PAMUKKALE NVERSTES MHENDSLK FAKLTES

KAYA MEKAN - I

Y. Do. Dr. Erdal Akyol

2002- Denizli

TANIM Kaya, byk ktleler veya paralar eklinde bulunan doal ve kat haldeki mineral oluuk (ASTM) veya byk ktleler veya paralar eklinde bulunan mineral paralarnn doal olarak meydana getirdii oluuk (ISRM), yapya bal sreksizlikler ihtiva eden ve tabii olarak oluan ktle (TSE) olarak tanmlanabilir. Kaya ile zemini birbirinden ayran birok parametre kullanlmaktadr. Bunlar balca dayanm ve tanelerin skldr. Fakat bunlar her zaman belirleyici olamamaktadr. Zeminlerin zellikleri sonsuz bir ortamda srekli olarak devam ettii halde, kayalardaki zellikler sreksizliklerle kesintiye uramaktadr. Dolaysyla zemin mekanii srekli ortam, kaya mekanii ise sreksiz ortam mekanii olarak tanmlanabilir. TARHE Kaya insanolunun tand ve kulland ilk cisimlerden birisidir. Tarih ncesi dnemde ok balar, kaya iine oyulmu ehirler ve deiik kaplar bunlara birer rnektir. Piramitler, kayann ilenmesi ile elde edilmi en byk ve nemli yaplarn en bilinenlerinden birisidir. Bunun dnda, maden karmak, savunma ve su temini iin yaplm eitli tarihi tneller, kaya ierisinde yaplm ilk mhendislik faaliyetleri olarak tanmlanabilir. 19 ve 20inci yzylda artan ekonomik ve teknolojik gelimeye bal olarak yerst ve yeraltnda yaplan mhendislik faaliyetleri byk bir art gstermitir. Bu faaliyetler kaya mekanii teorisinin ve uygulama alanlarnn artmasna neden olmutur. Aadaki tabloda kaya mekaniinin uygulama alanlar grlmektedir:Uyg.Alan Proje tr Konut arsalar Kprler, yksek binalar Yzey enerji yaplar Barajlar Ta ocaklar ve maden il Dolu savaklar Kara ve demiryollar Kanallar, boru hatlar Cebri borular Tneller Galeriler Byk yer alt boluklar Savunma Petrol Jeotermal Nkleer enerji santralleri Nkleer atk depolama Petrol, doalgaz iin enerji depolama odalar almann tr Heyelanlar, faylar, eitli deformasyonlar Jeoteknik sondaj, heyelan, fay, beton agrega, ankraj, tama gc Heyelan, fay, agrega, gvde tipi seimi, tnel ve ev destekleri, deformasyon analizi (tnel ev ve temel), patlatmalar Kaya evler, heyelanlar, patlatma, deformasyon analizi, sklebilirlik ve kesilebilirlik Kaya evler, heyelanlar, patlatma, deformasyon analizi, sklebilirlik Heyelan, kaz ynlenimi ve eimi, evler, patlatma, deformasyon analizi Heyelan, kaz ynlenimi ve eimi, evler, patlatma, deformasyon analizi Heyelan, deformasyon Gerilme-deformasyon analizi, destek seimi, kaz yntemi Gerilme-deformasyon analizi, destek seimi, kaz yntemi Gerilme-deformasyon analizi, destek seimi, kaz yntemi Gerilme-deformasyon analizi, destek seimi, kaz yntemi Kaya atlaklar ve faylar, permeabilite Kaya atlaklar ve faylar, permeabilite Kaya atlaklar ve faylar, temel zellikleri Kaya atlaklar ve faylar, permeabilite Gerilme-deformasyon analizi, destek seimi, kaz yntemi, kaya atlaklar ve faylar, permeabilite

Yzey Yaplar

Ulam Hatlar Yer alt Kazlar

Enerji Geliimi

FZKSEL BYKLKLER Fiziksel ller gruba ayrlabilir: Skalar ller: byklk ifadesidir; scaklk, uzunluk, arlk vb. Arlk kg, gr, t Vektrel ller: byklk ve yn ifadesidir; kuvvet, ak vb. Kuvvet kgk, grk, tk, N Tensrel ller: byklk, yn ve etkime dzlemi ifadesidir; gerilme, permeabilite vb. Gerilme kgk/cm2, grk/cm2, tk/m2, N/m2=Pa Kuvvet (Force) P Kuvvet, vektrel byklklerdir ve kavram olarak itme veya ekme olarak dnlebilir. Bir hacimdeki tm elemanlara etki eden kuvvetlere cisim kuvvetleri denir ve yer ekimi, atalet ile manyetik kuvvetler buna rnektir. Cisim kuvvetleri (x, y, z) genellikle birim hacimdeki kuvvet (N/m3) olarak ifade edilir. kinci tip kuvvetler, yzey elemanlarna etki eder. Yzey elemanlar srekli bir zerinde dnlebilir veya kaya sreksizliklerinin evreledii snr olarak alnabilir. Bu tr elemanlarn zerine etki eden kuvvetlere

yzey kuvvetleri denir ve bir matkabn bir kayay delerken uygulad kuvvet bu tr kuvvetlere rnek olarak verilebilir. Gerilme (Stress) Kayann birim alanna etkiyen kuvvet gerilme olarak tanmlanr (kuvvet/uzunluk2) ve SI cinsinden birimi N/m2 dir.

GERLME-DEFORMASYON Gerilme ve birim deformasyon analizleri, kaya mekanii almalarnn temelini oluturur. leri seviyedeki kaya mekanii problemlerinin zlebilmesi iin gerilme ve birim deformasyonlarn llmesi veya birtakm teorik yaklam be zmlerle bunlarn elde edilmesi gerekir. Problemlerin zm iin, elde edilen bu sonularn en iyi ekilde deerlendirilebilmesi ve problemin modellemesinin yaplabilmesi iin iyi bir gerilme-deformasyon analizi gerekir. Gerilme eitleri Gerilme etkime ekillerine gre aadaki biimlerde grlr.

Basma Gerilmesi (Compressive Stress)

ekme Gerilmesi (Tensile Stress)

Kesme (kayma) Gerilmesi (Shear Stress)

Burulma Gerilmesi (Torsion Stress)

ekil x1. Gerilme eitleri ve neden olduklar ekil deiiklikleri Basma gerilmesi (B) ayn dorultuda birbirlerine doru ve zt ynlerdeki kuvvetlerin oluturduu gerilmelerdir ve kayalarn boylarnda bir ksalma, enlerinde ise bir genilemeye neden olurlar. ekme gerilmesi (C) ayn dorultuda birbirlerinden uzaklaan ve zt ynlerdeki kuvvetlerin oluturduu gerilmelerdir ve kayalarn boylarnda bir uzama, enlerinde ise bir daralmaya neden olurlar. Kesme (kayma) gerilmesi () kenarlar boyunca farkl dorultuda ve zt ynlerdeki kuvvetlerin oluturduu gerilmelerdir ve kayalarda ekil deiikliine neden olurlar. Burulma gerilmesi (T) farkl iki noktadan kaya ierisinde dnme oluturacak biimde etkiyen gerilmelerdir. Elastisite teorisine gre basma gerilmesi ve gerinmesi -, ekme gerilmesi ve gerinmesi + olarak kabul edilmektedir. Yerin ierisindeki gerilmelerin byk bir ksmnn basma eklinde olmas nedeniyle, kaya mekaniinde basma gerilmeleri ve gerinmeleri + kabul edilmektedir. Tek Ynl Gerilme Altndaki Gerilme Bileenleri (Basit Basma-ekme) Bir cisim uzunluu boyunca kadar bir basma veya ekme gerilmesinin etkisi altnda ise, bu dorultuya dik ynde (mesela AB ynnde) sadece normal gerilme etkiyecektir (ekil .a). Herhangi bir dzlemin AB ile kadarlk a yapt dzlemlerde (mesela AC dzlemi) bu gerilmenin iki tane bileeni vardr: ve . ekil ....b ABC genine etkiyen gerilmeleri gstermektedir. Bu durumda, cismin uzun kenarna paralel olan BC dzleminde herhangi bir gerilme olmayacaktr. ekil ....cde ise kat dzlemine dik ynde t kadar bir kalnlk alndnda oluan kuvvetler grlmektedir. ve nin deerleri ise aadaki ekilde olacaktr: = . cos2 = sin.2. Bileke gerilme (r) = .cos [E. x] [E. x] [E. x]

C A B A

C

.AC.t

.t .AC

C

B A .AB.t B

(a) (b) (c)

ekil x.Tek ynl gerilme altndaki kayadaki gerilme bileenleri Bu deerlere gre aadaki sonulara ulalabilir: Maksimum normal gerilme =0 durumunda meydana gelir ve uygulanan gerilmeye () eittir. Maksimum kesme gerilmesi =45 de oluur ve bykl kadardr. Bu dzlemler zerinde kadarlk normal bileen de vardr. Gerilme bileenlerinin ile deiimi yukardaki eitliklerde verilmitir; =90 ise =0, =0 ve 90 olduunda =0 ve =0 olduunda bileke gerilme maksimumdur. Belirli byklkteki bir kuvvetin kaya ierisinde rnein sreksizliklerden kaynaklanan herhangi eik bir dzleme etkidiini kabul edelim. Uygulanan kuvvetin yzey zerindeki dalm deiken olacaktr. Bu nedenle, uygulanan kuvvetin kk kare bir elemann zerine uygulandn kabul etmek uygun ve yaygn bir uygulamadr. x ve y eksenleri elemana paralel, z ekseni ise yzeye dik dorultudadr.

y P Nzz Szy Szr Szx z zz

y

zy zx x

z

xekil x. Birim elemana etkiyen kuvvet ve gerilme bileenleri

Elemann yzeyine uygulanan toplam kuvveti P olarak adlandralm. P kuvveti yzeye etkidiinde iki bileene ayrlacaktr; ) yzeye dik ynde etkiyen Nzz normal bileen ve ) yzeye teetsel etkiyen Szr kesme bileeni. x, y ve z eksenlerine paralel tm gerilme bileenlerini bulabilmek iin, kesme kuvveti olan Szr iki bileen eklinde zlmelidir: Szy ve Szx. Her bir kuvvet bileenine iki indis eklendiinde, birinci indis (z) dzleme dik olan yn, ikinci indis ise bileenin ynn gsterir. Dik bileen iin, ikinci indis birincisi ile ayn olacaktr ve tekrar gereksiz olacandan ikinci indis yazlmaz. Bu durumda Nzz ise Nzye dnecektir. Bir yzeye uygulanan kuvvetin younluu, kuvvetin o elemann alanna (A) blm ile elde edilir. Bu durumda, kuvvet bileenleri aadaki biimde yazlabilir: [E. 1] n=Nz/A zy=Szy/A zx=Szx/A Burada n, zy ve zx etkidikleri yzeydeki yzey bileenleri veya uygulanan gerilme bileenleri olarak adlandrlr. n normal veya direkt gerilme, zy ve zx ise kesme gerilmeleri olarak tanmlanr. zm kolayl asndan, gerilme analizi iki boyutta bir ok kolaylklar salar.

ki Boyutlu Gerilme Analizi Aadaki ekilde grlen kaya ktlesi iki ekseni (x, y) boyunca normal gerilmeye maruz kalrsa, buna iki eksenli gerilme hali denir (ekil 5). Kaya, x ekseni boyunca x normal gerilme, y ekseni boyunca y normal gerilmesinin etkisinde kalsn.

y

C x.sin .sin

xA

C B

x A .cos B y.cos

y(a) (b)ekil 5.ki ynl gerilme altndaki kayadaki gerilme bileenleri AB dzlemindeki gerilme y ve BC dzlemindeki gerilme x ise; ynndeki normal gerilme: = (y+x) + (y-x) cos2 + .sin2 Kesme gerilmesi ise = (y-x) sin2 ile ifade edilebilir. 2=90 olduunda kesme gerilmesi dzlemi asal dzlemlerle 45 lik a yaptnda oluur bu durumda maksimum kesme gerilmesi; max = (y-x) Yukardaki ekil (b) de grld gibi baz deerlerinde deeri sfrdr. Kesme bileeni deerlerinin sfr olduu dzlemlere asal dzlemler denir. Asal dzlemler zerindeki gerilmeler ise sadece normal (basma ve ekme) gerilme biiminde olacaktr ve bunlar asal gerilmeler olarak adlandrlr. 3 Boyutlu Gerilme Analizi Kaya ktlesi ierisinde bir noktadaki gerilmeleri tanmlayabilmek iin, birim hacim eleman gz nne almak yararl olacaktr. Aadaki ekilde, kenarlar x, y ve zye paralel olan byle bir eleman grlmektedir. zerinde gerilmelerinin grld grnr yzey de pozitiftir.

z zx zy xz y yz yx y xy x

x

zekil 4. 3 boyutlu gerilme bileenleri DEFORMASYON Gerinme (Strain) Kayaya gerilmeler etkidiinde, kayada eitli ekil deiiklikleri meydana gelir. Bunlar genellikle boy uzamas, enine genileme, hacimsel klme eklinde ortaya kabilir. Basma ve ekme gerilmeleri, kayann boyunda bir uzama veya ksalma meydana getirirler. Boydaki deiimin orijinal uzunlua (gerilme uygulanmadan nce) oran gerinme olarak tanmlanr. Gerinme birim uzunluktaki deiim veya oran olduu iin birimsizdir. Kaya mekaniinde, basma gerilmeleri pozitif, ekme gerilmeleri negatif olarak kabul edilir. Tek ynl gerilme altnda: = l / l = boydaki deiim/ orijinal boy veya = /E ki ynl gerilme altnda x ynndeki gerinme:

x =

1 ( x . y ) E1 ( y . x ) E 1 ( x + y ) E

y ynndeki gerinme:

y =

Kayann z ynnde bir kalnl var ise, bu yndeki gerinme:

z =

ynl gerilme altnda2

x

z

y 3 1

ekil 6. Basma eklindeki ynl gerilmeler (+ gerinme) 1, 2 ve 3 ynlerindeki asal gerinmeler sras ile:

1 = 2 = 3 =

1 . 2 . 3 E E E 2 . 3 .1 E E E 3 .1 . 2 E E E

Bir ynden daha fazla sayda gerilme mevcut ise, herhangi bir yndeki gerilme ve gerinmeler orantl deildir. Fakat ayn ynde gerilme olmasa bile gerinmenin olaca unutulmamaldr. Ayn gerilme ortamndaki hacimsel gerinme (v) ise v=Hacimdeki deime / Orijinal hacim veya yndeki gerinmelerin toplam yani: v =1+2+3 Asal gerilmeler cinsinden yazldnda

v =

( 1 + 2 + 3 )(1 2) E

Kesme Gerinmesi Bir eleman veya dikdrtgen kaya blounda kesme gerilmesinin oluturduu ekil deiiklii aada grlmektedir (ekil .....). Kesme gerinmesi veya kayma dr ve dik adan sapma miktar olarak tanmlanabilir. Radyan olarak llr ve birimsizdir.

ekil 7. Kesme gerinmesi

Yukarda aklanan ksa sresi deformasyonlarla birlikte, kayalarda zamana bal olarak uzun sre ierisinde de deformasyonlar grlr (ekil ).

Duraysz

Durayl

ZamanBirincil akma kincil akma ncl akma

ekil Zamana bal deformasyonlar

ELASTK SABTLER Poisson Oran (Poissons Ratio) v Kaya ktlesine tek ynl bir gerilme etkidiinde boyunda ve eninde bir deiim meydana gelecektir. Enine gerinmenin boyuna gerinmeye oran da Poisson oran olarak tanmlanr. v=Enine gerinme / Boyuna gerinme = [(r-r) / r] / [(l-l) / l ]

l' l

r

ekil

r' Enine ve boyuna gerinmenin ematik grn

Elastisite (Young) Modl (Modulus of Elasticity-Youngs Modulus) E Hooke yasas snrlar ierisinde, uygulanan dorusal gerilme ile bu gerilmenin oluturduu gerinme arasnda bir oran vardr. ult kop yenilmeYenilme EE Eort Kopma

Et

atlaklarn kapanma evresi Elastik evre Elasto-plastik evre

EiEi=atlak kapanma evresindeki elastisite modl EE=Elastik ksmn elastisite modl Et=Teetsel elastisite modl Eort=Ortalama elastisite modl

ekil Standart bir kaya iin gerilme-gerinme erisi ve elastisite modlleri E = / veya E = P.l / A.l

Mkemmel plastik

Dorusal elastik

Mkemmel elastik

Histerik davranl elastik malzeme

Kalc deformasyon z elliine sahip ma lzeme

Rijitlik Modl (Modulus of Rigidity) G Elastik malzemelerde veya kayann elastik davrand evrede, belirli limitler ierisinde kesme gerilmesi ile bunun oluturduu kesme gerinmesi arasnda bir oran vardr. Kesme gerilmesinin, kesme gerinmesine oranna rijidite modl denir. G=/ (N/m2) Rijitlik modl ile elastisite modl arasnda aadaki iliki vardr: E=2G(1+v) Bulk Modl (Bulk Modulus) K Hidrostatik gerilme altnda (tm gerilmeler birbirine eit) kayann ilksel hacminde V kadar bir deime olur. Uygulanan gerilme ile hacimsel gerinme arasnda ise aadaki gibi bir iliki vardr. K = / (V/V) Bulk modl, elastisite modl cinsinden aadaki ekilde yazlabilir: E=3K(1-2v)

GERLME KAYNAKLARI VE ARAZDEK GERLMELER Kayada grlen gerilmeler kkenlerine gre gruplandrlr. Doal gerilmeler: kayadaki herhangi bir kazdan nce varolan gerilmelerdir rnein yerekimi gerilmesi, tektonik gerilme, rezidel (kalnt) gerilme ve sl gerilme. Etkileim gerilmeleri: insanolunun yapt kazlara bal olarak gerilme deiimlerinin bir sonucu oluan gerilmelerdir. Yerekimine Bal Gerilmeler Gerilmenin birim alana etkiyen kuvvet olduu yukarda belirtilmiti. Newtonun birinci hareket yasasna gre kuvvet (P), ktle (m) ile ivmenin (b) arpmdr. P= m . b SI sistemde kuvvet Newton (N) ile tanmlanr ve 1 kg lk ktleyi saniye kareliine (s2) 1 metre (m) ivmelendirebilen (b) bir byklktr. P= 1N= kg

m s2

Dnyada ivmelenme yerekimine b=g=9.8 m/s2 baldr ve 1 kglk ktlenin oluturduu kuvvet: P(dnya)= 1 kg . 9.8

m = 9.8 N s2

1 Nluk bir kuvvet bir metrekareye etkidiinde gerilme olarak adlandrlr ve bir Paskal (Pa)lk bir byklk ifade eder.

dey = v = (younluk x ivme x kesit alan x derinlik) / kesit alan= birim hacim arlk (N/m3) x derinlik (m) = . h (N/m2=Pa) Dey bileeni belirlemek kolay olmasna ramen, kaya zelliklerinin etkisi ve farkl snr koullar nedeniyle yatay bileeni belirlemek daha karmaktr. Yer kabuunu oluturan malzemenin elastik olduu ve yatay hareketin mmkn olmad kabul edilirse, yatay bileen: yatay=h=

1

v

: Poisson oran Poisson orannn genel olarak 0.15 ile 0.35 arasnda deitii ve kayalar iin ortalama 0.25 olduu kabul edilirse: h=

0.25 1 = (yatay gerilme dey gerilmenin 1/3 kadar olacaktr. 1 0.25 3

Tektonik Gerilmeler Dnya sabit bir yapda olmad ve yer kabuu srekli hareket ettii iin deformasyonlar ve bunlara bal sismik olaylar meydana gelmektedir. Plakalar hareket ettiren kuvvetler kabuun altndaki (ortalama 35 km) mantodan kaynaklanmaktadr. Manto plastik yapdadr ve ekirdek ile daha souk olan kabuk arasndaki s farklarndan dolay hareket eder. Gerilmelerdeki blgesel deiimler, mantonun belirli blgelere akn salayan farkl kalnlktaki kabuktan kaynaklanr.

Mevcut tektonik hareketler ve tektonik hareketlilik bilinmeksizin tektonik gerilmelerin byklk ve ynn tahmin etmek olduka zordur. Ancak genellikle yatay gerilmeler dey gerilmelerden daha byktr. Kavram olarak mevcut veya aktif tektonik gerilmelerle ile kalnt veya nceki gerilmeler arasndaki fark birbirinden ayrmak gerekir. Kalc tektonik gerilmeler, kaya ierisinde ar gerilme sonucu kalan ve kaya deformasyonu ile tamamen boaltlamayan gerilmelerdir. Kaya bu gerilmeleri ok uzun dnemler boyunca koruyabilir. Bir ok sahada mevcut ve kalnt gerilmeleri birbirinden ayrmak olduka zordur. nceki almalar mevcut tektonik gerilmeler geni alanlarda daha srekli gerilme ortamlar oluturduunu gstermektedir. Ancak bu sreklilii belirlemek zordur. nk yeterli veri taban nadiren bulunur. Artk (Rezidel) Gerilmeler Artk gerilmeler kendi kendini dengelemi gerilmelerdir. Gerilmeler kaya dokusu ierisine hapsedilmitir ve kayann d yzeyinde ise gerilme yoktur. Artk gerilmeler, mineral kafes sistemindeki ekil bozukluklarn gsteren x-ray analiz ve farkl boyuttaki eitli gerinme belirleme yntemleriyle bulunabilir. Eer artk gerilmelerin kaya dayanm zerinde olumsuz bir etkisi varsa, bu zellik malzemenin laboratuvar veya arazi mukavemet deneyleri srasnda kendisini gsterecektir. Isl (Termal) Gerilmeler Isl gerilmeler kayann snmas ve soumasndan kaynaklanr. Bu ilem gne ndan, dnyann radyoaktivitesi sonucu oluan snma veya dier jeolojik ilemlerden dolay dnya kabuunun yzeye yakn ksmlarnda meydana gelir. Bir kumta iin sl genileme katsays () 1 C iin 10.8x10-8 metredir. Etkileim (Induced) Gerilmeleri Etkileim gerilmeleri, yaplan kazlarn bir sonucudur ve bu nedenle yeralt kaz tasarm ile yakndan ilikilidir. Kaz duvarlarnda ve arkasndaki gerilme dalmlar, kaz yaplmam kayadan ok farkldr. Gerilme Deiimleri Derine doru gerilme deiimlerinin nasl olduu konusunda birok aratrma yaplmtr. zellikle yatay gerilmenin deiimi konusunda birok aratrmac alma yapmtr ve bunlardan bazlarnn sonular aadaki izelgede verilmitir. Bunun yannda dey gerilmenin deiimi ile ilgili olarak yaplan almalardan graviteye bal olarak deiimi yukarda aklanmt. Hoek ve Brownnn ise elde ettikleri bulgular ekil xde verilmitir. Buna gre dey gerilmenin derinlie bal deiimi 0.027xh eklindedir. izelge Farkl aratrmaclara gre yatay/dey oranlarAratrmac *Heim **Terzaghi-Richard ***Hoek-Brown ****Stacey & Page *****Herget liki 1/1 (v/(1-v)).v kmin=(100/h)+0.3) kmax=(1500/h+0.5) s 3-(h/500) derin (9/8)-(h/8000) min (167/h)+1.46 ort (267/h)+1.25 max (357/h)+1.46 400 metre 1 1/3 0.55 4.25 2.2 1.876 1.916 2.353 1400 metre 1 1/3 0.371 1.571 0.95 1.579 1.441 1.715

Hergete gre yatay gerilme deerleri ise aadaki gibidir: Ortalama yatay gerilme (0-800 m) =0.0581 MPa/m Ortalama yatay gerilme (800-2200 m) =35.79 MPa+0.0111 MPa/m Ortalama yatay gerilme (olaanst durum) =14.45 MPa+0.0563 MPa/m Hergete gre dey gerilme deerleri ise aadaki gibidir: Kuvars, kumta,kireta, kuvarca zengin mamatik kayalar Bazik mamatik ve metamorfik kayalar Olaanst durum =0.026 MPa/m =0.029 MPa/m =0.0602 MPa/m

ekil Hoek ve Browna gre yatay gerilmenin derinlie bal deiimi

ekil Hoek ve Browna gre dey gerilmenin derinlie bal deiimi

Yapsal Jeoloji ve Arazi Gerilmeleri Bil blgenin plaka tektonii asndan maruz kald hareketlere bal olarak, o blgeye zg gerilme alanlar oluacaktr. Trkiye gznne alndnda (ekil x) gneydou anadolu, Kuzey Anadolu ve Ege Blgesindeki gerilme dalmlarnn ve rejimlerinin birbirinden farkl olaca aktr. Buna gre Arap ve Anadolu Plakalar arasnda bindirme ve buna bal gerilmeler, Kuzey Anadolu Fay Hatt boyunca yanal hareket ve dorultu atml faylar, Ege Blgesinde ise alma (genileme) mekanizmalarna bal olarak normal faylar gelimitir.

1

3

3 1

2

2

2 Asal gerilme byklkleri 1>2>3

1

3

ekil .eitli faylardaki asal gerilme ynleri

GERLME LME YNTEMLER Gerilmeden Kurtulma Yntemi Bu yntem, lm cihazlarnn yerletirildii kayann etrafndaki gerilmelerin ikinci bir sondaj alarak boaltlmas tekniine dayanr. lm cihaz lm yaplacak kaya yzeyine ok iyi yaptrlarak yzeydeki deiimler kaydedilir.

ekil Gerilmeden kurtulma teknikleri ile yaplan gerilme lme yntemleri

ekil Overcoring yntemi ile gerilme lm Daha fazla bilgi iin: http://www.mindata.com.au/Pages/HICELLPAGE.htm Dorudan Gerilme lme Yntemi Gerilmeler dorudan uygun cihazlar yardmyla llr. Bunun iin yk hcreleri vb. cihazlar kullanlmaktadr.Yk hcreleri, lm yaplacak yere yerletirilerek zamana bal olarak deiimler dorudan okunabilmektedir. ekil rnek bir yk hcresi

Gerilme Dengelemesi Yntemi Bu yntemde bir delik veya yarkta ilk gerilme ortamnn bozulmas ve daha sonra eitli cihazlar kullanarak ters ynde basn uygulayarak ilk gerilme deerlerinin elde edilmesi salanr. Yass yastk, bu yntemin kullanld en yaygn tekniktir.

Kontrol noktalar Basn n itesi

Okuma n itesi

Yandan Gr n

Kardan Grn

ekil Yass yastk yntemi ile gerilme lm Holografik Rezidel Gerilme lme Yntemi Bu yntem, sondaj kenarnda meydana gelen yer deiikliklerinin optik olarak llmesi sistemine dayanmaktadr. Laser n demetindeki deiiklik optik olarak kaydedilmekte ve bir yazlm yardm ile gerilme analizi yaplmaktadr. Aada sistemin ematik alma prensibi ve resmi grlmektedir. Daha fazla bilgi iin: http://www.hytecinc.com/hysig/..%5CPRISM%5CRS%5CASME%20PVP-01.pdf

eitli gerilme lme yntemleri ile ilgili dier sitelere girmek iin google.comdan insitu stress measurement methods konusu aratlabilir.

YENLME KRTERLER (Yenilmeye Bal Gerilme Limitleri) Malzemelerin yenilme kriterleri ile ilgili olarak uzun zamandan beri eitli almalar yaplmaktadr. Bunlardan birou ve zellikle ilk olanlar kaya olmayan malzemeler iin gelitirilmitir. Ancak son yllarda kaya mhendisliindeki artan almalara bal olarak kaya zellikleri dikkate alnarak belirlenmi yenilme kriterleri de gelitirilmitir. Aada ok yaygn ve/veya tannm yenilme kriterlerinden bazlar verilmitir. Maksimum ekme Gerilmesi Kriteri Bu kritere gre, kayaya uygulanan en kk asal gerilme (3), kayann tek eksenli ekme gerilmesine eit olduunda, kaya ekme atlaklar nedeni ile krlr. 3=tult Maksimum Kesme Gerilmesi (Tresca) Kriteri Trescaya ait bu yenilme kriteri, izotropik ve snml kayalar iin geerlidir. Kriter, en byk ve en kk asal gerilmelerin bir fonksiyonu olarak ifade edilir ve bunlarn farklarnn yars kadardr. s= max=(3-3)/2 s= max=Trescaya gre kayann en yksek kesme dayanm Bu ifadeden de anlalaca gibi, bu kriterde orta byklkteki asal gerilme bir rol oynamaz. Tresca yenilme kriteri Coulomb yenilme kriterinin zel bir halidir. Coulomb ve Mohr Yenilme Kriteri Mohr hipozezine gre (1900 da) bir dzlem zerinde bir kesme krlmas meydana geldiinde, bu dzlem zerindeki normal () ve kesme ()gerilmeleri arasnda bu malzemenin zelliklerine bal olarak aralarnda fonksiyonel bir iliki vardr : = f() Coulomb Yenilme Kriteri (kayann kesme dayanm): s= =n.tan+c

ekil Mohr ve Coulomb yenilme kriteri Mohr yenilme zarf bir eri olduu zaman matematiksel bir forml ile gsterilemez ve deneysel olarak bulunur. Kriter, kaya mekaniinde atlak, krk, fay ve dier sreksizliklerin kesme dayanmlarnn bulunmasnda belirli bir doruluk derecesinde kullanlabilir. Ancak krlma esnasnda, krlmaya neden olan kaya ierisindeki isel mikroskobik lekli atlaklar dikkate almaz. Kriter daha ok byk lekli krlma zelliklerini tanmlar.

ekil Mohr zarf rnekleri Bieniawski Amprik Yenilme Kriteri Bieniawski kayalarn yenilmesi tanmlayan amprik bir yntem nermitir. Buna gre: k burada 3 1 = 1 + A veya c m=(1-3) c

m = 0,1 + B m c c

c

m=(1+3) c=tek eksenli basma dayanm

Bieniawskinin almalarnn sonucuna gre kayalar iin k0.75 ve c0.90 dir. Ayn ekilde deney yaplan kayalardan elde edilen sonular A ve B katsaylarnn da dar bir aralkta yeraldn gstermektedir. Aada baz kayalara ait A ve B deerleri verilmitir. izelge Baz kayalar iin A ve B katsaylar Kaya Tipi A B Norit 5.0 0.80 Kuvarsit 4.5 0.78 Kumta 4.0 0.75 Siltta 3.0 0.70 amurta 3.0 0.70 Hoek ve Brown Yenilme Kriteri Orijinal Hoek ve Brown yenilme kriteri Denklem HB-1

burada 1, 3 : yenilme anndaki en byk ve en kk asal gerilme ci : kayann tek eksenli basma dayanm m ve s: malzeme sabitleri, salam kaya numunesi iin s=1 Dzeltilmi Hoek-Brown yenilme kriteri (2002): Denklem HB-2

burada mb malzeme sabiti deeri minin azaltlm deeridir ve aadaki denklemle tanmlanr: Denklem HB-3

a ve a kaya ktlesinin sabitleridir ve aadaki ilikiye sahiptir: Denklem HB-4

Denklem HB-5 D faktr, kaya ktlesinin maruz kald patlatmadan kaynaklanan hasar ve gerilme rahatlamasna bal deiime baldr. Rahatsz edilmemi kayalar iin 0 ile rahatsz edilmi kayalar iin 1 olan deerler arasnda deiir. Elastisite modlnn belirlenmesi ci100 MPa iin Denklem HB-11a

ci>100 MPa iin Denklem HB-11b

ekil Hoek ve Brown yenilme kriteri

Tablo: D sabitini deerlendirme klavuzu Kaya ktlesinin grn Kaya ktlesinin tanm

nerilen D deeri

Tneli evreleyen kaya evresinde en az hasara neden olan TBM ile kaz veya mkemmel kalitedeki kontroll patlatma

D=0

Kt kaliteli kaya ierisinde evre kayaya en az hasar verecek ekilde mekanik veya elle kaz (patlatmasz) Skma problemlerinin nemli taban kabarmalarna neden olduu yerlerde, yandaki fotorafta grld gibi geici elik destek olmakszn hasar ok fazla olabilir.

D=0 D=0.5 elik destek yok

Tnel evresindeki kayada 2-3 m derine kadar uzanan iddetli lokal hasara neden olan sert kaya ierisindeki ok kt kaliteli patlatma

D=0.8

naat amal evlerde orta iddette kaya ktlesi hasarna neden olan kk lekli patlatmalar, zellikle yanda grld gibi kontroll patlatma yaplrsa. ancak gerilme rahatlamasna bal baz hasar olabilir.

D=0.7 yi patlatma D=1.0 kt patlatma

Youn patlatma ve rt yknn kaldrlmas ile oluan gerilme rahatlamas nedeni ile nemli hasarlara uram byk lekli ak maden kazlar. Daha yumuak kayalarda kaz ekline bal olarak daha az hasara urayan daha yumuak kaya kazlar

D=1.0 Youn patlatma D=0.7 Mekanik kaz

Tablo. Jeolojik tanma dayal Jeolojik Dayanm ndisinin- JD- (GSI-Geological Strength Index) Tahmini

GSI>25 olduunda kaya ktlesinin kabul edilebilir biimde iyi olduu kabul edilebilir ve Hoek-Brown kriteri aadaki ekilde uygulanabilir:

GSI200 >13 H Yzeye yakn dk gerilme 2.5 Orta gerilme 200-10 13-0.66 J 1.0 Yksek gerilme (ok sk yap) 10-5 0.66-0.33 K 0.5-2.0 Orta id. (masif) kaya patlamas 5-2.5 0.33-0.16 L 5-10