlerini ömrümün kalan kısmında kendime rehber edineceğim değerli
danışmanlarım Sayın Yrd. Doç. Dr. Selim Altun ve Dr. Ahmet Burak
Göktepe’ye teşekkürlerimi sunarım.
Tez izleme toplantılarında görüşlerinden yararlandığım değerli
hocalarım Sayın Doç. Dr. Recep Yılmaz ve Prof. Dr. Yalçın Koca’ya,
mineralojik incelemelerdeki yardımı için Dr. İbrahim Gündoğan’a, CBR
deneylerini gerçekleştirdiğim Karayolları İzmir Bölge Müdürlüğü’ne,
epoksi temin edilmesi esnasında desteğini gördüğüm Sayın Yrd. Doç. Dr.
Şemsi Yazıcı ve Bimen Kadiroğlu’na ve adını burada anmam mümkün
olmayan herkese teşekkürü bir borç bilirim.
Son olarak, bu tezin başından sonuna kadar geçen sürede sayısız
fedakârlık yapan sevgili eşim Gözde Sezer’e ve beni bugünlere getiren
aileme minnettarlığımı özellikle belirtmek isterim.