Kaya Mekaniğine Giriş | Makale 3

Kaya Mekaniğine Giriş

Tek bir mineralin çok sayıda birleşmesinden veya çeşitli minerallerin birleşiminden oluşan kristalli ve taneli sert ortamlara kaya (kayaç) adı verilmektedir. Kaya mekaniğinde, kayanın malzeme özelliklerinin tanımlanması ; kaya ortamında açılan yer altı yapıları ve tünel davranışının belirlenmesinde, baraj tipi seçiminde, açık maden işletmesinde oluşabilecek şev stabilite sorunlarının anlaşılmasında ve heyelan oluşumunun sebeplerinin belirlenmesi gibi bir çok farklı alanda önemli bir konumdadır.

kaya mekaniğine giriş
Şekil 1. Örnek bir kaya yapısı (kaya mekaniği)

Kaya mekaniğinde malzeme davranışı; oluşum şekli, doku ve mineral bileşenlerinden kaynaklı olarak çok geniş bir aralıkta değişim göstermektedir. Bu sebepten dolayı kayanın malzemesin davranışını tam olarak yorumlayabilmek için belirli endeks özelliklerini tanımlamak ve oluşum şeklini belirlemek gerekmektedir.

Bu yazımızda kaya mekaniğine giriş olarak, kayaların temel endeks özelliklerini yorumlayacağız. Kayaların oluşum evreleri ve kaya türlerini sonraki yazılarda detaylandırılarak anlatılacaktır. Kayaların oluşumu hakkında bilgi edinmek, buna ek olarak bir geoteknik mühendisi için gerekli temel jeoloji bilgilerini öğrenmek isterseniz Yıldız Teknik Üniversitesi geoteknik anabilim dalında görev yapmış olan Prof. Dr. Mustafa Yıldırım ve Prof. Dr. Erkan Gökaşan’ın hazırlamış olduğu “Mühendisler için Jeoloji Bilgileri” kitabını inceleyebilirsiniz.

Kaya mekaniğinde, malzeme davranışını belirlemede önemli olan endeks özelliklerinin bir çoğu, zemin mekaniği endeks özellikleri ile aynıdır (Zemin mekaniği endeks özellikleri hakkındaki yazıyı okumak isterseniz https://baharyaman.com/geoteknik/zemin-endeks-ozellikleri/ linkine tıklayabilirsiniz). Porozite (n), su muhtevası (w),birim hacim ağırlık (),boşluk oranı (e), doygunluk derecesine ek olarak permeabilite – hidrolik iletkenlik ve dayanım da kaya davranışının anlaşılmasında, bilinmesi gereken endeks özelliklerindendir. Kaya mekaniğinde en çok kullanılan endeks özellikleri aşağıda açıklanmıştır.

Porozite: Kayada ki boşluk hacminin toplam hacme oranı olarak ifade edilmektedir. Porozite, kaya mukavemetinde önemli bir rol oynar. Kayaların jeolojik oluşum türlerine ve bozuşmalarına bağlı olarak artmakta veya azalmaktadır. Goodman (1989) tarafından yapılan incelemeler sonucunda taneler, kaya kırıntıları ve kavkıların birikmesi ile oluşan sedimanter kayalarda, porozite sıfıra yakın çok küçük değerler ile 0,9 arasında değişmektedir.

Birim hacim ağırlık: Ağırlığın toplam hacme oranı olarak tanımlanmaktadır. Kayalarda birim hacim ağırlık, zeminlere göre daha geniş bir değişim aralığına sahip olmakla birlikte, kayaların gerilme davranışını etkileyen en önemli parametrelerden biridir.

Hidrolik iletkenlik ve permeabilite: Geçirgenlik olarak tanımlanan permeabilite, enerji dönüşümü için sıvıların yer altında saklanması, derinlerdeki bir açıklığın sızdırmazlığı, tünel içerisine su boşalması gibi karşılaşılan birçok problemle ilişkilidir. Kayalarda permeabilite, fissürlere bağlı olarak gelişmekte ve birçok kaya da darcy yasasına uymaktadır. Kaya ortamında ki permeabilite çatlak ve eklem takımlarından dolayı, çoğu zaman laboratuvarda ölçülen permeabilite değerinden daha düşük olmaktadır.

Dayanım: Gelen yük karşısında gösterilen direnç olarak tanımlanmaktadır. Kaya indeks özellikleri arasında en önemli parametrelerden biridir. Kayalarda dayanımın doğru belirlenebilmesindeki en önemli nokta, numune örneğinin ve deney düzeneğinin arazi şartlarını da göz önünde bulundurarak hazırlanmasıdır. Yapılan araştırmalar sonucunda Broch ve Franklin (1972) kaya dayanımını belirleyebilmek için nokta yükleme deneyini tanımlamışlardır. Nokta yükleme deneyi kaya örneğinin, sertleştirilmiş iki konik uç arasında kırılmasına dayanır. Kırılma, yükleme yönüne paralel olarak gelişen çekme çatlakları boyunca gerçekleşir. Nokta yükleme deneyi sonucunda elde edilen yük dayanım indeksi, Is aşağıdaki eşitlik ile hesaplanmaktadır.

Eşitlik de P, kırılma anındaki yükü; De, eşdeğer çap (mm) değerini ifade etmektedir. Eşdeğer çapın hesaplanması için birden fazla denklem önerisi bulunmaktadır. Bu önerilerden en yaygın olarak bilineni aşağıda verilmiştir.

Eşitlik de W, numune genişliğini; D, numune çapını ifade etmektedir. Nokta yük dayanım indeksini tanımlamada ki en önemli araçlardan biri tek eksenli basınç dayanımı değerini belirlemektir. Bunun yanında kayaların malzeme özelliği açısından dayanımlarına göre sınıflandırılmasında, kayaç anizotropisinin saptanmasında, kaya kütle sınıflandırmasında ve tünel açma makinası hızının tahmininde tek eksenli basınç dayanımı önemli rol oynamaktadır.

Eşitlik de verilen Is(50) 50 mm çapa göre düzeltilmiş nokta yük dayanım indeksini, F düzeltme katsayısını ifade ifade etmektedir.

Düzeltilmiş nokta yük indisi değerini belirlemek, arazi ortamında gerekli mekanik özellikleri tam olarak belirlenemeyen kayalar için önemlidir. Kaya dayanımı hakkında bir ön bilgi elde etmeyi sağlar. Şekil 2 de tek eksenli basınç dayanımı ve düzeltilmiş nokta yük indisi değerine göre kaya sınıflaması verilmiştir.

Şekil 2. Nokta yük dayanım değerine göre kaya dayanımı sınıflandırılması (kaya mekaniği)

KAYNAKLAR:

  • Goodman R. E., (1989). Kaya Mekaniğine Giriş, Gazi Kitabevi, Ocak 2003, Ankara, Çeviren: Kamil Kayabalı
  • Broch E. ve Franklin J.A., (1972). “The Point-Load Strength Test”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 9: 669-697.
  • Karaman K. ve Kesimal A., (2012). “Kayaların Tek Eksenli Basınç Dayanım Tahmininde Nokta Yükü Deney Yöntemleri ve Porozitenin Değerlendirilmesi”, Madencilik Dergisi, 51(4): 3-14.
  • Topal T., (2000). “Nokta Yükleme Deneyi ile ilgili Uygulamada Karşılaşılan Problemler”, Jeoloji Mühendisliği, 24(1): 73-86.

Sevgiyle kalın 🙂

No Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir