Farklı Numune Geometrileri Arasında Tek Eksenli Basınç Dayanımı Tahmini İçin Makine Öğrenmesine Dayalı Dönüşüm Modeli Geliştirilmesi


Özet Görüntüleme: 25 / PDF İndirme: 18

Yazarlar

  • Murat IŞIK
  • Mehmet Ali YALÇINKAYA
  • Deniz AKBAY Çanakkale Onsekiz Mart University
  • Murat SERT
  • Gökhan EKİNCİOĞLU

DOI:

https://doi.org/10.5281/zenodo.17992416

Anahtar Kelimeler:

Tek eksenli basınç dayanımı, numune geometrisi, silindir-küp, beton, makine öğrenmesi

Özet

Tek eksenli basınç dayanımı (TBD), mühendislik yapılarının tasarımı ve inşası, yeraltı kazıları, şev stabilitesi gibi projelerde kaya mühendisliği için en önemli tasarım parametrelerinden biridir. TBD testi için gerekli olan numunelerin bazı ulusal ve uluslararası standartlarda önerildiği şekilde hazırlanması gerekmektedir. Özellikle kaya yapısı zayıf ve kırılgan olduğunda istenilen boyutlarda ve sayıda numune temin edebilmek mümkün olmamaktadır. Böyle durumlarda, farklı standartlarda önerilmiş alternatif numune boyutları ve geometrileri tercih edilebilmektedir. Numune şekli ve boyutunun TBD üzerindeki etkisi literatürde uzun süredir araştırılmakta olup, bu etki büyük ölçüde anlaşılmıştır. Ancak farklı geometrilere sahip numunelerden elde edilen TBD değerleri arasındaki ilişkinin literatürde ortaya konmadığı görülmektedir. Özellikle kaya örnekleri üzerinde yapılan karşılaştırmalı çalışmaların olmadığı fark edilmiştir. Literatürde önerilen bazı dönüşüm denklemlerinin, silindirik ve kübik numuneler arasındaki dayanım geçişini de yeterli doğrulukla tahmin edemediği belirlenmiştir. Bu çalışmada, kübik numunelerden elde edilen TBD değerlerinden silindirik numunelere ait değerlerin tahmin edilmesi amacıyla çeşitli makine öğrenmesi (ML) temelli regresyon algoritmaları uygulanmıştır. Doğrusal regresyon, ağaç tabanlı modeller, ansambl öğrenme yöntemleri, çekirdek tabanlı algoritmalar ve dayanıklı regresyon teknikleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Modellerin performansı, 5 katlı çapraz doğrulama yöntemi ile belirlenmiş ve başarı ölçütleri olarak R², MAE, MAPE ve RMSE kullanılmıştır. Elde edilen bulgular, özellikle Huber Regressor ve SVR gibi modellerin yüksek doğrulukla tahmin sağladığını göstermekte; klasik dönüşüm katsayılarına kıyasla daha dar hata aralıkları ve güçlü genelleme yeteneği sunduklarını ortaya koymaktadır. Bu sonuçlar, makine öğrenmesi tabanlı modellerin, beton ve kaya gibi heterojen malzemelerde farklı numune geometrileri arasında TBD dönüşümünü sağlamak için etkin bir araç olabileceği sonucuna varılmıştır.   

Referanslar

Akter, T., Vahid, Md. F. and Siddique, A.B., 2017. Strength variation of concrete between cylindrical and cubical specimen due to various proportion of ingredients. Sonargaon University Journal, 2(2), 56-64.

Al-Rkaby, A.H. and Alafandi, Z.M., 2015. Size effect on the unconfined compressive strength and Modulus of elasticity of limestone rock. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 20(12), 1393-1401.

ASTM C170/C170M, “Standard Test Method for Compressive Strength of Dimension Stone”, American Society for Testing and Materials, USA, 2019

ASTM C39/C39M, “Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens”, American Society for Testing and Materials, USA, 2021

ASTM D7012, “Standard Test Methods for Compressive Strength and Elastic Moduli of Intact Rock Core Specimens under Varying States of Stress and Temperatures, USA, 2019

Bazant, Z.P., and Planas, J., 1998. Fracture Size Effect in Concrete and Other Quasibrittle Materials, CRC Press, Routledge, New York, 1st edn, 640 pp.

Bing, H. and Yuan, H., 2023. Experimental research on compressive strength-size effect and mechanical properties of cement-based grout. Construction and Building Materials, 373, 130882. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2023.130882

Che, Y., Ban, S.L., Cui, J.Y., Chen, G. and Song, Y.P., 2011. Effect of Specimen Shape and Size on Compressive Strength of Concrete. Advanced Materials Research, 163–167, 1375–1379. https://doi.org/10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMR.163-167.1375

Chung, K. L., Ghannam, M. and Zhang, C., 2018. Effect of Specimen Shapes on Compressive Strength of Engineered Cementitious Composites (ECCs) with Different Values of Water-to-Binder Ratio and PVA Fiber. Arabian Journal for Science and Engineering, 43(4), 1825–1837. https://doi.org/10.1007/S13369-017-2776-8/METRICS

CSA A23.2-9C / A23.2-14C “Accelerating the Curing of Concrete Cylinders and Determining Their Compressive Strength”, Canada, 2014

De La Rosa, Á., and Ruiz, G., 2025. A new approach to the study of the size and the geometry effect on compressive strength in concrete. Results in Engineering, 25, 104261. https://doi.org/10.1016/J.RINENG.2025.104261

De Larrard, F., Belloc, A., Renwez, S. and Boulay, C., 1994. Is the cube test suitable for high performance concrete?. Materials and Structures, 27, 580-583.

Dehestani, M., Nikbin, I.M., and Asadollahi, S., 2014. Effects of specimen shape and size on the compressive strength of self-consolidating concrete (SCC). Construction and Building Materials, 66, 685–691. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2014.06.008

Dirige, A.P. and Archibald, J., 2006. The effects of geometry on the uniaxial compressive strength properties of intact rock core specimens. Golden Rocks 2006, The 41st U.S. Symposium on Rock Mechanics (USRMS), 17-21 June 2006, Golden, Colorado, D.P. Yale (ed.), American Rock Mechanics Association, paper no. 06-1016.

Elwell, D.J. and Gongkang Fu, G., 1995. Compression testing of concrete: Cylinders vs. cubes. Transportation research and development bureau, Special Report 119.

Felekoğlu, B., and Türkel, S. 2005. Effects of Specimen Type and Dimensions on Compressive Strength of Concrete. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 18(4), 639–645.

GB/T 9966.1 “Test methods for natural stone - Part 1: Determination of dry, wet and after freezing compressive strength” England, 2020

Huber, P.J., 1964. Robust estimation of a location parameter. The Annals of Mathematical Statistics, 35(1), 73–101.

IS 516: Part 1 : Sec 1, “Hardened concrete methods of test part 1 testing of strength of hardened concrete section 1 compressive,flexucal and split tensile strength (First Revision)”, India, 2021

ISRM, “International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering” Portugal, 2007

JIS A 1108, “Method of test for compressive strength of concrete”, Japan, 2018

Jiang, Y., Wu, L. and Li, H., 2021. Robust regression methods for structural engineering applications. Engineering Structures, 243, 112671.

Judd, J., Fonseca, F., Day, B., Reynolds, M. and Moffett, T., 2023. Effect of size and water content on the compressive strength of mortar. Construction and Building Materials, 368, 130505. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2023.130505

Kusumawardaningsiha, Y., Fehling, E. and Ismail, M. 2015. UHPC compressive strength test specimens: Cylinder or cube? Procedia Engineering, 125, 1076-1080.

Li, M., Hao, H., Shi, Y. and Hao, Y. 2018. Specimen shape and size effects on the concrete compressive strength under static and dynamic tests. Construction and Building Materials, 161, 84–93.

Li, Y., Zhang, C., Mao, J., Liu, J., Wang, J., Cao, S. and Cao, X., 2025. Optimizing steel fiber content and holding time for enhanced mechanical properties of UHPC prepared via prepressure technology. Construction and Building Materials, 467, 140099. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2025.140099

Mardani-Aghabaglou, A., Bayqra, S.H., Nobakhtjoo, A., Mardani-Aghabaglou, A., Bayqra, S.H. and Nobakhtjoo, A., 2021. Specimen size and shape effects on strength of concrete in the absence and presence of steel fibers. Revista de La Construcción, 20(1), 128–144. https://doi.org/10.7764/RDLC.20.1.128

Nalon, G.H., Martins, R.O.G., De Cássia Silva Sant’ana Alvarenga, R., De Lima, G.E.S., Pedroti, L.G. and Dos Santos, W.J., 2017. Effect of specimens’ shape and size on the determination of compressive strength and deformability of cement-lime mortars. Materials Research, 20, 819–825. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2016-1006

Pachideh, G., Gholhaki, M., Aljenabi, A. and Rezaifar, O., 2024. Compressive strength ratios of concretes containing pozzolans under elevated temperatures. Heliyon, 10(5), e26932. https://doi.org/10.1016/J.HELIYON.2024.E26932

Rasmussen, C. E. and Williams, C.K.I., 2006. Gaussian Processes for Machine Learning. MIT Press.

Reddy, V.S., Rao, M.S. and Shrihari, S., 2019. Strength conversion factors for concrete based on specimen geometry, aggregate size and direction of loading International Journal of Recent Technology and Engineering, 8(2), 2125-2130.

Riedel, P. and Leutbecher, T., 2017. Effect of specimen size on the compressive strength of ultra-high performance concrete. AFGC-ACI-fib-RILEM Int. Symposium on Ultra-High Performance Fibre-Reinforced Concrete, UHPFRC 2017 – 2-4 October, 2017, Montpellier, France, 251-260.

Rincon, A., Torres, M. and Lopez, D., 2022. Comparative analysis of compressive strength in cube and cylinder concrete specimens. Construction and Building Materials, 328, 127052.

Smola, A.J. and Schölkopf, B., 2004. A tutorial on support vector regression. Statistics and Computing, 14(3), 199–222.

Sudin, M.A.S. and Ramli, M., 2014. Effect of specimen shape and size on the compressive strength of foamed concrete. MATEC Web of Conferences, 10. https://doi.org/10.1051/MATECCONF/20141002003

Talaat, A., Emad, A., Tarek, A., Masbouba, M., Essam, A. and Kohail, M., 2021. Factors affecting the results of concrete compression testing: A review. Ain Shams Engineering Journal, 12(1), 205-221.

TS EN 12390-3, “Testing hardened concrete - Part 3: Compressive strength of test specimens”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2019

TS EN 1926, “Natural stone test methods - Determination of uniaxial compressive strength”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2006

Van Vliet, M.R.A. and Van Mier, J.G.M., 1996. Experimental investigation of concrete fracture under uniaxial compression, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 1(1), 115–127.

Viso, J.R.D., Carmona, J.R. and Ruiz, G., 2008. Shape and size effects on the compressive strength of high-strength concrete, Cement and Concrete Research, 38(3), 386–395.

Walz, K., 1957. Gestaltfestigkeit von Betonkörpern. Schriftenreihe Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 122, Ernst & Sohn, Berlin.

Wu, B., Zhang, S. and Yang, Y., 2015. Compressive behaviors of cubes and cylinders made of normal-strength demolished concrete blocks and high-strength fresh concrete. Construction and Building Materials, 78, 342–353. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2015.01.027

Zabihi, N. and Eren, Ö., 2014. Compressive strength conversion factors of concrete as affected by specimen shape and size, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 7(20), 4251–4257.

İndir

Yayınlanmış

2025-12-20

Nasıl Atıf Yapılır

IŞIK, M., YALÇINKAYA, M. A., AKBAY, D., SERT, M., & EKİNCİOĞLU, G. (2025). Farklı Numune Geometrileri Arasında Tek Eksenli Basınç Dayanımı Tahmini İçin Makine Öğrenmesine Dayalı Dönüşüm Modeli Geliştirilmesi. ARCENG (INTERNATIONAL JOURNAL OF ARCHITECTURE AND ENGINEERING) ISSN: 2822-6895, 5(2), 295–307. https://doi.org/10.5281/zenodo.17992416