Çayyolu – Serpmeevler’de (Ankara) Jeolojik – Jeoteknik Değerlendirmeler (2. Bölüm)

Çayyolu – Serpmeevler’de (Ankara) Jeolojik – Jeoteknik Değerlendirmeler (2. Bölüm)

Bu makale, 1 Nisan 2022 tarihinde yayınlanan “Çayyolu – Serpmeevler’de (Ankara) Jeolojik – Jeoteknik Değerlendirmeler (1. Bölüm)” yazısının ikinci ve son bölümü olup içerikte çalışmada elde edilen sonuçlar ve değerlendirmeler yer almaktadır.

Çayyolu – Serpmeevler’de (Ankara) Jeolojik – Jeoteknik Değerlendirmeler (1. Bölüm) Kaynak Linki = https://www.yeraltihaber.com/makale/cayyolu-serpmeevlerde-ankara-jeolojik-jeoteknik-degerlendirmeler-1-bolum-29

İnceleme Alanındaki Mühendislik Jeolojisi Sorunlarının Değerlendirilmesi

İnceleme alanında artan yerleşim ve yol kazıları nedeniyle killi zeminlerden kaynaklanan jeo-mühendislik özellikleri ve sorunları araştırılmış olup, yapılan analizler ve değerlendirmeler sonucu, söz konusu bu özelliklerin inceleme alanında mevcut ve planlanan yapılar için önemi ortaya koyulmuştur. Bu kapsamda uzun süreli duraylılık koşulları göz önünde bulundurulmuş ve incelenen killi zeminin şev duraylılığı analizlerinde kullanılacak drenajlı makaslama dayanım parametreleri yapılan deformasyon kontrollü doğrudan makaslama deneyleri ile belirlenmiştir. İncelenen killi zeminin özellikle hafif yapılar için tehlike oluşturan bir diğer jeo-mühendislik özelliği olan şişme davranışı ise, alınan örselenmemiş örnekler üzerinde yapılan deneylerden ve seçilen görgül eşitlik kullanılarak belirlenen şişme parametreleri göz önünde bulundurularak değerlendirilmiştir. İncelenen killi zeminin tek eksenli sıkışma dayanımı standart sapması ile birlikte bulunmuş olup, drenajsız içsel sürtünme açısının “0” olduğu bilinen killi örneklerin drenajsız makaslama dayanımı değerleri (cu)  tek eksenli sıkışma dayanım değerlerinin yarısı olacak şekilde hesaplanmıştır. Bulunan bu değerler esas alınarak, kil içinde inşa edilen binaların temel tipi ve boyutları göz önüne alınmış ve izin verilebilir taşıma  gücü değerlendirmeleri bu bağlamda yapılmıştır.

Şev Duraylılığının İncelenmesi

Yapılan arazi çalışmalarında bölgede meydana gelen 4 şev duraysızlığının yeri ve büyüklüğü belirlenmiş olup, bu duraysızlıkların yenilme yüzeylerinin taç kısmından topuğa doğru görüldüğü hat boyunca jeolog pusulası yardımıyla belirli aralıklarla alınan konum ölçümleri, söz konusu duraysızlıklara ait ölçekli kesitlerin hazırlanmasında esas alınmıştır.

Bölgede incelenip kesitleri hazırlanan şev  duraysızlıklarına bir örnek (üstte) ve aynı duraysızlık için hazırlanan ölçekli şev kesiti (altta)

Hazırlanan kesitlerin kullanılarak yapıldığı geriye dönük analizler, incelenen killi zeminin indeks ve jeomekanik parametrelerinin de girildiği SLIDE (Rocscience, 2005) programında yapılmıştır. İnceleme alanındaki killi zeminde açılması planlanan güvenli şevlerin (F>1) tasarımı, makaslama deneyleriyle tayin edilen drenajlı makaslama dayanımı parametreleri esas alınarak yapılmıştır. Bu şevlerden alınan örnekler üzerinde yapılan makaslama deneyleriyle belirlenen makaslama dayanımı parametreleriyle geriye dönük analiz sonuçları karşılaştırılmıştır.

Şev Duraysızlıkları

Yapılan gözlemler ve ölçümler incelenen killi zeminlerde açılmış şevlerde gözlenmiş duraysızlıkların dairesel kayma şeklinde olduğunu ve yenilme yüzeylerinin şevlerin topuk noktalarından geçtiğini göstermektedir. Söz konusu şevlerin özellikle yağışlı dönemlerde yeniden duraysızlığa uğradıkları çalışma süresi içerisinde gözlenmiştir. Temelleri incelenen kil içerisinde açılan 2-3 katlı binaların bulunduğu örnekleme noktasında çalışmanın ilk dönemlerinde duraylı olarak gözlenen kazı şevlerinin daha sonraki dönemlerde duraylılığını yitirdiğini ve bu durumun inşası süren yapılar için tehlike arz edeceği düşünülmüştür.

Geriye Dönük Analizler

Duraysızlığa uğramış şevlerin yenilme anındaki makaslama dayanımı parametrelerinin belirlenmesi amacıyla, Sancio (1981) tarafından önerilen yaklaşım ve Bishop (1955)’un dairesel kayma yöntemiyle SLIDE (Rocscience, 2005)  programı kullanılarak geriye dönük analizler yapılmıştır. Mevcut şevduraysızlıklarının her biri için limit denge koşulu (F=1) göz önüne alarak farklı c-fi (dayanım parametreleri) çiftleri belirlenmiş olup, bu değerleri sağlayan doğrular incelenen killi zemini genel olarak karakterize eden makaslama dayanımı parametreleri ile karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, limit denge koşulunu (F=1) sağlayan c-fi çiftlerinin, sınırları çizilen doruk makaslama dayanımı parametrelerinin içinde kaldığı belirlenmiştir. İncelenen şevlerin kaymalar sırasındaki ortalama makaslama dayanımı parametrelerinden kohezyon (c) 8 kPa, içsel sürtünme açısı ise 19 derece olarak belirlenmiştir. Bu sonuç, duraysız şevlerde yenilme anında doruk makaslama dayanımı parametrelerinin etkin olduğunu göstermiştir. Söz konusu yenilmeleri doruk makaslama dayanım parametrelerinin kontrol ettiği belirlenmiş ve bu durumun incelenen killi zeminin homojen olmayıp bünyesinde silt tane boyuna sahip malzemeyi oldukça yüksek oranda bulundurmasından kaynaklandığı düşünülmüştür. İncelenen 4 duraysızlık için yapılan analizler sonucunda bulunan c-fi çiftlerinin oluşturduğu doğruların birbirine paralel olmasının nedeninin duraysız şev geometrilerinin birbirine benzer olmasından kaynaklanabileceği üzerinde durulmuştur.

Farklı geometrilere sahip 4 şev duraysızlığı için elde edilmiş c-f zarfları ile makaslama dayanımı parametrelerinin karşılaştırılması.

İnceleme alanındaki duraylı ve duraysız yol yarması şevlerinin yükseklik ve açıları esas alınarak belirlenmiş yaklaşık duraylılık-duraysızlık sınırı.

Dairesel kayma analizlerine göre incelenen kiliz eminde açılacak şevler için güvenlik katsayısının şev yüksekliği ve şev açısına bağlı değişimi (tasarım grafiği).

Şişme Potansiyelinin Değerlendirilmesi

Önceki bölümde belirtildiği gibi, killi zeminlerin içerdiği kil minerallerinin türü ve miktarı şişmeyi etkileyen faktörler arasında bulunmaktadır. İncelenen zeminden alınan örneklerle yapılan X-ışınları kırınım analizleri sonucunda simektit grubu kil minerali içeriğinin oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Bunun yanı sıra, zeminin plastisitesinin de yüksek olması şişme davranışının görülmesi için diğer bir nedendir.

Çalışmanın bu bölümünde, inceleme alanından alınan örneklerin şişme parametrelerinin belirlenmesi için Ergüler (2001)’in Ankara kilininşişme parametrelerinin dolaylı yoldan tayini amacıyla önerdiği görgül eşitliklerin kullanılması amaçlanmıştır. Ergüler (2001), incelediği alanda karbonat yumrularının daha ender olarak ve kilin içinde sadece kılcal damarlar şeklinde görülmesi nedeniyle, önerdiği görgül ilişkilerde karbonat miktarını dikkate almamıştır. Ayrıca, kireç yumrularının şişme basıncını azaltıcı etkisi de göz önüne alınmıştır (Avşar, 2003). Bu nedenle, alınan örselenmiş ve örselenmemiş örneklerin kireç yumrularını içermemesine dikkat edilmiştir. Öncelikle inceleme alanında 5 farklı yerden örselenmemiş örnekler alınmış olup, şişme basıncı ve şişme yüzdesi gibi şişme parametreleri, şişme (odometre) deneyleri yapılarak belirlenmiştir.

Ergüler (2001)’in Ankara kili için önerdiği, zeminin LL ve Wmax24 gibi indeks parametrelerini içeren eşitliklerden şişme basıncı için SWUD¬= -637.2 + 12.8Wmax24 + 0.012LL, şişme yüzdesi için SPUD= -16.10 + 0.13LL + 0.27Wmax24 eşitlikleri kullanılarak bulunan değerler ile 5 adet örnek üzerinde yapılan şişme deneylerinden tayin edilen şişme basıncı ve şişme yüzdesi değerleri birbirleriyle uyumlu çıkmıştır. Şişme basıncı için seçilen eşitliğin korelasyon katsayısı (r) 0.86, şişme yüzdesi için seçilen eşitliğin korelasyon katsayısı ise 0.92’dir.

Şişme deney sonuçları ile görgül eşitlikten tahmin edilen şişme parametrelerinin karşılaştırılması.

Deneysel olarak tayin edilen şişme basınçlarının görgül ilişkiden tahmin edilen şişme basınçlarıyla karşılaştırılması.

İncelenen killi zemin, Ankara bölgesinde yayılımı oldukça fazla olan ve şişme davranışından dolayı sorun yaratan Ankara kili ile karşılaştırıldığında, incelenen killi zeminin likit limit (LL) değerlerinin daha düşük, silt içeriğinin oldukça fazla ve mineralojik bileşiminin farklı olması nedenleriyle şişme potansiyeli Ankara kiline göre daha düşüktür.

İncelenen killi zemin için hazırlanan şişme basıncı mikrobölgelendirme haritası.

Haritaların hazırlanmasında Global Mapper 10 (Global Mapper Software, 2009) ve Surfer 8 (Golden Software Inc, 2002) programları kullanılmıştır. Haritalar incelendiğinde, inceleme alanının güneyinde 2 numarayla gösterilen bölgede en yüksek şişme basıncının 869.2 kPa’a kadar ulaştığı görülmektedir. Yapılan arazi çalışmalarında görülen deformasyonlarda da bu bölgede şişme potansiyelinin en yüksek olduğu anlaşılmıştır. İnceleme alanının kuzeydoğusu (1 no.lu bölge) ve kuzeybatısında (3 no.lu bölge) da en yüksek şişme basınçlarının 300 ile 550 kPa arasında değiştiği gözlenmektedir. Seçilen görgül eşitliğin, yapılan deney sonuçları ve belirlenen şişme basınçlarının arazi çalışmaları sırasındaki gözlemleri tam olarak sağladığı çalışma sırasında görülmüştür.

Şişme basıncı haritasında belirlenen şişme basıncı değerlerinin en yüksek şişme basıncı değerleri olduğu ve yüzeye çok yakın derinliklere ait olup, bu değerlerin derinlik arttıkça, özellikle aktif zonun altında sönümleneceği dikkate alınmalıdır. Bu nedenle inceleme alanında şişmenin etkisi, bahçe duvarları, gömülü borular vb. gibi hafif yapılarda görülmektedir.

Taşıma Gücü Analizleri

Saha çalışmaları sırasında inceleme alanındaki yapılarda inşa halindeki temellerin gözlenmesine çalışılmış, ancak inşaat aşamasının tamamlanması nedeniyle istenilen bilgilere ulaşılamamıştır. Bu nedenle inceleme alanında incelenen killi zemin içinde olabileceği düşünülen yapıların (2-3 katlı yapılar) temel tip ve boyutları Yenimahalle Belediyesi Fen İşleri Müdürlüğü’nün arşivinden araştırılmıştır. Yapılan araştırma sonucu, bu alandaki yapıların temellerinde, sığ temel (temel derinliğinin (Df) temel genişliğinden (B) küçük veya eşit olduğu temel tipleri) türleri olan kare ve şerit temeller kullanılmış olup, temel derinliklerinin en fazla 4 m. olduğu bilgisi edinilmiştir. Bu temel türlerine ve derinliklerine göre, farklı temel genişlikleri de göz önünde bulundurularak, taşıma  gücü hesaplamaları yapılmıştır.

Zeminin taşıma  gücünün belirlenmesi için tek eksenli sıkışma dayanımı deneyi yapılmış ve buradan bulunan drenajsız makaslama dayanımı (cu), suya doygun killerdeki nihai taşıma  gücü yaklaşımına göre Terzaghi’nin taşıma  gücü eşitliğinde yerine koyularak izin verilebilir taşıma  gücü hesaplanmıştır. Peck vd.(1974)’nin nihai taşıma  gücünün kare ve şerit temeller için hesaplanabilmesi amacıyla önerdikleri eşitliklerden yararlanılmıştır. Bu eşitlikte killer için drenajsız koşullarda fi=0 olduğundan, zeminin içsel sürtünmesi terimi sıfır olacaktır.

Drenajsız koşullardaki tek eksenli sıkışma dayanımı deneyi sonucunda, incelenen zeminin tek eksenli sıkışma dayanımı (qu) 34.9 kPa olarak tayin edilmiş olup, buradan cu=qu/2’den drenajsız makaslama dayanımı (cu) 17.5 kPa hesaplanmıştır.

İnceleme alanındaki yapıların temel derinliklerinin (Df) genellikle 4 m’ye kadar olması dikkate alınarak, temel derinlikleri 0 ile 5 m arasında seçilmiştir. 2.5 cm’lik izin verilebilir oturma miktarı göz önünde bulundurularak taşıma  gücü hesaplamaları yapılmış ve sonuçlar, “temel genişliği-izin verilebilir taşıma  gücü-temel derinliği (Df)” grafikleri kare temel ve şerit temel için sunulmuştur. Grafiklerin hazırlanmasında kullanılan temel genişliği ile ilgili değerler elde edilemediği için, sığ temellerde koşut olarak sunulan temel derinliğinin temel genişliğinden küçük veya eşit olması gerektiği göz önünde bulundurularak, temel genişliği değerleri temel derinliklerinde seçilen değerler ile paralel olarak seçilmiştir.

Bu nedenle kullanılan temel genişliği (B) değerleri 1-5 m arasında değişmektedir. Bu değerlere göre hazırlanan taşıma  gücü grafikleri kare temel için aşağıdaki şekillerde sunulmuştur.

İncelenen kil zeminde inşa edilecek kare temel (üstte) veşerit temel (altta) için, temel genişliğine ve temel derinliğine bağlı olarak izin verilebilir taşıma  gücü grafiği.

Sonuçlar ve Öneriler

İncelenen zeminin Hançili formasyonuna ait olduğu ve ince tane oranlarının %50’nin üzerinde olduğu saptanmış olup, kilin CH ve MH zemin gruplarında yer aldığı belirlenmiştir. İncelenen zemin simektit grubu mineral içeriğiyle şişme özelliğine de sahiptir.

Laboratuvar deneyleri sonucunda likit limit değerlerinin %50’den büyük olduğu hesaplanmış olup, zeminin normal aktif killer ve aktif killer grubuna girdiği saptanmıştır.

Yapılan arazi gözlemlerine göre söz konusu zeminde dairesel kayma türü şev duraysızlığı ve şişme gibi jeo-mühendislik sorunları meydana gelmektedir.

Geriye dönük analizler, şev duraylılıkları sırasında zeminin doruk makaslama dayanımının mobilize olduğunu göstermiştir. Ayrıca farklı şev yükseklikleri ve açıları için yapılan şev duraylılığı analizlerine göre, yüksekliği 6 m. olan bir şevin eğiminin 30 dereceden fazla olduğu yol yarması şevlerinde duraylılık açısından soruna neden olabilecekleri belirlenmiş olup, bu durum saha gözlemleriyle de örtüşmektedir.

Gelecekte yararlanılacağı düşünülerek, yapılaşmanın halen devam ettiği Çayyolu-Serpmeevler bölgesi için seçilen görgül eşitliklerden belirlenmiş şişme basıncı değerlerine göre mikrobölgelendirme haritası hazırlanmıştır. Hazırlanan harita incelendiğinde, inceleme alanının GB, KB ve KD’sunda şişme basınçları daha yüksek olup, bu sonuçlar şişmeye bağlı hasarlara ilişkin gözlemlerle örtüşmektedir.

Bu zeminde, sığ temeller için yapılan izin verilebilir taşıma  gücü hesaplamalarında, kare temeller için taşıma  gücü şerit temellere göre daha yüksek bulunmuştur.

Yukarıda belirtilen sonuçlar çerçevesinde, incelenen zeminde gelecekte yapılacak mühendislik çalışmalarıyla ilgili olarak aşağıda önerilerde bulunulmuştur.

İncelenen zeminde açılan şevler için hazırlanan tasarım grafiği dikkate alınarak, duraylılık açısından yüksekliğin 6 m. olması halinde eğimin 30 dereceyi geçmemesine dikkat edilmelidir.

Bahçe duvarları, gömülü altyapı elemanları gibi hafif yapılar inşa edilirken, hazırlanan şişme basıncı mikrobölgelendirme haritasından yararlanılması ve gerekli önlemlerin alınması önerilir.

Not: Bu makale, Mayıs 2010 yılında Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü’nde Prof. Dr. Reşat Ulusay’ın danışmanlığında hazırlanan “Çayyolu – Serpmeevler  (Ankara) Yerleşimindeki Killi Zeminlerin Şev  Duraylılığı, Şişme ve Taşıma  Gücü Açısından Değerlendirilmesi” isimli lisans bitirme projesinden alıntılanmıştır. Çalışmayı hazırlayanlar; Görkem Başcı, Zehra Deveci Aral, Onur Özdemir, Alev Özen Özgür.

Anahtar Kelimeler: Çayyolu, Şev, Taşıma Gücü, Şişme, Kil, Duraysızlık,