Genel Kaya Kütlelerin Mühendislik Özellikleri ( jeolojik Mühendisliği ) BÖLÜM 4 KAYA KÜTLELERGNGN MÜHENDGSLGK ÖZELLGKLERG 4.1. GGRGg Günümüzde, mühendislik jeolojisi içerisinde yer alan kaya mühendisliği uygulamaları baGlıca 7 ana gruptan oluGmaktadır. Bunlar madencilik, inGaat mühendisliği ve taG ocağı iGletmeciliğinin yanı sıra radyoaktif atıkların depolanmasından sportif amaçlara kadar kullanılmak üzere inGa edilen büyük yer altı açıklıklarını içermektedir. Açık maden ocağı iGletmeleri ve karayolu yapımı esnasında oluGan Gevlerin stabilitesi, tüneller ve yer altında madene ulaGılmak üzere kazılarda oluGan açıklıklar bu disiplinin çalıGma konuları içerisine girmektedir. Ankraj Tüneller gev stabilitesi Kaya Malzemesi: Kaya kütlesinde eklem, tabakalanma, Gistozite, fay vb. gibi doğal süreksizliklerin arasında kalan ve malzemenin çekilme dayanımının azalmasına neden olabilecek kırık veya zayıflık düzlemi içermeyen kaya parçası. Süreksizlik: Kaya kütlelerinde çekilme dayanımına sahip olmayan (veya çok küçük) tabakalanma, Gistozite, fay vb. gibi zayıflık düzlemleri. Kaya kütlesi: Süreksizlik ağı ile kaya malzemesinin birlikte oluGturdukları kütle. 4.2. KAYA MALZEMESG ve KAYA KÜTLESG Eklemsiz (Masif) Kaya Kütlesi: Bu tür kaya kütleleri bozunma zonunun altında bulunurlar ve masif kumtaGları ve granitler gibi foliasyon içermeyen kaya kütleleri bu gruba girer. Bu tür kütleler, sürekli, homojen, izotrop kayalar olarak kabul edilirler. BAgLICA KAYA KÜTLESG TÜRLERG Kısmen Eklemli Kaya Kütlesi: Üçten az sayıda, devamlılıkları fazla ve kazıldıkları zaman münferit blokların elde edilemediği kaya kütleleridir. Kısmen Bloklu Kaya Kütlesi: Üçten az uyuda süreksizlik içeren, ancak süreksizliklerin arasını yumuGak malzemece dolmuG ve kapalı ikincil süreksizlikler içeren kaya kütleleridir. Kapalı eklem setlerinin birinin deformasyona bağlı olarak açılması durumunda kaya kütlesinde bloklanma geliGir. BoGluklu Kaya Kütlesi: Bu grupta çözünebilir özellikteki kireçtaGları, dolomit, jips, kaya tuzu ve çözülebilir bir çimentoyla tutturulmuG kırıntılı tortul kayaçlar yer almaktadır. Bloklu Kaya Kütlesi: Gyi geliGmiG, açık veya yumuGak dolgu içeren, devamlılığı yüksek, 3 ten fazla sayıda süreksizlik takımı içeren kaya kütleleridir. Bu tür kaya kütlelerinden kazı sırasında blok elde etmek kolaydır. Çok Gözenekli Kaya Kütlesi: Bu tür kaya kütlelerinde, önemli miktardaki gözenekler, kayanın mekanik davranıGlarını etkilerler. Gleri Derecede Fisürlü Kaya Kütlesi: Fisürlü kayalar, önemli ölçüde kırılganlığa ve anizotropiye, ayrıca tüm mekanik özellikleri açısından sapmalara neden olan sık aralıklı küçük süreksizlikler içerirler. SıkıGan ve giGen Kaya Kütlesi: Bu tür kaya kütleleri, suyla temas ettiklerinde ani veya gecikmeli olarak çatlayarak hacim değiGikliğine uğrarlar ve aktif kil mineralleri içerirler. Bu tür kayaçlara zemin mekaniğinin temel prensipleri uygulanabilir. 4.3. KAYA KÜTLELERGNGN TANIMLANMASI Kaya kütleleri, sürekli, homojen ve izotrop malzemeler olmayıp, çeGitli süreksizlikler tarafından kesilirler. Bu nedenle, dıG yüklere maruz kalabilen kaya kütlelerinin davranıGı içerdikleri süreksizliklerin özellikleri dikkate alınmadan gerçeğe yakın Gekilde analiz edilemez. Süreksizliklerin özellikleri aGağıda belirtilen amaçlara yönelik olarak tayin edilir. Jeolojik yapının ortaya koyulması Kaya kütlelerinin mühendislik sınıflanması Kaya kütlelerinin duraylılığı 4.3. KAYA KÜTLELERGNGN TANIMLANMASI Süreksizliklerin özellikleri mostrada veya sondaj karotlarında değiGim ölçüm tekniklerinden yararlanılarak tespit edilir. Kaya kütlelerinin tanımlanması amacıyla, süreksizliklerin aGağıdaki blok diyagramda gösterilen özellikleri belirlenmelidir. K Süreksizlik açy kly ?y Sy zma Blok boyutu/?ekli Pürüzlülük Süreksizlik tipi (fay vb.) Dolgu tipi/ geni?li?i Devamly ly k Süreksizlik ara uzakly ?y Çatlak taky mlary E?im yönü e?im yönü açy sy e?imSÜREKSGZLGK TÜRLERG Süreksizliklerin özellikleri tanımlanırken, öncelikle süreksizliklerin türü belirlenir. 1. Dokanak Gki farklı litolojik sınır arasındaki sınır olup, bu sınır ya uyumlu olur yada uyumsuz veya geçiGli olan bir süreksizlik yüzeyidir. 2. Tabaka düzlemi Tortul kayaçların oluGumu sırasında tane boyu ve yönelimi, mineralojik bileGim, renk ve sertlik gibi faktörlerdeki değiGime bağlı olarak geliGen yüzeylerdir. SÜREKSGZLGK TÜRLERG Süreksizliklerin özellikleri tanımlanırken, öncelikle süreksizliklerin türü belirlenir. 3. Fay Birkaç cm’den km’lerce uzunluğa kadar göreceli bir yer değiGtirmenin meydana geldiği makaslama yenilmesine maruz kalmıG yüzeylerdir. 4. Eklem Yüzeyi boyunca her hangi bir yer değiGtirmenin meydana gelmediği kırıklardır. SÜREKSGZLGK TÜRLERG Süreksizliklerin özellikleri tanımlanırken, öncelikle süreksizliklerin türü belirlenir. 5. Foliasyon Yüksek basınç ve/veya sıcaklık altında minerallerin tercihli yönelimi ile ortaya çıkan metamorfik kökenli zayıflık düzlemleridir. 6. Damar Çevre kayasından farklı özellikteki bir malzeme tarafından doldurulmuG kırıklardır. Yüzeyler ayrık olmadığı için zayıf süreksizlik değildirler. Dayk Sil SÜREKSGZLGK YÖNELGMG Süreksizliklerin uzaydaki konumları, eğim ve doğrultularıyla tanımlanır. Süreksizlik konumları jeoteknik çalıGmalarda, pusula ile eğim yönü açısı ve eğim derecesi ölçülerek belirlenir. Doğrultu hattı Doğrultu ve eğim sembolü Eğim SÜREKSGZLGK YÖNELGMG Yönelimleri hemen hemen bir birleriyle aynı olan münferit süreksizliklerin oluGturduğu topluluğa süreksizlik takımı adı verilir. Kaya kütleleri çoğu kez birden fazla süreksizlik takımı ile bölünmüGtür. 2. Süreksizlik takımı 1. Süreksizlik takımı Süreksizlik konumu verileri grafiksel olarak, gül diyagramları, histogramlar ve stereografik izdüGüm teknikleriyle değerlendirilir. SÜREKSGZLGK YÖNELGMG 5/25 Eğim yönü açısı gül diyagramı Eğim açısı histogramı Diyagramlar onar derece aralıklarla bölünmüG daireler üzerinde hazırlanır. Ayrıca dairenin yarıçapı 5 veya 10 eGit parçaya bölünür. DıG dairenin kenarındaki değerler, doğrultu ve eğim yönlerinin veya eğimin gösterilmesinde, iç daireler ise bu değerin adedini iGaretlemek amacıyla kullanılır. Kontur diyagramı SÜREKSGZLGK ARALIĞI Süreksizlik aralığı (veya ara uzaklığı) kaya kütlelerinde komGu konumlu 2 süreksizlik veya birbirine paralel süreksizliklerden oluGmuG bir süreksizlik takımındaki iki süreksizliğin arasındaki uzaklıktır. Bu değer mostra yüzeyi üzerinde belirli bir yönde serilen Gerit metre boyunca bu Gerit metreyi kesen süreksizliklerden ölçülebileceği gibi, sondaj karotlarından da tayin edilebilir. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Kaya kütleleri için süreksizlik aralığı parametresinin tanımlanması amacıyla tabloda görülen ve ISRM (1981) tarafından önerilen tanımlama ölçütleri kullanılmaktadır. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Bir süreksizlik takımını oluGturan süreksizliklerin birbirlerine tam paralel olması mümkün olmadığı için gerçek aralık parametresi ölçüm hattının yöneliminden veya ölçümün yapıldığı mostra yüzeyinin konumundan etkilenir. Bu nedenle görünür aralık değerinin ölçülmesi uygulamada daha yaygındır. SÜREKSGZLGK ARALIĞI ? ? A B a sinq k k = a sinq sinw w w w A B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ancak detaylı mühendislik uygulamalarında ölçülen görünür süreksizlik aralığı değerinin Gekillerde görüldüğü gibi gerçek aralık değerine dönüGtürülmesi gerekmektedir. SÜREKSGZLGK DEVAMLILIĞI Süreksizliklerin devamlılığı, süreksizliklerin bir düzlemdeki alansal yayılımının göstergesi olup duraylılığı etkileyen önemli bir parametredir. Devamlılık arttıkça Gev duraysızlığı artar. gekillerde eğimi yamaç dıGına olan devamsız ve sürekli eklemler görülmektedir. Devamlılık kaya mostrasında doğrudan Gerit metre ile ölçülür ve üç boyutlu bir kavram olduğu için yönü kaydedilir. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Devamlılığın ölçülmesi için en az 10 metre uzunluğunda milimetre bölmeli Gerit metre kullanılır ve bir veya her iki ucunun mostrada gözlenip gözlenmediğide belirtilmelidir. Özellikle tabakalanma ve fay düzlemleri uygulamada oldukça yüksek devamlılığa sahip süreksizlik türleri olarak dikkate alınmaktadır. Devamlılığın sınıflandırılması ve tanımlanması amacıyla ISRM (1981) tarafından önerilen tablo aGağıda verilmiGtir. SÜREKSGZLGK PÜRÜZLÜK VE DALGALILIĞI Pürüzlülük bir süreksizlik yüzeyinin küçük ölçekte, dalgalılık ise bir süreksizlik yüzeyinin büyük ölçekte düzlemsellikten sapmasıdır. Her iki özellikte süreksizlik düzlemlerinin makaslama dayanımının önemli bir bileGenidir. Ancak süreksizlik açıklığının artması ve dolgu malzemesi kalınlığının artması pürüzlülüğün makaslama dayanımı üzerindeki etkisini azaltır. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Süreksizliklerdeki pürüzlülük, uygulamada genellikle metal telli profilometre ile ölçülür. Kullanılan bu gereç, süreksizlik yüzeyinin üzerine elle bastırılarak tellerin süreksizlik yüzeyinin Geklini alması sağlanır. Daha sonra süreksizlik yüzeyinin Gekline göre dizilen tellerin konumundan ortaya çıkan kalemle bir kağıda çizilir ve gerekirse sayısallaGtırılarak bilgisayar ortamında değerlendirilir. Süreksizliklerdeki dalgalılığın ölçülmesi için 1 metre uzunluğundaki cetvel süreksizlik yüzeyine dayanır ve yüzeyin cetvele olan uzaklığı ölçülür. Bu ölçüm süreksizlik yüzeyinin genliğini verir ve yüzey boyunca değiGik noktalarda tekrarlanmalıdır. SÜREKSGZLGK PÜRÜZLÜK VE DALGALILIĞI ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0-2 2-4 4-6 6-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20 0 5 10 cm Standart Pürüzlülük Profilleri JRC de?erleri Düz Düz Az Pürüzlü Az Pürüzlü Pürüzlü Pürüzlü Pürüzlü Çok Pürüzlü Çok Pürüzlü Çok Pürüzlü Pürüzlülük profilleri ve bunlara karGılık gelen eklem pürüzlülük katsayısı (JRC) değerleri (ISRM, 1981) SÜREKSGZLGK AÇIKLIĞI Bir süreksizliğin karGılıklı iki yüzeyi arasındaki dik uzaklık olup, boG olabileceği gibi su veya her hangi bir dolgu malzemesi tarafından doldurulmuG olabilir. Açıklık, kaya kütlesinin gevGemesi ve sıvıları iletme özelliği açısından önem taGır. Süreksizlik açıklığı mm’nin 1/10 hassasiyetli mikrometrelerle ölçülür. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Süreksizlik açıklıklarının tanımlanması amacıyla ISRM (1981) tarafından önerilen aGağıdaki tablo kullanılır. Açıklık parametresi değerlendirilirken her süreksizlik seti için ortalama açıklık değeri belirlenir ve ortalama değerden daha büyük açıklıklara sahip süreksizliklerin konumları ve yönelimleri tanımlanır. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?SÜREKSGZLGKLERDE DOLGU Dolgu malzemesi, süreksizliğin karGılıklı iki yüzeyinin arasını dolduran ve genellikle ana kaya malzemesinden daha zayıf olan malzemedir. Dolgu malzemesi pürüzlülük etkisini azaltacağından süreksizliklerin makaslama dayanımını azaltırlar. SÜREKSGZLGKLERDE SU DURUMU Kaya kütlelerinde suyun sızması, birbirleriyle bağlantılı süreksizlikler boyunca (ikincil geçirgenlik) meydana gelen akıGla gerçekleGir. Özellikle süreksizlikler boyunca sürekli bir su akıGının varlığı halinde kaya kütlesinin mekanik özellikleri değiGir. Süreksizlik yüzeyleri arasındaki suyun basıcı normal gerilmeyi dolayısıyla makaslama dayanımını azaltır. SÜREKSGZLGK YÜZEYLERGNGN BOZUNMA DERECESG VE DAYANIMI Kaya kütleleri yüzeye yakın kesimlerde genellikle bozunmuG, daha derinlerde ise hidrotermal süreçlere bağlı olarak alterasyona uğramıG olabilirler. Bu nedenle süreksizlik yüzeylerinin dayanımı, bu yüzeylerin ve yakın çevredeki kayaç malzemesinin bozunma derecesiyle yakından iliGkilidir. Bu amaçla ISRM (1981) tarafından, arazi çalıGması sırasında kullanılabilecek bozunma sınıflaması ölçütleri önerilmiGtir Bu sınıflamalar tamamen gözleme dayalı olduklarından bazı durumlarda öznel değerlendirmelere yol açmaktadır. Bu nedenle dayanımın tahmin edilmesi amacıyla Schmidt çekici geri tepme sayısından yararlanılmaktadır. Wc: bozunma katsayısı Rf: taze yüzeyin Schmidt geri tepme sayısı, Rw: bozunma sınıflaması yapılan süreksizlik yüzeyinin Schmidt geri tepme sayısıdır. HACGMSEL EKLEM SAYISI Hacimsel eklem sayısı (Jv), birim hacimdeki bir kaya kütlesinde gözlenen süreksizliklerin toplamıdır. Bu parametrenin tayininde rasgele geliGmiG süreksizlikler de dikkate alınabilir. Ancak tanımlanan hacimsel eklem sayısını önemli ölçüde etkilemez. Bu konuda elde edilen deneyimler, ölçüm hattı uzunluklarının 5-10 metre arasında seçilebileceğini göstermiGtir Burada, Nn: gözlenen her bir eklem seti için ölçüm hattı boyunca sayılan süreksizliklerin sayısı, Ln: gözlenen her bir eklem setine dik yönde seçilmiş ölçüm hattının uzunluğudur KAYA KALGTE GÖSTERGESG (RQD) % RQD, bir sondajda boyu 10 cm ve daha büyük olan ve silindirik Geklini koruyan karot parçalarının toplam uzunluğunun, ilerleme aralığının uzunluğuna oranıdır. Burada, n: ilerleme aralığındaki karot parçalarının sayısı; l: 10 cm ve daha büyük olan karot parçalarının boyları, L: ilerleme uzunluğudur. Sondaj yapılamayan alanlarda ise RQD aGağıdaki formül yardımıyla hesaplanır Burada ?: 1 m uzunluktaki ölçüm hattını kesen ortalama çatlak sayısıdır. RQD sınıflaması (Deere, 1964). Sondaj karot sandığı KAROT VERGMG TOPLAM KAROT VERGMG: Bir ilerleme aralığındaki karot parçalarının toplam uzunluğunun ilerleme aralığının uzunluğuna oranının yüzde olarak ifadesidir. Sondaj karot sandığı SAĞLAM KAROT VERGMG: Bir ilerleme aralığında silindirik Geklini koruyarak (tam çaplı) alınmıG karot parçalarının toplam uzunluğunun ilerleme aralığının uzunluğuna oranının yüzde olarak ifadesidir. UYGULAMA 1 Jv = 6/10 + 24/10 + 5/10 + 1/10 = 3.6 metre küp Nn: gözlenen her bir eklem seti için ölçüm hattı boyunca sayılan süreksizliklerin sayısı, Ln: gözlenen her bir eklem setine dik yönde seçilmiG ölçüm hattının uzunluğudur Bu değer aGağıdaki çizelgede görülen değiGim aralıkları dikkate alınarak değerlendirildiğinde, kaya kütlesinin orta boyutlu bloklardan oluGtuğu sonucuna varılır 10’ar metrelik ölçüm hatları boyunca 4 eklem takımı için belirlenen süreksizlik sayıları 6, 24, 5 ve 1 dir. Buna göre hacimsel eklem sayısını belirleyiniz ve kaya kütlesini tanımlayınız. UYGULAMA 2 Doğrultusu K10B olan 10 m uzunluğunda bir ölçüm hattı boyunca belirlenen 3 süreksizlik takımı için her bir takımın içerdiği süreksizlik sayısı ve bunların yönelimi aGağıda verilmiGtir. Buna göre hacimsel eklem sayısını belirleyiniz ve kaya kütlesini tanımlayınız. Eklem takım no Yönelim Süreksizlik Sayısı 1 310/73 17 2 042/54 7 3 120/65 21 Jv = 1/0.43+ 1/0.51 + 1/0.28 = 7.86 metre küp Bu değer aGağıdaki çizelgede görülen değiGim aralıkları dikkate alınarak değerlendirildiğinde, kaya kütlesinin orta boyutlu bloklardan oluGtuğu sonucuna varılır UYGULAMA 3 Jeoteknik amaçlı bir sondajın 8-10 metreleri arasından alınan karotların karot sandığındaki görünümü aGağıda verilmiGtir. Bu verilerden yararlanarak, 1- a) Karot yüzdesi, b)Tam çaplı (sağlam) karot yüzdesi, c) RQD değerlerini hesaplayınız. 2) Bu sondaja ait derinlik-RQD grafiğini çiziniz. 3) Bu sondaj aralığındaki kaya kalitesi hakkında bilgi veriniz. 4.4. KAYA MALZEMESGNGN TANIMLANMASI Kaya kütlesinde eklem, tabakalanma, Gistozite, fay vb. gibi doğal süreksizliklerin arasında kalan ve malzemenin çekilme dayanımının azalmasına neden olabilecek kırık veya zayıflık düzlemi içermeyen kaya parçasıdır. KAYAÇLAR ÜZERGNDE YAPILAN BAZI DENEYLER Kayaçların mühendislik amacıyla sınıflandırılması ve mühendislik özelliklerinin belirlenmesi, kaya mekaniği biliminin ve bununla ilgili tasarım uygulamalarının ayrılmaz ve önemli bir parçasıdır. Kayaç malzemesini mühendislik sınıflaması açısından tanımlamaya yönelik özellikler indeks özelliklerdir (su içeriği, porozite, birim hacim ağırlık vb.) Kayaçların tek eksenli ve üç eksenli sıkıGma koGulları, çekilme ve makaslama kuvvetleri altındaki davranıGları ve bunlarla ilgili parametreler ise mühendislik tasarımlarında dikkate alınan girdi parametreleri olup, bunların tasarım deneyleri olarak gruplandırılan deneylerle tayin edilmesi gerekmektedir. SU GÇERGĞG Bu deney, kayaç örneklerinin içerdiği suyun ağırlığının belirlenerek, fırında kurutulmuG örneklerin ağırlığının yüzde olarak ifade edilmesi amacıyla yapılır (ISRM, 1981 ve CANMET, 1977a). Örnek kapları ve kapakları temizlenip kurutulduktan sonra tartılarak ağırlıkları belirlenir (A). Her biri en az 50 gr olan örneği temsil eden düzensiz Gekilli numuneler metal kaplara konarak kapakları kapatılıp nemli örnek + kap + kapak ağırlığı hassas terazide tartılarak belirlenir (B). Kapların kapağı çıkarılarak örnekler fırına konulmuG 105 0 C’de 24 saat bekletilerek kurutulur. Kurutulan örneklere kapakları tekrar kapatılarak desikatörde 30 dakika bekletilir ve ardından kuru örnek + kap + kapak ağırlığı tespit edilir(C). Su içeriği (%): w = *100 x (Ww/Ws) Gözeneklerdeki suyun ağırlığı (g): Ww = B-C Katı tane ağırlığı(g): Ws = C-A AĞIRLIKÇA VE HACGMCE SU EMME Bu deney, düzenli bir geometriye sahip kayaç örneklerinin, ağırlıklarına ve hacimlerine oranla, boşluklarının alabileceği su miktarının tayini amacıyla yapılır (RILEM, 1980 ve TSE, 1978). Deneyde kullanılan karot kayaç örneklerinin kullanılması halinde bunların boyları ve çapları birbirine dik iki ayrı yönde, prizmatik örneklerde ise her üç kenar kompasla ölçülür ve örneklerin hacimleri hesaplanır. Hacimleri hesaplanan örnekler,saf suda en az 12 saat bekletilir. 12 saat sonunda örnekler saf sudan çıkarılarak, suya doygun yüzeyleri kurutularak ıslak ağırlıkları hassas terazide tartılarak örneğin doygun ağırlığı bulunur. Doygun ağırlığı bulunmuş örnekler , 105 0 C ‘ ye ayarlanmış fırına yerleştirilerek en az 12, tercihen 24 saat kurumaya bırakılır.fırından çıkan örneklerin kuru ağırlıkları hassas terazide belirlenir. Ağırlıkça su emme (%), Aw = 100 x (Ws-Wd)/Wd Hacimce su emme(%), Hw = 100 x (Ws-Wd)/VT Burada, Ws : örneklerin suya doygun ağırlığı, Wd : fırında kurutulan örneklerin ağırlığıdır. GÖRÜNÜR POROZGTE Deney düzenli bir geometriye sahip kayaç örneklerinin gözenekliliğinin tayini amacıyla kullanılır (ISRM, 1981). En az 3 adet silindirik örneğin çapları ve boyları kompas yöntemiyle ölçülerek bu değerlerin ortalaması alınır. Her birinin ağırlığı en az 50 g olan veya çapları içerdikleri en büyük tane boyunun en az 10 katı büyüklüğündeki örnekler seçilmelidir. Örnek 105 0 C ‘e ayarlanmış fırında en az 12 saat kurutulur ve havadan nem almadan soğuması için 30 dakika süreyle desikatörde tutulduktan sonra tartılarak kuru ağırlığı belirlenir. Örnek su dolu bir beherin içinde 48 saat bekletilir veya en az 1 saat süreyle 800 Pa’dan düşük bir vakum altında suya doygun hale getirilerek kurulanıp hassas terazide tartılır ve doygun ağırlığı belirlenir. BoGlukların hacmi (cm 3 ) , Vp = (Ws-Wd) gw Gözeneklilik (porozite)(%), n = 100 x Vp/VT BoGluk oranı, e = n / (100-n) Burada, Wd : örneğin kuru ağırlığı, Ws : Örneğin doygun ağırlığı, g w = Suyun yoğunluğudur. ÖZGÜL AĞIRLIK Özgül ağırlığı belirlenmek istenen örnekler 105 o C’de 48 saat kurutulduktan sonra plastik tokmakla ezilerek ufalanır ve ISRM (1981) standartlarına göre deneye uygun hale getirilir. Ardından örneklerden yarılama metoduyla 8-10 gr alınarak piknometreye konulur ve örneğin üzerini örtecek kadar saf su ilave edilir. Vakum desikatörüne konulan örnek ve su karışımı malzemenin havası alınır ardından piknometre içine hava kabarcığı oluşmayacak ve piknometreyi tam dolduracak şekilde saf su ilave edilir. Deney sırasında piknometre, piknometre+örnek, piknometre+su ve piknometre+örnek+su ayrı ayrı tartılmış ve özgül ağırlık değerleri aşağıdaki formül yardımıyla bulunur. Özgül ağırlık = wn / (wn + (wa-wb)) Burada, wn: fırında kurutulmuş numune ağırlığı, wa: suyla dolu piknometre ağırlığı ve wb: zemin ve su dolu piknometre ağırlığıdır. BGRGM HACGM AĞIRLIK Bu deney, düzenli bir geometriye sahip karot veya prizmatik kayaç örneklerinin birim hacim ağırlığının tayini amacıyla yapılır. Deney için ISRM (1981) tarafından önerilen yöntem esas alınır. Düzgün bir geometrik Gekle sahip biçimde hazırlanmıG en az 3 deney örneğinin çapı ve boyu 0.1 duyarlılıkta ölçülür ve her bir değer için bu değerlerin ortalaması alınır. Çap ve boyları hesaplanan örneklerin hacimleri hesaplanır. Örneklerin doğal ağırlıkları hassa terazide tartılarak belirlenir. Belirlenen örnek ağırlığı ve hacmi kullanılarak yoğunluğu aGağıdaki formül ile bulunur: Yoğunluk ( g/ cm 3 ) , g = W / V Birim hacim ağırlık (Kn/m 3 ), ? = 9.81*g SUDA DAĞILMAYA KARgI DUYARLILIK GNDEKSG Deney için ISRM (1981) tarafından önerilen yöntem esas alınır. Her biri 40-60 g olan, toplam 450-550 g kadar örneği temsil eden yaklaGık 10 adet parça seçilir. Seçilen bu örneklerin köGelerinin birbirine çarparak mekanik parçalanmaya neden olmaması için köGelerinin mümkün olduğunca küresele yakın olması istenir. Hazırlanan örnekler öncelikle 105 0 C’lik sabit 12 saat kurumaya bırakılır. Kuruma sonunda örneklerin kuru ağırlıkları tartılarak bulunur. Kuru ağırlıkları bulunan örnekler soğutulduktan sonra tambura konularak deneye baGlanır. Tambur, Geffaf hazne içine yerleGtirilir ve hazne üzerinde iGaretli kırmızı çizgiye kadar sıcaklığı 20 0 C olan su ile doldurulur. Deneye hazır hale gelen tambur 20 devir yapacak Gekilde 10 dakika süre ile döndürülür. 10 dakika sonunda tambur hazneden alınarak örnekler fırına yerleGtirilerek 105 0 C’ de 12 saat süreyle yeniden kurumaya bırakılır. Kuruma sonunda örneklerin tekrar kuru ağırlıkları tartılarak madde kaybına bakılır. Yapılan iGlemler 4 çevrim olacak Gekilde yinelenerek tamburda kalan malzemenin ağırlığının deneyin baGlangıcındaki malzeme ağırlığına oranı hesaplanır. ISLANMA-KURUMA DENEYG Bu deney, ıslanma-kuruma çevrimi koGullarında, aGınmaya karGı kayaçların duraylılığının belirlenmesi amacıyla yapılan bir deneydir. Deneyin yapılmasıyla ilgili olarak, ASTM (1992a) standartlarında verilen yöntem esas alınır. Hazırlanan silindirik örnekler 105±3 0 C’deki fırına yerleGtirilir ve en az 12 saat kurutulduktan sonra, fırından çıkarılarak soğuma için desikatörde 30 dakika bekletilir. Desikatörden alınan örnekler hassas terazide tartılarak ağırları belirlenir.Ağırlıkları belirlenen örnekler saf su ile dolu behere konarak, saf su içinde en az 12 saat bekletilir. Beher içerisindeki su seviyesi örneklerin üst seviyesini geçecek Gekildedir. Beherden çıkarılan örnekler 60-70 0 C’de en az 6 saat kurumaya bırakılır. 6 saat sonra örnekler tekrar saf su dolu beherin içine konur. Her ıslanma-kuruma bir çevrime eGittir. Örnekler 80 kez ıslanma-kuruma çevrimine tabi tutulduktan sonra, 105 ± 3 0 C’deki fırına yerleGtirilir ve en az 12 saat kurutulduktan sonra fırından çıkarılarak, soğuma için desikatörde 30 dakika bekletilir. Desikatörden alınan örneklerin ağırlıkları hassas terazide belirlenir. Belirlenen sonuçlarla aGağıdaki formül yardımıyla ıslanma-kuruma hesaplamaları yapılır. Ağırlık kaybı (%) = 100 x (A-B) / A Burada, A: örneğin deney öncesi kuru ağırlığı, B: örneğin deney sonrası kuru ağırlığıdır. DONMA ÇÖZÜNME DENEYG Bu deney donma-çözülme çevrimi koGullarında, aGınmaya karGı kayaçların duraylılığının belirlenmesi amacıyla yapılan bir deneydir. Deneyin yapılmasında yararlanılan yöntem olarak ASTM (1992b) kullanılır. Örnekler silindirik olarak hazırlanır , boy ve çapları hassas olarak ölçülür. Daha sonra örnekler 105 ± 3 0 C’deki fırına yerleGtirilir ve en az 4 saat kurutulduktan sonra fırından çıkarılarak desikatörde 30 dakika soğuma için bekletilir ve hassas terazide ağırlığı ölçülür. Ağırlıkları belirlenen örnekler saf su içerisinde en az 12 saat bekletilerek örnek en az % 50 doygunluğa sahip olana kadar bekletilir. Deneye hazır hale gelen hazne ısısı -18 0 C’ye ayarlanarak en az 12 saat donmaya tabi tutulur ve daha sonra ısı + 32 0 C’ ye artırılır. + 32 0 C’de örnekler en az 8 saat süreyle en fazla 12 saat çözülmeye bırakılır. Belirlenen sonuçlarla aGağıdaki formül yardımıyla donma-çözünme hesaplamaları yapılır. Ağırlık kaybı (%) = 100 x (A-B) / B Burada, A: örneğin deney öncesi kuru ağırlığı, B: örneğin deney sonrası kuru ağırlığıdır. NOKTA YÜKLEME DENEYG Nokta yükü dayanım indeksi, tek eksenli sıkıGma ve çekilme dayanımı gibi diğer dayanım parametrelerinin dolaylı olarak belirlenmesinde sıkça kullanılan bir parametredir. Bu çalıGmada nokta yükleme deneyi uygulanırken ISRM (1985) tarafından önerilen standartlar uygulanır. Deneyler araziden alınan kaya bloklarından alınan karotlar üzerinde uygulanır. Deney uygulanırken karot örneklerinin uzunluklarının, çaplarına oranının 1.0-1.5 arasında olmasına dikkat edilmiGtir. Çapı ve boyu kompas ile ölçülen örnekler konik uçların arasına karotun eksenine dik yönde yerleGtirilir, yükleme örnekler 10-60 sn içinde kırılacak Gekilde gerçekleGtirilir. ISRM (1985) bu deney için kaya malzemesini tanımlamak amacıyla en az 10 örneğin deneye tabi tutulmasını önermiGtir. Nokta yükü dayanım indeksi sonuçları aGağıdaki formüller yardımıyla belirlenir. I s = P / De 2 Burada, I s : düzeltilmemiG nokta yükü dayanım indeksi (kPa), D e : çapsal deneylerde karotun çapı (mm), P: yenilme anında manometreden okunan yüktür (kN). TEK EKSENLG BASINÇ DAYANIMI DENEYG Kayaçların tek eksenli sıkıGma dayanımları belirlenirken, ISRM (1981) tarafından önerilen standartlar kullanılmıGtır. Deneyde kullanılacak örnek sayısı ISRM (1981)’ye göre 5 adettir. ? c = F/A Burada, F: yenilme anında kaydedilen yük, A: silindirik örneğin en kesit alanıdır. Farklı çaplarda deneyler yapılırsa, deney sonuçları aGağıdaki formül kullanılarak referans çapa (50 mm) göre düzeltilmelidir (Hoek ve Brown, 1980). Burada, ? c : 50 mm çapında bir karot için eGdeğer tek eksenli sıkıGma dayanımı, ? cd : D çapında bir örneğin sıkıGma dayanımı, D: örnek çapıdır. DOLAYLI ÇEKME DAYANIMI DENEYG Bu deney disk Geklinde hazırlanmıG kayaç örneklerinin çapsal yükleme altında çekilme dayanımlarının dolaylı yoldan tayini amacıyla yapılır. Deneylerde ISRM (1981) ve CANMET (1977a)’in önerdiği yöntemler esas alınır. Çapı en az NX (54 mm) ve kalınlığı yarı çapıyla hemen hemen aynı olan, sağlam ve çatlaksız silindirik örnekler hazırlanır. Örneklerin alt ve üst yüzeylerinin birbirine paralel olmalıdır. Deneyde kullanılacak örnek sayısının en az 10 adet olması gerekmektedir. Örneğin çapı ve kalınlığı birbirlerine dik iki ayrı yönde kompasla ölçülerek bu değerlerin ortalaması alınır. Örnek, yan yüzeyleri yükleme çenelerinin arasında kalacak Gekilde yerleGtirilir. Örnek, yenilme 15-30 saniye arasında gerçekleGecek Gekilde sabit bir hızla yüklenir. Önerilen yükleme hızı 200 N/ s’dir. Örneğin yenildiği andaki yük (F), yükleme ünitesinin göstergesinden okunur. ?t = 0.636 x F / (D x t) Burada, F: örneğin yenilmesi anında uygulanan yük (kN) , D: örnek çapı (mm), t: örnek boyu (mm)’dir. EĞGLME DAYANIMI DENEYG Eğilme dayanımı, standart boyutlardaki plaka mermerlerin belirli doğrultuda kırılmaya karGı gösterdiği dirençtir. Eğilme dayanımının belirlenebilmesi için, mermer bloklarından 50 mm/ 100 mm/ 200 mm boyutlarında numunelerden en az 5 adet hazırlanmalıdır. Deney numuneleri deney düzeneğinde plaka Geklinde, numuneler arası mesafe 180 mm olacak Gekilde deney presi tablaları arasına, yaklaGık 5 kg kuvvetlik yük verilerek mesnetlerin tam yerleGmesi sağlanır. Daha sonra yük artıGı dakikada 450 kg’ı geçmeyecek Gekilde arttırılarak, kırılma anındaki yük değeri kaydedilir ve yükleme yüzeyi ile plaka kalınlığı çizgisinin oluGtuğu noktada ölçülür. Bulunan deney sonuçları aGağıda verilen eGitlikte yerine konularak eğilme dayanımı değeri hesaplanır. ? eğ = 3PL / 2Dh 2 Burada; ? eğ eğilme dayanımı (kg/cm 2 ), P kırılma yükü (kg), L deney numunesinin mesnetler arası mesafesi (cm), D deney numunesinin eni (cm) ve h deney numunesinin kalınlığıdır (cm). YÜZEYSEL AgINMA (BÖHME) DAYANIMI DENEYG AGınma dayanımı, mermerlerin yüzeyinde aGındırıcı maddeler ile oluGturulan aGınmaya karGı gösterdiği dirençtir. Mermerlerin aGınma dayanımlarının belirlenmesi için TS 699’ a uygun olarak 71 mm ebadında küp numuneler hazırlanmaktadır. Bu numuneler önce 105 ? C’ de kurutularak tartılır ve tartım sonuçları kaydedilir. Daha sonra numuneler. Böhme yüzey aGındırma cihazında yüzey aGındırma deneyine tabi tutulur. Deneyde kullanılan Böhme yüzey aGındırma cihazı 30 dev/dak. hızla dönmesi ayarlanabilen 750 mm çapında bir aGındırma diskine sahiptir. Her yirmi iki devir sonunda disk otomatik olarak durmaktadır. Numuneyi tutacak ve 350 kg’lık yük yükleyecek düzenek mevcuttur. Deneyde 20 gr zımpara tozu sürtünme Geridi üzerine serpilir ve çelik manivela aracılığı ile 30 kg’ lık yük uygulanarak deney örneğinin sürtünme Geridine 0.6 kg / cm 2 ’lik bir basınç ile bastırılması sağlandıktan sonra disk döndürülür. 22 devir sonunda otomatik olarak duran disk üzerinden zımpara tozu ve numune artıkları temizlenir. Yeniden zımpara tozu konulur ve düGey eksen etrafında 90 o çevrilir. Her örnek için 22 devirlik 20 aGınma periyodu yani 440 devir uygulanır. GGlem sonunda temizlenen örnek kalınlık ölçümlerine hazırdır. Deneydeki hacim kaybı, deney sonrası hacimden deney baGlangıcındaki hacmin farkı Geklinde ifade edilir. 4.5. JEOMEKANGK SINIFLAMA -RMR SGSTEMG- Kaya mekaniği uygulamalarında kaya kütlelerinin mühendislik özelliklerini belirlemek amacıyla çeGitli sınıflandırma sistemlerine gereksinim duyulmuGtur. Mühendislik jeolojisi çalıGmalarında tasarımın ayrılmaz bir parçası olan bu sistemler, uzun yıllar süren gözlemlere bağlı olarak geliGtirilen ve istatistiksel değerlendirmeler esas alınarak önerilmiG yöntemlerdir. Görgül bir kaya kütle sınıflama sistemi olan RMR Sınıflama Sistemi, ilk kez 1972-1973 yılları arasında yapılan çalıGmalar sonucunda Bieniawski (1973) tarafından geliGtirilmiGtir. RMR kaya kütle sınıflama sisteminde kullanılan parametreler aGağıda sıralanmıGtır: Kayacın nokta yük dayanım indeksi veya tek eksenli basınç dayanımı, Kaya kalitesi göstergesi (% RQD) Süreksizlik ara uzaklığı Süreksizliklerin durumu (Devamlılık, açıklık, pürüzlülük, dolgu ve bozunma) Yeraltısuyu durumu RMR SGSTEMG Sistemde bu parametrelerle beraber parametrelere ait puan değerleri yer almakta, hat etüdlerinden ve bir dizi laboratuvar deneyinden elde edilen sonuçlara göre parametrelere verilen puanların toplamı kullanılarak kaya kütleleri sınıflandırılmaktadır. Tabloda RMR kaya sınıflama sisteminin 1989’daki son versiyonu ve bu sisteme göre verilen puanlar görülmektedir . RMR SGSTEMG Bir önceki tabloda görüldüğü gibi ilk üç parametreye ait sınıf değerleri ve bunlara ait puanlar belirli aralıklar arasında kalmakta, uygulamada ise bu durum çeGitli hatalara neden olmaktadır. Bu nedenle bu üç parametre için daha hassas bir puanlamanın yapılabilmesi için Bieniawski (1989), ISRM (1981) tarafından önerilen tanımlama ölçütleri esas alarak çeGitli grafikler geliGtirmiGtir. 40 80 120 160 200 240 0 2 4 6 8 10 12 14 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20 40 60 80 100 0 ? ? ? ? ? ? ? 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 400 800 1200 1800 2000 2400 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 20 30 200 1000 10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 40 50 100 300 500 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? gekillerde tek eksenli sıkıGma dayanımı, RQD ve süreksizlik aralığı değerlerine karGılık gelen ve daha hassas puanlamaya olanak kılan grafikler görülmektedir. RMR SGSTEMG Mühendislik jeolojisi çalıGmalarında, süreksizliklerin konumu önemli bir parametre olduğu için RMR sınıflama sisteminde süreksizlik sisteminin konumu göz ardı edilmemelidir. Bu nedenle mühendislik yapısı ve süreksizlik konumu arasındaki iliGkiye göre Bieniawski (1979 ve 1989) tarafından süreksizlik yönelimi düzeltmesi ortaya atılmıGtır. süreksizlik yönelimine göre sınıflama süreksizlik yönelimine göre puanlama RMR SGSTEMG Bunun yanı sıra, RMR sınıflama sisteminin yaygın olarak kullanıldığı tünelcilik, ve madencilik uygulamalarında yapılacak olan patlatmalarda daha fazla miktarda dinamik etki meydana gelmektedir. Bu nedenle patlatma, yerinde gerilimler ve fayların durumu gibi faktörler gibi faktörler için de düzeltme yapılarak nihai RMR değerinde azaltmaya gidilmelidir (Laubscher, 1977; Kendorski vd., 1983). RMR SGSTEMG RMR sınıflama sistemine göre kaya sınıfları ve puanları RMR kaya kütle sınıflama sisteminde RMR puanını hesaplama aşamalarını gösteren akış şeması RMR SGSTEMG RMR = 62 RMR = 74 RMR = 29 Ortalama RMR = 55 TÜNEL DOĞRU DEĞERLENDGRME HATALI DEĞERLENDGRME Bazı uygulamalarda kaya kütleleri sondajla geçilirken birden fazla kaya türünü içeren veya aynı kaya türünde farklı özellikler gösteren kısımlar ayırt edilmeksizin çok sayıdaki ilerleme aralığı birlikte değerlendirilerek oldukça kalın ve farklı nitelikteki zonlar için ortak bir RMR puanı hesaplanmaktadır. Böyle bir uygulama sonucunda zayıf kaya kütleleri daha kaliteli kaya kütlesinin bulunduğu bölgelere dahil edilerek ortalama bir RMR değeri hesaplanmakta, dolayısıyla tüm kaya kütlesi yer yer düGük kaliteli zonları içermesine rağmen, olduğundan daha kaliteliymiG gibi değerlendirilmektedir. Bu tür hatalarla ilgili örnek yandaki Gekilde verilmiG olup, bundan kaçınılması için her ilerleme aralığının veya farklılık gösteren her zonun RMR puanının ayrı ayrı tayin edilerek kötü ve kaliteli zonlar ayırtlanmalıdır. RMR SGSTEMG (Tünellerde desteksiz durma süresi) Bir yer altı açıklığının desteksiz durma süresi, açıklığın geniGliğine veya desteksiz kısmın uzunluğuna bağlıdır. Bununla birlikte kemer tipi açıklıkların desteksiz durma süresi tavanı düz olan bir açıklığına göre daha fazladır. AGağıdaki Gekillerde RMR puanına göre bir yer altı açıklığının desteksiz durabilme sürelerinin hesaplanmasında kullanılan grafikler görülmektedir. RMR SGSTEMG (Destek basıncı) Yer altı açıklıklarında kullanılan destek sistemine gelecek basınç RMR puanından yararlanılarak tahmin aGağıdaki formül yardımıyla edilmektedir (Ünal, 1983). (Kaya kütlelerinin taGıma gücü) Kaya kütlelerinin dayanımın belirlenmesinde 90’lı yılların ortalarına kadar RMR puanı kullanılmıG ancak günümüzde yerini Hoek ve Brown (1980) tarafından önerilen ve daha sonra değiGikliğe uğrayan yenilme ölçütleri ve GSI’ye bırakmıGtır. RMR SGSTEMG (Destek seçimi) Yer altı açıklıklarında kullanılan destek sistemine gelecek basınç RMR puanından yararlanılarak tahmin aGağıdaki formül yardımıyla edilmektedir (Ünal, 1983). UYGULAMA 4 KiltaGlarından oluGmuG bir kaya kütlesi içinde 2 km uzunluğunda ve K35D doğrultulu ve 8 metre çapında bir tünelin açılması planlanmıGtır. Tünelin en kısa zamanda tamamlanması için kazıya KB ve GD’dan aynı anda baGlanılması istenmektedir. Tünel hattı boyunca yapılan sondajlarda RQD % 70 olarak hesaplanmıG, karot örnekleri üzerinde yapılan deneylerde tek eksenli basınç direnci 20 MPa, birim hacim ağırlık 19.6 kN/m 3 olarak tayin edilmiGtir. Bu değerler göre RMR puanını hesaplayarak, ön tasarım amaçlı destek tipini, destek basıncını ve desteksiz durma süresini hesaplayınız. Süreksizlik aralığı: 380 mm Devamlılık: 20 metreden fazla Açıklık: 0.1 mm’den küçük Pürüzlülük: Düzgün yüzeyler Dolgu: YumuGak kil sıvaması Bozunma: Az bozunmuG Yer altı suyu: Yok, nemli Süreksizlik yönelimi: 1 tabaka (325/35) ve 2 eklem takımı KAYA KÜTLE ÖZELLGKLERG 40 80 120 160 200 240 0 2 4 6 8 10 12 14 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20 40 60 80 100 0 ? ? ? ? ? ? ? 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 400 800 1200 1800 2000 2400 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 20 30 200 1000 10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 40 50 100 300 500 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3.0 9.5 13.93 13.9 9.5 TEMEL RMR PUANI: 48.4 TEMEL RMR PUANI: 48.4 KB giriG: uygun değil (-10) GD giriG: uygun (-2) DÜZELTGLMGg RMR PUANI: KB giriGli (48.4 – 10) x 1 x 1 = 38.4 (zayıf kaya) GD giriGli (48.4 – 2) x 1 x 1 = 46.4 (orta kaya) ÖN TASARIM AMAÇLI DESTEK SEÇGMG Tünelin 8 m geniGliğinde inGa edilmesi ön görülmüGtür. Belirlenen RMR sınıflarına göre: tünelin KB giriGinden itibaren yapılacak ilerleme için IV. sınıf, GD giriGinde ise III. sınıf kaya kütleleri için önerilen destek sistemleri seçilir. DESTEKSGZ DURMA SÜRESG Tünelin 8 m geniGliğinde inGa edilmesi ön görülmüGtür. Buna göre KB giriGinden itibaren yapılacak ilerlemede ani göçme riskiyle karGılaGılabilir. GD giriGli projede ise desteksiz durma süresi 25 saattir. Ani çökme riskine karGı bir önlem olarak, kazının yan galerilerle veya Gemsiye kemer güçlendirmesi gibi yöntemler önerilebilir. DESTEK BASINCI KB giriGi için P = ((100-39.4)/100) x 19.6 x 8 x 1 = 95 kPa GD giriGi için P = ((100-46.4)/100) x 19.6 x 8 x 1 = 83 kPa 4.6. HOEK-BROWN YENGLME ÖLÇÜTÜ (Kaya kütlelerinin dayanımı) Kayaçlar küçük ölçekte dikkate alındıklarında kayaç malzemesi önem kazanırken, ölçek büyüdükçe sağlam kayaç malzemesinden eklemli kayaç kütlesine geçiG söz konusudur. Bu nedenle çok sayıda süreksizlik içeren kaya kütlelerinin davranıGını kayaç malzemesi ile birlikte süreksizlikler denetler. Bu nedenle, çatlaklı kaya kütlesinin dayanımını belirlemek amacıyla Hoek ve Brown (1980) tarafından ampirik bir yöntem geliGtirilmiGtir. Yazarlar, mevcut kaya kütlesi sınıflama sistemlerinden birini kullanarak ampirik kriteri jeolojik gözlemlerle bağdaGtırmayı denemiGler ve bu amaç için Bieniawski (1976) tarafından geliGtirilen Kaya Kütlesi Puanlamasını (RMR) seçmiGlerdir. Kriterdeki değiGimlere ek olarak, yenilme kriterini arazideki jeolojik gözlemlerle iliGkilendirmede, özellikle çok zayıf kayalar olmak üzere, Bieniawski’nin önerdiği RMR’nin artık yeterli olmadığı sonucuna varılmıGtır. Bu durum Jeolojik Dayanım Gndeksi’nin (GSI) ortaya çıkmasına yol açmıGtır (Hoek vd., 1992; Hoek, 1994, Hoek vd., 1995). 4.5. HOEK-BROWN YENGLME ÖLÇÜTÜ (Jeolojik Dayanım Gndeksi, GSI) 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 18 0 100 95 90 85 80 70 65 60 55 45 40 35 30 20 15 10 5 75 50 25 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 80 70 60 50 40 30 20 10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.1 1 10 100 1000 10000 BLOKLU ÇB B/Ö ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Sönmez ve Ulusay (1999) tarafından verilen bir yaklaGımla, ISRM (1981) tarafından önerilen aralıklara uygun olarak tanımlanan hacimsel eklem sayısı (Jv) değerleri kullanılarak belirlenen Yapısal Özellik Puanı’nı GSI sistemine uyarlanmıGtır. Modifiye edilmiG GSI sistemi gekil 3.47’de verilmiGtir. Modifiye edilmiG GSI sistemi Sönmez ve Ulusay (1999) 4.5. HOEK-BROWN YENGLME ÖLÇÜTÜ 4.7. KAYA KÜTLELERGNGN KAZILABGLGRLGĞG Jeoteknik çalıGmalarda, kazılacak kayaçların türü ve mühendislik özelliklerinin yanında kazılabilme derecelerin de bilinmesi gerekmektedir. Kazı ortamının jeoteknik özelliklerinin iyi bir Gekilde değerlendirilmesi ve buna uygun kazı makinelerinin seçimi, kazı sırasında karGılaGılacak problemleri ve buna bağlı olarak maliyeti en aza indirecektir. KAZILABGLGRLGĞGN BELGRLENMESG Sismik Yöntemler Jeomekanik Yöntemler SGSMGK YÖNTEMLER Bu özellik kazı yapılacak malzemenin dokusu, özgül ağırlığı, su içeriği, süreksizlik özellikleri, kimyasal bileGimi ve çimentolanma derecesi gibi bir çok parametre ile denetlenir. Yapılan bir çok çalıGmada kayaçların sökülebilirliği ile sismik hızlar arasında bir iliGki varlığı belirlenmiGtir. Kazılabilirlik, kaya veya zeminlerin çeGitli tip ve güçteki kazı makineleriyle sökülebilme özelliği olarak tanımlanabilir. JEOMEKANGK YÖNTEMLER Kaya kütlelerinin kazılabilirlik özelliklerini belirlemek amacıyla, Pettifer ve Fookes (1994), ve Abdullatif ve Cruden (1983) tarafından önerilen yöntemler en çok tercih edilen yöntemlerdir. 0.1 1 10 Nokta Yük direnci (MPa) 0.1 1 Süreksizlik Aç ıkl ı ğ ı (m) Kolay kaz ılabilir Zor kaz ılabilir (CAT 245 Eskavatör veya kepçe) Kolay sökülebilir (D6 ve D7) Zor sökülebilir (D8) Çok zor sökülebilir (D9) A ş ır ı zor sökülebilir (D11 veya hidrolik k ır ıc ı+D9) Patlatma gerekli Çok dar Dar Orta Geni ş Çok geni ş Zay ıf (t ırnakla çizilebilir) Orta derecede zay ıf (jeolog çekiciyle sert bir darbede ufalan ır) Orta derecede sa ğlam Sa ğlam Çok sa ğlam A ş ır ı derecede sa ğlam 0.1 1 10 100 Kaya Kütle Dayan ım ı (MPa) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Jeolojik Dayan ım İndeksi, GSI A1 jeoteknik birimi A2 jeoteknik birimi B1 jeoteknik birimi Kaz ılma Sökülme Patlatma (Pettifer ve Fookes, 1994) (Abdullatif ve Cruden, 1983; Hoek ve Karzulovic, 2000) 4.8. KAYA KÜTLELERGNGN TAgIMA GÜCÜ TaGıma gücü parametresi iki Gekilde tanımlanır. Emniyetli net taGıma gücü kayacın yenilmeden taGıyabileceği en büyük taGıma basıncı, izin verilebilir taGıma gücü ise seçilmiG bir güvenlik katsayısı değerine bölünerek belirlenmiG ve tasarım açısından dikkate alınan basınç olarak ifade edilir. RMR PUANI YARDIMIYLA HOEK-BROWN YENGLME KRGTERG YARDIMIYLA 4.7. KAYA KÜTLELERGNGN TAgIMA GÜCÜ RQD VE TEK EKSENLG BASINÇ DGRENCG YARDIMIYLA Süreksizlik içeren kayaçlarda taGıma gücü, RQD esas alınarak hesaplanmaktadır. Bu durumda kaya malzemesinin tek eksenli basınç direnci girdi parametresi olarak kullanılmaktadır. 0 20 40 60 80 100 Kaya Kalite Göstergesi (RQD, %) 0 20 40 60 80 100 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? GZGN VERGLEBGLGR TAgIMA GÜCÜ KAYA KÜTLELERGNGN TAgIMA GÜCÜ HOEK-BROWN YENGLME KRGTERG YARDIMIYLA Kaya kütlelerinin taGıma gücünü belirlemek amacıyla Hoek- Brown Yenilme Kriterinden (Hoek ve Brown, 1980a ve b) yararlanılır. Kaya ortamının nihai taGıma gücü, Wyllie vd. (1992) tarafından önerilen eGitlik yardımıyla belirlenir. Burada, qu: sınır taGıma gücü (kg/cm 2 ), s, m ve a; kaya kütlesine ait sabitler (Hoek-Brown Yenilme Kriterinden elde edilen veriler) ve ? ci ise kaya malzemesinin tek eksenli sıkıGma dayanımıdır (kg/cm 2 ). UYGULAMA 5 Eklemli bir kaya kütlesi üzerinde inGası planlanan bir bina için 5 metrelik araGtırma sondajı yapılmıG olup, buna bağlı RQD değerleri aGağıda verilmiGtir. Derinlik (m) RQD 0-1 toprak 1-2 44 2-3 60 3-4 75 4-5 90 Temel geniGliği ve derinliği 1m, kaya malzemesinin tek eksenli basınç dayanımı 50 MPa olarak tayin edilmiGtir. Buna göre temelin altındaki kayacın izin verilebilir taGıma gücünü hesaplayınız 0 20 40 60 80 100 Kaya Kalite Göstergesi (RQD, %) 0 20 40 60 80 100 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 82 GZGN VERGLEBGLGR TAgIMA GÜCÜ 50 – (50 x 0.82) 9 MPa 44 UYGULAMA 6 Bir spor tesisi inGası için oluGturulan kazı sonucunda ortamda 4 metre derinlikte kaya kütlesi (kireçtaGı) tespit edilmiGtir. Doğrultusu K20B olan 10 m uzunluğunda bir ölçüm hattı boyunca belirlenen 3 süreksizlik takımı için her bir takımın içerdiği süreksizliklerin özellikleri aGağıda verilmiGtir. Yapılan sondajlarda RQD % 65 olarak hesaplanmıG, karot örnekleri üzerinde yapılan deneylerde tek eksenli basınç direnci 70 MPa, birim hacim ağırlık 21.6 kN/m 3 olarak tayin edilmiGtir. Bu verilerden yararlanarak kaya kütlesinin tek eksenli basınç direnci, içsel sürtünme açısı ve kohezyonunu belirleyiniz. Kaya kütlesinin dayanımını ve taGıma gücünü hesaplayınız. Kazılabilirlik için önerilerde bulununuz.