ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ÇUKURAMBAR (ANKARA) CİVARINDAKİ ZEMİNLERİN JEOTEKNİK DEĞERLENDİRİLMESİ

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ÇUKURAMBAR (ANKARA) CİVARINDAKİ ZEMİNLERİN JEOTEKNİK DEĞERLENDİRİLMESİ Sinem ÇİFTEPINAR JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI ANKARA 2007 Her Hakkı Saklıdır

2 ÖZET Yüksek Lisans Tezi ÇUKURAMBAR (ANKARA) CİVARINDAKİ ZEMİNLERİN JEOTEKNİK DEĞERLENDİRİLMESİ Sinem ÇİFTEPINAR Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Recep KILIÇ Bu yüksek lisans tezi kapsamında, Ankara ili, Balgat-Çukurambar mahallesinde yer alan zeminlerin jeolojik, jeoteknik ve jeofizik özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla, inceleme alanında jeoteknik amaçlı sondajlar yapılarak, standart penetrasyon darbe sayısı ile zeminlerin kıvamı ve sıkılığı belirlenmiş, zemini temsil eden örnekler alınarak sınıflama, fiziksel, mekanik ve konsolidasyon özellikleri incelenmiş ve bu verilere göre mühendislik jeolojisi kesiti hazırlanmıştır. İnceleme alanında genel olarak Üst Pliyosen yaşlı yüksek plastisiteli inorganik kil ve silt bulunmaktadır. Kil ve silt içerisinde kum bandı ve bunların üzerinde 7.00 m kalınlıkta alüvyon yer almaktadır. Alüvyon içerisinde 6.00 m derinlikte yeraltı suyu bulunmaktadır. Kil ve siltin konsolidasyonsuz drenajsız kohezyonu ortalama 59.5 kn/m 3, içsel sürtünme açısı ortalama 9.5 derece, 1.0 kg/cm 2 basınç altında hacimsel sıkışma katsayısı cm 2 /kg ve buna göre oturma miktarı 3.40 cm olarak hesaplanmıştır. Ortalama sıkışma indeksi 0.123, şişme indeksi 0.02 ve prekonsolidasyon basıncı 2.30 kg/cm 2 olarak hesaplanmıştır. Şişme indeksine göre oturma miktarı ortalama 1.7 cm dir. İnceleme alanındaki zeminlerde farklı yöntemlere göre sıvılaşma potansiyeli beklenmemektedir. 2007, 50 sayfa Anahtar Kelimeler: Çukurambar, Üst Pliyosen, Standart Penetrasyon Deneyi, Jeoteknik Özellikler, Konsolidasyon. i

3 ABSTRACT Master Thesis GEOTECHNİCAL EVALUATION OF THE SOİLS İN THE VİCİNİTY OF ÇUKURAMBAR (Ankara, Turkey) Sinem ÇİFTEPINAR Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Geological Engineering Supervisor: Prof. Dr. Recep KILIÇ In the scope of this master thesis, geological, geotechnical and geophysical properties of the soils around Çukurambar, Balgat-Ankara were investigated. Geotechnical boreholes have been drilled and standard penetration tests have been performed in order to determine the stiffness and consistency of the soils, to obtain samples, to investigate the index, physical, mechanical and consolidation properties of the soils. Engineering geology map and cross-section have been constructed based on these data. Upper Pliocene aged high plasticity clay and silt exist in the study area with a sandy lence. Quaternary aged alluvium with 7.00 m covers all of the units unconformably. Ground water level is 6.00 m dept in the alluvium. The average cohesion of the clay and silt is 59.5 kn/m 3, internal friction angle 9.5 degrees, coefficient of volume compressibility is cm 2 /kg under 1.0 kg/cm 2 loading pressure and consolidation is calculated as 3.40 cm totally. Average compression index is 0.123, average swelling index is 0.02 and pre-consolidation pressure is 2.30 kg/cm 2. Average consolidation based on swelling index is 1.7 cm. No liquefaction potential is expected the study area, according to various methods. 2007, 50 pages Key Words: Çukurambar, Upper Pliocene, Standard Penetration Test, Geotechnical Properties, Consolidation. ii

4 TEŞEKKÜR Yüksek lisans tez çalışmamın her aşamasında değerli görüşlerini ve yardımlarını esirgemeyen danışman hocam Sayın Prof. Dr. Recep KILIÇ a sonsuz şükranlarımı sunarım. Tezin geliştirilmesinde değerli katkılarını esirgemeyen Hacettepe Üniversitesi nden Sayın Prof. Dr. Hüsnü AKSOY ve Ankara Üniversitesi nden Sayın Prof. Dr. Aydın Özsan a teşekkür ederim. Yüksek lisans çalışmam boyunca fikirlerini ve desteğini esirgemeyen Sayın Araş. Gör. Koray ULAMIŞ a teşekkür ederim. XRD analizlerimin yorumlanmasında yardımlarını gördüğüm Yard. Doç. Dr. Zehra KARAKAŞ a teşekkür ederim. Her zaman yanımda olan, maddi ve manevi anlamda bana destek olan sevgili AİLEME sonsuz sevgi ve saygılarımı sunarım. Sinem ÇİFTEPINAR Ankara, Mayıs 2007 iii

5 İÇİNDEKİLER ÖZET i ABSTRACT ii TEŞEKKÜR...iii SİMGELER DİZİNİ.vi ŞEKİLLER DİZİNİ.vii ÇİZELGELER DİZİNİ..viii 1. GİRİŞ İncelemenin Amacı ve Kapsamı Yeri ve Ulaşım İklim ve Bitki Örtüsü Önceki Çalışmalar 4 2. JEOLOJİ Genel Jeoloji Alüvyon (Qa) Gölbaşı Formasyonu (Tg) Mamak Formasyonu (Tma) Ortaköy Formasyonu (Trao) Elmadağ Formasyonu (Trael) 9 3. DEPREMSELLİK ARAZİ İNCELEMELERİ Jeoteknik Amaçlı Sondajlar Standart Penetrasyon Deneyi (SPT) Örselenmemiş (UD) Örnek Alınması Jeofizik Ölçümler Sismik Kırılma Kuyu İçi Sismik Değerlendirmeler S dalga hızı (Vs) (Andrus and Stokoe 1997) Sıvılaşmada güvenlik sayısı (FS) 22 iv

6 5. LABORATUVAR İNCELEMELERİ Doğal Su İçeriği Atterberg Limitleri Tane Boyu Dağılımı Üç Eksenli Basınç Deneyi Konsolidasyon Mineralojik Özellikler JEOTEKNİK DEĞERLENDİRME Sıvılaşma Potansiyeli Prekonsolidasyon Basıncı, Sıkışma ve Şişme İndeksi Hacimsel Sıkışma Katsayısına (m v ) Göre Oturma Miktarı Şişme İndeksine (C s ) Göre Oturma Miktarı Taşıma Gücü SONUÇLAR ve ÖNERİLER...32 KAYNAKLAR..34 EKLER...36 EK 1 Balgat, Çukurambar civarındaki Üst Pliyosen zeminlerinin jeoteknik özellikleri EK 2 Tane boyu dağılım eğrileri.38 EK 3 SPT N düzeltmeleri.41 EK 4 Üç eksenli basınç deneyi sonuçları 42 EK 5 S1 UD1 ve S2 UD2 nolu sondajlara ait konsolidasyon deneyi sonuçları...44 EK 6 S1 UD1 nolu sondaja ait örneğin boşluk oranı-basınç ilişkisi...46 EK 7 S2 UD1 nolu sondaja ait örneğin boşluk oranı-basınç ilişkisi...47 EK 8 S1 ve S3 sondajlarına ait XRD grafikleri.48 ÖZGEÇMİŞ..50 v

7 SİMGELER DİZİNİ B c C c CH C N C s D1 D f P φ γ 1 γ 2 γ n H L LL MH m v N cor N f P 0 P c PL PI S S1 SF SM SPT ω n UD USCS σ 1 σ 3 ' σ v XRD YASS Temel Genişliği Kohezyon Sıkışma İndeksi Yüksek Plastisiteli İnorganik Kil SPT Düzeltme Katsayısı Şişme İndeksi Derin Sondaj Kuyusu ve Numarası Temel Derinliği Yapılardan Zemine Aktarılan Yük Miktarı İçsel Sürtünme Açısı Temel Üstündeki Zeminin Birim Ağırlığı Temel Zeminin Birim Ağırlığı Doğal Birim Ağırlık Temelin Oturacağı Birimin Kalınlığı Temel Uzunluğu Likit Limit Yüksek Plastisiteli İnorganik Silt Hacimsel Sıkışma Katsayısı Örtü Basıncına Göre Düzeltilmiş Darbe Sayısı Arazide Belirlenen SPT N Darbe Sayısı Efektif Örtü Yükü Ön Yükleme Basıncı Plastik Limit Plastisite İndisi Oturma Miktarı Sondaj Kuyusu ve Numarası Emniyet Katsayısı Siltli Kum Standart Penetrasyon Deneyi Doğal Su İçeriği Örselenmemiş Örnek Birleşik Zemin Sınıflama Sistemi En Büyük Asal Gerilme En Küçük Asal Gerilme Efektif Örtü Yükü X Işınları Kırınım Analizi Yeraltı Suyu Seviyesi vi

8 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 1.1 İnceleme alanı yer belirleme haritası.2 Şekil 1.2 Ankara ili yılları aylık sıcaklık ortalama grafiği...3 Şekil 1.3 Ankara ili yılları aylık yağış ortalama grafiği...3 Şekil 1.4 Ankara ili yılları aylık nem ortalama grafiği..3 Şekil 2.1 İnceleme alanını ve yakın çevresinin jeoloji haritası (Anonim 1997 den değiştirilerek)...7 Şekil 3.1 Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası.11 Şekil 3.2 İnceleme alanı deprem haritası 11 Şekil 4.1 Derin kuyuda S dalga hızının derinlikle değişimi ve jeolojik birimler...17 Şekil 4.2 Makaslama dalgası hızına göre sıvılaşma direnci (Andrus and Stokoe 1997) Şekil 6.1 İnceleme alanına ait jeoloji haritası.26 Şekil 6.2 İnceleme alanının mühendislik jeolojisi kesiti ve SPT N darbe sayıları.27 Şekil 6.3 İnceleme alanına ait verilerin sıvılaşma potansiyeli kartındaki yerleri...28 vii

9 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 3.1 Ankara ve çevresinde meydana gelen ve M s >4 olan depremler..12 Çizelge 4.1 İnceleme alanında yer alan sondajların numarası, kotu, derinliği ve yeraltı suyu seviyeleri..13 Çizelge 4.2 Düzeltilmiş darbe sayılarına göre kıvam ve sıkılık çizelgesi (Skempton 1986)..14 Çizelge 4.3 İnceleme alanının S dalga hızları 17 Çizelge 4.4 Zemin grupları (AİGM 2006)..18 Çizelge 4.5 Zemin grupları (ICC 2003)..19 Çizelge 4.6 İnceleme alanına ait kumlu seviyelere ait sıvılaşma potansiyeli (Andrus and Stokoe 1997) 21 Çizelge 4.7 Deprem büyüklüğüne bağlı düzeltme faktörleri (Youd and Noble 1997)...22 Çizelge 5.3 Kil örneklerinin XRD analiz sonuçlarına göre minerolojik bileşimi..25 Çizelge 6.1 İnceleme alanına ait zeminin hacimsel sıkışma katsayıları ve oturma miktarları Çizelge 6.2 Çizelge 6.2 İnceleme alanına ait zeminin şişme indeksine (C s ) göre oturma miktarları..30 viii

10 1. GİRİŞ 1.1 İncelemenin Amacı ve Kapsamı Bu yüksek lisans tezi kapsamında, Ankara ili, Çankaya ilçesi, Balgat-Çukurambar mahallesinde yer alan ve Şekil 1.1 de gösterilen alandaki zeminlerin jeolojik, jeoteknik ve jeofizik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca, kuyu içi sismik ve yüzey sismiği çalışmaları ile bu verilerin desteklenmesi amaçlanmıştır. Elde edilen tüm verilere dayanarak bölgedeki zeminler farklı yöntemlere göre sınıflandırılmıştır. Bu amaçla, inceleme alanında jeoteknik amaçlı sondajlar yapılarak, standart penetrasyon darbe sayısı ile zeminlerin kıvamı ve sıkılığı belirlenmiş, zemini temsil eden örnekler alınmış, bu örneklerin özellikleri laboratuvarda incelenmiştir. Arazi ve laboratuvar verilerine göre mühendislik jeolojisi kesiti hazırlanmıştır. 1.2 Yeri ve Ulaşım İnceleme alanı, Ankara kenti, Çankaya ilçesi, Balgat semti yerleşim alanı içerisinde yer almaktadır. Konya devlet yolunun batısında ve Eskişehir devlet yolunun güneyinde bulunmaktadır. İnceleme alanını 48. cadde kuzey güney yönünde kesmektedir. 1

11 Şekil 1.1 İnceleme alanı yer belirleme haritası 1.3 İklim ve Bitki Örtüsü Ankara nın doğal çevresi, iklim ve bitki örtüsü yönünde, güneydeki bozkırla kuzeydeki ormanlık bölge arasında, makilik bir geçit bölgesi karakterindedir (Kasapoğlu, 2000; Akçura, 1971). Ankara nın yıllarına ait yağış ortalaması 32.76, sıcaklık ortalaması C,, nem ortalaması dır. En çok yağış alan ay Mayıs; en az yağış alan ay ise, Ağustos tur. En sıcak ay, Temmuz; en soğuk ay ise Ocak tır. En yüksek nem oranı Aralık; en düşük nem oranı ise Ağustos ayındadır (Anonim 2006). 2

12 Şekil 1.2 Ankara ili yılları aylık sıcaklık ortalama grafiği (Anonim 2006) Şekil 1.3 Ankara ili yılları aylık yağış ortalama grafiği (Anonim 2006) Şekil 1.4 Ankara ili yılları aylık nem ortalama grafiği (Anonim 2006) 3

13 1.4 Önceki Çalışmalar İnceleme alanının bulunduğu Üst Pliyosen kiline ait çalışmalar aşağıda özetlenmiştir. Kasapoğlu ve Kiper (1982), Ankara kilinde kil minerali olarak montmorillonit ve illit in egemen olduğunu ve birleştirilmiş zemin sınıflamasında genelde CH ve MH gruplarında yer alan bu malzemenin ortalama tane özgül ağırlığı değeri, 2.60; Atterberg sınırları ve indeks değerleri ise, ortalama olarak, LL=%73, PL=%38, SL=%16, PI=%35 ve aktivite no=0.74 olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca aktivite değerleri açısından normal aktif killer grubuna giren Ankara kilinin, çoğunlukla yüksek şişme potansiyeline sahip olduğu ve Aşırı konsolide zemin özelliği taşıyan bu kilin önyükleme basıncı, 3.6 kg/cm 2 ; sıkışma indeksi, 0.22; şişme indeksi, 0.05; hacimsel sıkışabilirlilik katsayısı, c=0.121 cm 3 /kg; konsolidasyon katsayısı, cm/sn; geçirimlilik katsayısı ise, 1.8X10-7 cm/sn düzeylerinde olduğunu belirtmiştir. Kılıç ve Demirbaş (1989), Sincan ilçesi Kepir gölü civarındaki Üst Pliyosen çökellerinin birleşik zemin sınıflama sistemine göre yüksek plastisiteli inorganik kil (CH) ve yüksek plastik inorganik silt (MH) olup doğal su içeriğinin %32-43, likit limit %83-103, plastik limit %35-39 ve plastisite indisi değerlerinin %45-69 arasında olduğunu hesaplamıştır. Ayrıca zeminin konsistansının arasında değişmekte olup ve plastik sert, yarı katı ve katı kıvamda olduğunu ve içsel sürtünme açısının 9-23 derece, kohezyonunun kpa, hacimsel sıkışma katsayısının cm 2 /kgf, konsolidasyon katsayısının *104 cm 2 /sn, şişme basıncının kg/cm 2 ve şişme yüzdesinin arasında olup, aşırı konsolide killer grubunda olduğunu ortaya koymuştur. Bu çökellerin yaklaşık %47 kuvars, %20 kalsit, %20 montmorillonit ve %13 albit minerallerinden oluştuğunu belirtmişlerdir. Kılıç ve Bilgehan (1999), Ankara-Temelli civarındaki Üst Pliyosen ve Alüvyon birimlerinin ortalama birim hacim ağırlığı 20 kn/m 3, özgül ağırlığı 2.70, gözenekliliği % 43, su içeriği % 26, ortalama kohezyonu 68 kn/m 2, içsel sürtünme açısı 14 derece ve l.0 kg/cm 2 lik basınç altında hacimsel sıkışma katsayısı

14 cm 2 /kg arasında serbest şişme yüzdesi de % l arasında olduğunu hesaplamıştır. Bu zeminin birleşik zemin sınıflamasına göre çakıllı ve kumlu yüksek plastisiteli inorganik kil (CH) ve silt (MH) olduğunu Kuvaterner alüvyonun ortalama birim hacim ağırlığı kn/m 3, özgül ağırlığı 2.69, gözenekliliği % 43, su içeriği % 28, ortalama kohezyonu 41 kn/m 2, içsel sürtünme açısı 5 derece ve 1.0 kg/cm 2 lik basınç altında hacimsel sıkışma katsayısı cm 2 /kg arasında, serbest şişme yüzdesi de % arasında olduğunu belirtmişlerdir. Alüvyonun birleşik zemin sınıflamasına göre çok az kumlu ve çakıllı düşük plastisiteli inorganik kil (CL) olup, 30 m kalınlığa varan alüvyon içerisindeki yeraltı su seviyesinin 1.50 m olduğunu ortaya koymuşlardır. Kılıç (1990), Sincan kuzeyinde Kepir gölü civarında 5 adet, Beşevler bölgesinde 6 adet ve Kavaklıdere de Atatürk bulvarı ile Paris caddesi arasında 6 adet olmak üzere derinliği 8 m-15 m arasında değişen temel sondajlarından alınan örselenmemiş (UU) örneklerin jeoteknik ve minerolojik özelliklerini incelemiştir. Ulusay ve Ergüler (2003), Ankara kentinin güneyinde ODTÜ yerleşkesi ile Yüzüncü Yıl ve Karakusunlar semtleri civarındaki zeminleri simektit grubu kil ve genellikle CH ve MH zemin gruplarında yer alan, yüksek-çok yüksek aktiviteye sahip zeminler olarak sınıflandırmışlardır. İnceleme alanında ilk 2 m.lik derinlikte şişme davranışının beklenebileceğini ve bu alana ait şişme basınçlarının örselenmemiş örneklerde 1 ile 131 N/cm 2, örselenmiş örneklerde ise 1.4 ile 158 N/cm 2 arasında değiştiğini saptamışlardır. Su içeriğinin %30 u aşması durumunda şişme basınçlarının önemli bir mühendislik sorunu yaratmayacağını belirtmişlerdir. 5

15 2. JEOLOJİ 2.1 Genel Jeoloji İnceleme alanı ve yakın çevresinde (Şekil 2.1) yaşlıdan gence doğru en altta Triyas yaşlı metakonglomera, metakumtaşı, kumlu kireçtaşı, kumtaşı, kireçtaşı, volkarenit, aglomera ve metavolkanitten oluşmuş Elmadağ Formasyonu ile spilit, diyabaz, tüf, volkarenit ve aglomeradan oluşmuş Ortaköy Formasyonu bulunmaktadır. Bu formasyonları Miyosen yaşlı aglomera, tüf ve andezitten oluşan Mamak Formasyonu uyumsuz olarak üzerler. Bunun üzerine uyumsuzlukla Pliyosen yaşlı konglomera, kumtaşı ve çamurtaşından oluşan Gölbaşı Formasyonu gelir. En üstte ise uyumsuzlukla Kuvaterner yaşlı kum ve çakıldan oluşan alüvyon yer alır (Anonim 1997) Alüvyon (Qa) Birim, bölgedeki nehirlerin yataklarında tutturulmamış veya çok az tutturulmuş, kum, mil ve çakıllardan oluşur (Anonim 1997) Gölbaşı Formasyonu (Tg) İlk kez Akyürek ve diğ. (1982) tarafından adlandırılan birim, gri, boz, kırmızı renkli, tutturulmamış veya az tutturulmuş değişik boyda, farklı kökenli konglomera, kumtaşı, çamurtaşından oluşur. Çoğunlukla tabakalanmasız olup bazı yerlerde yatay tabakalıdır. Kumtaşları ve çamurtaşları arasında moloz akması süreçleriyle oluşmuş konglomeralar yaygındır. Kumtaşı ve konglomeranın tane ve çakıllarını kuvarsit, bazalt, çeşitli kireçtaşları, diyabaz, metamorfik kayaç parçaları, radyolarit, serpantinit, gabro oluşturur. Çimento, kalsit ve kilden oluşmaktadır. Gölbaşı formasyonu çoğunlukla ayrışmış olarak izlenir. Gölbaşı formasyonu, eski birimler üzerine uyumsuz olarak gelir. Üst sınırı ise izlenemez. Yanal yönde değişimler izlenir. 6

16 Şekil 2.1 İnceleme alanı ve yakın çevresinin jeoloji haritası (Anonim 1997 den değiştirilerek) Gölbaşı formasyonunda çalışmalar sırasında fosile rastlanmamıştır. Calvin ve Kleinsorge (1940) aynı birim içinde Pliyosen yaşlı mastodon fosilleri bulmuştur. Birimin yaşı, stratigrafideki yeri ve eski çalışmalar göz önüne alındığında Pliyosen olarak kabul edilebilir. Gölbaşı formasyonu alüvyon yelpazesi ve akarsu çökellerinden oluşmuştur. 7

17 2.1.3 Mamak Formasyonu (Tma) Birim volkanizmanın yaygın olduğu kesimlerde ayırtlanmıştır. Mamak formasyonu, aglomera, tüf ve andezit, bazalt bileşimli lavlardan oluşur. Aglomeralar beyaz, gri, kırmızı renkli, tüf ile tutturulmuş değişik boyutlarda andezit, dasit, bazalt çakıllarından oluşur. Bazı kesimlerde belirgin tabakalanma gözlenir. Aglomeralar arasında izlenen tüfler, değişik renklerde ve ince tabakalanmalıdır. Andezitler ise aglomeralar içinde siller halinde izlenir. Mamak formasyonu, Üst Miyosen yaşlı olarak kabul edilmiştir. Birim, volkanizma merkezlerine yakın göllerde oluşmuş, volkaniklerin de zaman zaman etkin olduğu volkanosedimanter çökellerdir (Anonim 1997) Ortaköy Formasyonu (Trao) Birim, Elmadağ formasyonunun yayılımı içinde farklı kaya türü özellikleri ile ayırtlanmıştır. Ortaköy formasyonu kısmen ilksel halini koruyan, kısmen de düşük derecede metamorfizmaya uğramış bazalt (spilit), diyabaz türü kayaçlar ile bunların türlerinden, volkanik malzemeli kumtaşlarından ve aglomeralardan oluşur (Norman 1972). Koyu yeşil siyah renkli bazaltlarda pillov (yastık) yapılarının ender de olsa korunduğu kesimler vardır. Spilitler gaz boşluklu olup, gaz boşlukları kalsit tarafından doldurulmuştur Spilitlerde bölgesel kıvrımlanmaya uygun olarak belirgin yönlenme görülür. Ortaköy formasyonu, Elmadağ formasyonunun çökelimi süresince bölgede etkin olan volkanizmanın ürünlerinden oluşur, yanal olarak Elmadağ formasyonunun alt kesimleri ile giriktir. Birimin alt sınırı doğrudan izlenmez. Ortaköy formasyonu içindeki bant konumlu kireçtaşlarında; Meandrospira dinarica Kochansky-Devide ve Pantic, Glomospira sp., Endothyra sp., Trochammina sp. fosilleri saptanmıştır. Bu fosil topluluğuna göre Ortaköy formasyonunun yaşı Orta-Üst Triyas olarak belirlenmiştir. 8

18 Formasyon, Elmadağ formasyonunun çökelimi sırasında oluşmakta olan Okyanus un bölgede etkin olan ve zaman zaman çökeller içine giren volkanizmasının ürünlerinden oluşur. Elmadağ formasyonunun çökelimi sırasında gelişen faylanmaya bağlı olarak çıkan Ortaköy formasyonuna ait volkanitler içine yine faylanmaya bağlı olarak Permiyen yaşlı bloklar yerleşmiştir. Ortaköy formasyonu Orta-Üst Triyas ta oluşmuş okyanus kabuğuna ait yastık lavlı kesim olarak düşünülmektedir Elmadağ Formasyonu (Trael) Birim bölgede güneybatı-kuzeydoğu yönünde uzanır. Elmadağ formasyonu alttan üste doğru metamorfizması gittikçe azalan ilksel halini kısmen koruyan ve/veya yeşil şist fasiyesi sınırları içinde metamorfizma geçirmiş konglomera, kumtaşı, çamurtaşı, kumlu kireçtaşı, kireçtaşı ile volkarenit, aglomera, volkanit ve tüften oluşur (Bilgütay 1968). Elmadağ formasyonu yaygın olarak sarı, boz, kahverengi, gri renklerdedir. İnce ve orta kalınlıkta tabakalanmalı olan birim, sık kıvrımlıdır. Kıvrımlanmalar ince taneli ve ince tabakalı kesimlerde belirgindir. Birimin içinde Karbonifer ve Permiyen yaşlı kireçtaşından oluşan değişik boyutlu bloklar yer alır. Elmadağ formasyonu altta inceleme alanının dışında yer alan Emir formasyonu ile üstte ise Keçikaya formasyonu ile geçişlidir. Elmadağ formasyonu geçiş zonunda kumtaşı, kumlu kireçtaşı ardalanması olarak devam eder. Elmadağ formasyonu yanal olarak metavolkanit, metatüf, volkarenit ve aglomeradan oluşan Ortaköy formasyonu ile giriktir. Elmadağ formasyonu ile Emir formasyonu geçiş zonunda bulunan Meandrospira pusilla (Ho), Cyclogyra cf.mahajeri Brönnimann et all, Earlandia tintinniformis (Misik), Glomospira sp., Glomospirella sp., Ammodiscus sp. fosilleri ile Alt Triyas yaşı saptanmıştır. Elmadağ formasyonu içinde bantlar halindeki kireçtaşları fosilli olup, bu bantların değişik kesimlerinde Meandrospira dinarica Kochansky-Devide ve Pantic, Glomospira densa (Pantic), Ammoboculites sp., Trochommina sp., Endothyranella sp., Endothyra sp. fosilleri ile Anisiyen yaşı saptanmıştır. Üst düzeylerden alınan örneklerde ise; İnvolutina gaschei (Koehn-Zaninetti ve Brönnimann), Trochammina 9

19 almtalensis Koehn-Zaninetti, İnvolutina eomesozoica Oberhauser, Glomospirella sp., Opthalmidium sp., Trocholina sp., Ammobaculites sp., Endothyra sp. fosilleri ile de Orta-Üst Triyas yaşı saptanmıştır. Bu bulgular sonucu Elmadağ formasyonu Alt, Orta- Üst Triyas yaşında kabul edilmiştir. Birim genel olarak kumtaşı ve şeyl ardalanması şeklinde çökelen kaya türlerinden ve bunların içinde gelişmiş çakıltaşı kanal çökellerinden oluşmuştur. Birim çökelimine devam ederken gelişen volkanizma ve bunların ürünleri değişik evrelerde çökelime katılmışlardır. Çökelim ve volkanizma devam ederken, Karbonifer ve Permiyen yaşlı kireçtaşları değişik boyutlarda bloklar halinde çökelme havzasına gelmiş ve çökelime katılmışlardır. 10

20 3. DEPREMSELLİK İnceleme alanı ve çevresi 1996 yılında AİGM tarafından yapılan Türkiye Deprem Haritası nda dördüncü derece deprem bölgesinde bulunmaktadır (Şekil 3.1). İnceleme alanı ve yakın çevresinde (Şekil 3.2) meydana gelen depremlerin merkez üssü ve magnitüd (M s ) değerleri Çizelge 3.1 de verilmiştir. Şekil 3.1 Türkiye Deprem Bölgeleri Haritası (Anonim 1996) Şekil 3.2 İnceleme alanı deprem haritası 11

21 Çizelge 3.1 Ankara ve çevresinde meydana gelen ve M s >4 olan depremler Tarih Zaman (GMT) Derinlik (km) Magnitüd (M s ) Yer : Erbaa : Kırşehir-Kaman : Yozgat : Osmancık : Tosya-Ladik : Çerkeş : Amasya : Haymana-Ankara : Haymana-Ankara : Orta-Çankırı : Orta-Çankırı : Orta-Çankırı : Orta-Çankırı : Orta-Çankırı : Beypazarı-Ankara : Orta-Çankırı : Orta-Çankırı : Orta-Çankırı : Sulakyurt : Haymana-Ankara : Akpınar-Kırşehir : Çubuk-Ankara : Bala-Ankara : Bala-Ankara : Bala-Ankara : Bala-Ankara : Bala-Ankara : Orta-Çankırı : Bala-Ankara : Kazan-Ankara 12

22 4. ARAZİ İNCELEMELERİ Arazi incelemeleri sırasında jeoteknik amaçlı sondajlar yapılmış, sondajlar sırasında SPT ile örnekler alınmıştır. 4.1 Jeoteknik Amaçlı Sondajlar İnceleme alanında 3 adet olmak üzere toplam derinliği m olan jeoteknik amaçlı sondaj yapılmıştır. Sondajların yeri, numarası, kotu, derinliği ve yeraltı suyu seviyeleri Çizelge 4.1 de verilmiştir. Çizelge 4.1 İnceleme alanında yer alan sondajların numarası, kotu, derinliği ve yeraltı suyu seviyeleri Sondaj No Kot (m) Derinlik (m) YASS (m) S S S Sondajlar sırasında S2 kuyusunda ölçülen yeraltı suyu 881 m kotunda, 6 m derinliğindedir. 4.2 Standart Penetrasyon Deneyi (SPT) Temel sondajlarda, ince taneli zeminlerin kıvamını ve iri taneli zeminlerin sıkılığını belirlemek amacıyla her 1.5 m de bir standart penetrasyon deneyi (SPT) yapılmıştır. Deney sırasında dış çapı 2 inch, iç çapı 1 3/8 inch olan standart tip boyuna yarık örnek alıcının 63.5 kg ağırlığındaki şahmerdanın 0.76 m yükseklikten serbest düşmesi ile zemine 0.15 m lik kademeler halinde toplam 0.45 m çakılması için gerekli darbe sayısı tespit edilmiştir. İlk 0.15 m lik okuma, oturma kademesi olarak alınmış son iki kademedeki darbe sayısı toplamı zeminin penetrasyon direnci (SPT N) olarak kayıt edilmiştir. İnceleme alanındaki sondajlardan elde edilen SPT N değerleri EK3 de yer almaktadır. 13

23 SPT yapılan seviyelerde, boyuna yarık örnek alıcının içinden çıkan zeminler örselenmiş örnek olarak alınmış ve sınıflama deneylerinde kullanılmak üzere naylon torbalar içerisinde muhafaza edilerek laboratuvara gönderilmiştir. Sondaj sırasında ince taneli zeminlerin kıvamını ve iri taneli zeminlerin sıkılığını belirlemek amacı ile yapılan standart penetrasyon deneyi sırasındaki darbe sayılarını efektif örtü yükü dikkate alınarak Liao and Whitman (1986) göre aşağıdaki eşitlikler ile düzeltmişlerdir. N = C. N (Liao and Whitman 1986) (4.1) cor N f C N 1 = (Liao and Whitman 1986) (4.2) ' σ v N cor : Örtü basıncına göre düzeltilmiş SPT N darbe sayısı C N : Düzeltme katsayısı N f : Arazide belirlenen SPT N darbe sayısı ' σ v : Efektif örtü yükü (kpa) Düzeltilmiş darbe sayılarına göre elde edilen veriler ince taneli zeminlerin kıvamı ve iri taneli zeminlerin sıkılığı çizelgesine (Skempton 1986) göre değerlendirmiştir (Çizelge 4.2). Çizelge 4.2 Düzeltilmiş darbe sayılarına göre kıvam ve sıkılık çizelgesi (Skempton 1986) İnce taneli zeminler İri taneli zeminler N darbe sayısı Kıvam N darbe sayısı Sıkılık 0-2 Çok yumuşak 0-4 Çok gevşek 3-4 Yumuşak 5-10 Gevşek 5-8 Orta katı Orta sıkı 9-15 Katı Sıkı Çok katı N>50 Çok sıkı N>30 Sert 14

24 4.3 Örselenmemiş (UD) Örnek Alınması Sondaj sırasında geçilen zeminlerin fiziksel, sınıflama, dayanım, oturma özellikleri ve sıvılaşma potansiyelini incelemek amacı ile her 3.00 m de bir ince cidarlı, 89 mm dış çaplı Shelby tüpü ile hidrolik baskı uygulanarak UD örnekleri alınmaya çalışılmıştır. TS 1901 standardına uygun olarak alınan tüp numunelerinin alt ve üstü düzeltilerek parafinlenmiş ve etiketlenerek laboratuvara gönderilmiştir. 4.4 Jeofizik Ölçümler İnceleme alanında derinliği 50 m olan derin sondajda jeofizik yöntemlerden sismik kırılma ve kuyu içi sismik çalışmaları uygulanmıştır. Kuyu içine 55 mm çaplı PVC boru yerleştirilmiştir. Çalışmalarda her 1.0 metrede bir kuyu tabanına kadar üç eksenli jeofonlar ve yüzeyde bunların bağlı olduğu düzenek yardımı ile P ve S dalga hızları ölçülmüştür. Ayrıca, sondajlara paralel bir hat boyunca sismik kırılma yöntemi uygulanmış ve 20 metreye kadar P ve S dalga hızları elde edilmiştir Sismik Kırılma Sismik yöntemle jeolojik birimlerin P ve S (kayma) dalga hızları ölçülmüştür. Her profil için konumları farklı beş kaynak kullanılarak, beş kayıt elde edilmiştir. İncelemede Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü tarafından yapılan jeofizik çalışmalarda ABEM Terraloc MK 6 model 24 kanallı sismik cihaz kullanılmıştır. Elde edilen sismik kırılma verilerinin değerlendirilmesinde iki boyutlu çözüm yöntemi kullanılmış ve SeisOpt-2D adlı çözüm programından yararlanılmıştır. İki-boyutlu model oluşturmak için yeraltı dikdörtgen şekilli yüzlerce küçük hücreye bölünür. Bu geometrinin üzerine bir profil üzerindeki bütün serimlere ait atış noktaları ve jeofonlar yerleştirilir. Elde edilecek modelin birden fazla serimdeki geçiş zamanlarını temsil etme gerekliliği bulunmaktadır. Önce homojen bir yeraltı modelinden başlayarak, kuramsal sismik kırılma verisi hesaplanır. Bu kuramsal veri, ölçülen veri ile çakışıncaya kadar her 15

25 hücrenin hız değeri değiştirilir. Bu işlem binlerce kez kuramsal verinin hesaplanması ve ölçülen veri ile karşılaştırılmasını gerektirir. Bu modelin kurulmasındaki temel prensip derinlik ile orantılı olarak hızın artmasıdır. Bu model tabakalı bir yapı göstermez. Eğer, tabakalı bir yapı var ise düşey yöndeki hız gradyanı ani değişim gösterir. Elde edilen model, yanal yöndeki değişimleri çok başarılı bir şekilde verir. Çok sayıda serimden oluşan bir profil için sürekli bir modelin oluşturulması da olanaklıdır Kuyu İçi Sismik Bu yöntem kuyudan belli bir mesafede oluşturulan sismik dalganın hareket süresinin belirli aralıklarla kuyu içinde yerleştirilen jeofonlarla ölçülmesi esasına dayanır. P ve S dalgalarının derinliğe bağlı olarak hareketleri kaydedilir. Kuyu derinliği boyunca hız profili ve dinamik modül tespit edilebilir. İnceleme alanında yüzeyden kuyu tabanına doğru her 1.0 metrede bir ölçüm alınmıştır Değerlendirmeler Kuyu içi sismik çalışması (Şekil 4.1) sonucunda derinliklere göre elde edilen S dalga hızları Çizelge 4.3 de verilmiştir. Ayrıca S dalga hızlarından yararlanılarak inceleme alanındaki zeminler; AİGM, 2006 (Çizelge 4.4) ve ICC, 2003 (Çizelge 4.5) e göre sınıflandırılmıştır. Şekil 4.1 e göre, S dalga hızının derinliğe bağlı olarak çok fazla değişmediği görülmüştür. Yer alan değişikliklerin ise killi Pliyosen zemindeki çakıl ve kumlu seviyeleri ifade ettiği düşünülmektedir. Bu sonuç derin sondajdan alınan kırıntılı örneklerin tanımı ile uyumludur. 16

26 Şekil 4.1 Derin kuyuda S dalga hızının derinlikle değişimi ve jeolojik birimler Çizelge 4.3 İnceleme alanının S dalga hızları Derinlik S Dalga Hızı Birim Alüvyon Alüvyon Pliyosen Pliyosen Pliyosen Pliyosen Pliyosen Pliyosen Pliyosen Pliyosen 17

27 Çizelge 4.4 Zemin grupları (AİGM 2006) Zemin Grubu (A) (B) (C) (D) Zemin Grubu Tanımı 1.Masif volkanik kayaçlar ve ayrışmamış sağlam metamorfik kayaçlar, sert çimentolu tortul kayaçlar... 2.Çok sıkı kum, çakıl... 3.Sert kil ve siltli kil... 1.Tüf ve aglomera gibi gevşek volkanik kayaçlar, süreksizlik düzlemleri bulunan ayrışmış çimentolu tortul kayaçlar... 2.Sıkı kum, çakıl... 3.Çok katı kil ve siltli kil... 1.Yumuşak süreksizlik düzlemleri bulunan çok ayrışmışmetamorfik kayaçlar ve çimentolu tortul kayaçlar Orta sıkı kum, çakıl... 3.Katı kil ve siltli kil... 1.Yeraltısu seviyesinin yüksek olduğu yumuşak, kalın alüvyon tabakaları... 2.Gevşek kum... 3.Yumuşak kil, siltli kil... Stand. Penetr. (N/30) >50 > <10 <8 Relatif Sıkılık (%) <35 Serbest Basınç Direnci (kpa) >1000 > < <100 Kayma Dalgası Hızı(m/s) >1000 >700 > <200 <200 <200 18

28 Çizelge 4.5 Zemin grupları (ICC 2003) Sınıflama Zemin Profili Makaslama Dalga Hızı V s (m/s) İlk 30 m deki Ortalama Özellikler SPT Darbe Direnci (N) Drenajsız Makaslama Dayanımı S u (kpa) A Sağlam kaya V s >1500 B Kaya 760<V s 1500 C Çok katı zemin ve 360<V s 760 N>50 S u 100 yumuşak kaya D Sıkı zemin 180<V s N 50 50< S u 100 E Yumuşak zemin V s <180 N<15 S u <50 E Kalınlığı 10 feet den fazla ve aşağıdaki özelliklere sahip olan herhangi bir zemin profili 1. Plastisite indisi PI>20, 2. Doğal su muhtevası ω>%40 ve 3 Drenajsız makaslama dayanımı S u <25 kpa F Aşağıdaki özelliklerden herhangi bir veya birkaçını içeren zemin profili 1. Sismik yükleme altında yenilme, çökme veya sıvılaşma potansiyeline sahip zeminler, yüksek hassasiyetli killer, zayıf çimentolu çökebilen zeminler 2. Turba ve/veya yüksek organik killer (H>10 feet, H: zemin kalınlığı) 3. Plastisitesi çok yüksek killer (H>25 feet, PI>%75) 4. Çok kalın yumuşak/orta sıkı killer (H>120 feet) İnceleme alanı makaslama dalgası hızı ve SPT N darbe direnci değerlerine göz önüne alındığında AİGM e göre C sınıfı zemin, ICC ye göre ise D sınıfı zemin olarak değerlendirilmiştir S dalga hızı (Vs) (Andrus and Stokoe 1997) Sıvılaşma analizinde dalga hızının kullanılması, özellikle tekrarlı makaslama oranına benzemesi nedeni ile önerilmiştir. Sismik dalga hızı ölçümleri küçük birim deformasyonlarda yapılmaktadır. Fakat boşluk suyu basıncının gelişmesi ve sıvılaşmanın başlaması için orta-yüksek birim deformasyonlar gerekir. Bunun yanında, ölçüm aralıkları çok geniş tutulursa, düşük S dalgası hızına sahip ince zemin seviyeleri 19

29 tespit edilemeyebilir. Makaslama dalgası hızının tek başına bir sıvılaşma parametresi olarak kullanılamayacağına karar verilmiştir (Youd and Idriss 2001). Örtü gerilmesi düzeltmesi uygulanmış V s aşağıdaki eşitlik ile hesaplanır. P a V s1 = V s.c v = Vs ' (4.3) σ v P a : Atmosferik basınç ( 100 kpa) ' σ v : Efektif gerilme Zeminin sıvılaşmaya karşı direnci aşağıdaki eşitlik ile hesaplanır. τ σ d ' 0 2 V s1 1 1 = a + b (M=7.5) (4.4) * * 100 Vs1 Vs1 Vs1 * S1 V : Sıvılaşma olabilmesi için V S1 in üst değeri (a=0.022 ve b=2.8) CSR hesaplanırken, zemindeki ince tane oranına (FC) dikkate alınır (Andrus and Stokoe 1997). FC (ince tane oranı) < %5 için FC (ince tane oranı) %5<FC<%35 için FC (ince tane oranı) > %35 için * V S1 =215 m/s * V S1 = (FC-5) m/s * V S1 =200 m/s Sonuçta, CSR ile V S1 karşılaştırılarak, sıvılaşma riski belirlenir (Şekil 4.2). Elde edilen sonuçlar ise Çizelge 4.6 da verilmiştir. 20

30 Şekil 4.2 Makaslama dalgası hızına göre sıvılaşma direnci (Andrus and Stokoe 1997) Çizelge 4.6 İnceleme alanına ait kumlu seviyelere ait sıvılaşma potansiyeli (Andrus and Stokoe 1997) Sondaj ' * σ v (kpa) V S (m/s) V S1 (m/s) V S1 (m/s) CSR CSR 7.5 Sıvılaşma No Potansiyeli S2 SPT Yok S2 SPT Yok 21

31 4.4.5 Sıvılaşmada güvenlik sayısı (FS) Güvenlik sayısı, zeminin sıvılaşması için gereken tekrarlı gerilme oranının depremden kaynaklanan tekrarlı gerilme oranına bölünmesi ile elde edilir. CRR FS = CSR 7.5.MSF Şekil 4.2, M=7.5 olan depremler için geliştirilmiştir. Farklı büyüklükteki depremler için ölçek faktörleri önerilmiştir. Bu ölçek faktörleri deprem büyüklüğüne göre Çizelge 4.7 de yer almaktadır. MSF ler ilk olarak Seed, Idriss (1982) tarafından önerilmiştir yılında yapılan çalışmada, şimdiye kadar önerilmiş olan birçok faktör tartışılmış, uygulamada aşağıdaki değerlerin kullanılması önerilmiştir (Youd and Noble 1997). Çizelge 4.7 Deprem büyüklüğüne bağlı düzeltme faktörleri (Youd and Noble 1997) Büyüklük Çarpan

32 5. LABORATUVAR İNCELEMELERİ İnceleme alanında gerçekleştirilen sondajlarda farklı derinliklerden alınan 14 adet örselenmiş ve 2 adet örselenmemiş örneklerden elde edilen ince taneli zemin grubu örneklerinin mekanik, fiziksel ve konsolidasyon özellikleri Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Uygulamalı Jeoloji Laboratuvarı nda TSE standartlarına göre incelenmiştir. Zeminin doğal su içeriği (ω), birim ağırlığı ( γ n ), tane boyu dağılımı, Atterberg limitleri (PL, LL, PI), üç eksenli basınç deneyi ile zeminlerin kohezyonu (c) ve içsel sürtünme açısı (φ) bulunmuştur. 5.1 Doğal Su İçeriği Toplam 15 adet örneğin su içeriği TS (2006) standardına uygun olarak belirlenmiş ve EK 1 deki Balgat, Çukurambar zeminlerinin jeoteknik özellikleri çizelgesinde verilmiştir. Zeminlerin su içeriği %10 ile %40 arasında değişmektedir. 5.2 Atterberg Limitleri 15 adet ince taneli zemin örneğinin likit limit, plastik limit ve plastisite indisi TS (2006) standardına uygun olarak belirlenmiş ve EK 1 de verilmiştir. Zeminlerin likit limitleri %46 ile %77 arasında, plastik limitleri %19 ile %45 arasında ve plastisite indisleri %9 ile %43 arasında değişmektedir. 5.3 Tane Boyu Dağılımı İnceleme alanındaki ince taneli zeminlerde elek analizi sınıflama amaçlı yapılmıştır. Zeminlerin tane boyu dağılımı ıslak elek yöntemi ile TS (2006) standardına göre yapılarak, toplam 15 adet örneğin tane boyu dağılımı eğrileri çizilerek EK 2 de verilmiştir. Islak elek analizi sonuçları EK 1 de yer almaktadır. 23

33 5.4 Üç Eksenli Basınç Deneyi İnceleme alanında S1 no lu sondajdan alınan UD1 ve S2 no lu sondajdan alınan UD1 örselenmemiş 2 adet örnek için üç eksenli basınç deneyi TS (2006) standardına uygun olarak drenajsız ve konsolidasyonsuz şartlarda yapılmıştır. Deneyler sonucu σ 1 ve σ 3 asal gerilmeler altında örneklerin yenilme şartları ile kohezyon ve içsel sürtünme açısı bulunmuştur. Deney sonuçları EK 4 de yer almaktadır. 5.5 Konsolidasyon İnceleme alanında S1 no lu sondajdan, 3,00-3,50 m derinliğinden alınan örselenmemiş (UD1) ile S2 no lu sondajdan, 3,00-3,50 m derinliğinden alınan örselenmemiş (UD1) örneklerine tek boyutlu konsolidasyon belirleme yöntemi TS (2006) standardına uygun olarak yapılmıştır. Deneyler sonucu boşluk oranı-basınç ilişkisi elde edilmiştir. Sonuçlar EK de yer almaktadır. 5.6 Mineralojik Özellikler İnceleme alanında gerçekleştirilen S1 ile S3 sondajından alınan yüksek plastisiteli inorganik kil (CH) ve silt (MH) agat havanda toz haline getirildikten sonra mineralojik özellikleri, Maden Tetkik Arama Genel Müdürlüğü, Maden Analizleri ve Teknoloji (MAT) Dairesi Laboratuvarı ndaki Philips marka XRD cihazı kullanılarak belirlenmiştir (EK 8). Örneklerde yer alan kil mineral tiplerini belirlemek amacıyla normal, etilen glikollü ve fırınlamış olmak üzere kil fraksiyonu çekimleri gerçekleştirilmiştir. Bu çekimler X ışınları difraktometresinde Ni filtre, Cu-Kα radyasyonu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Difraktogramların değerlendirilmesinde American Standart for Testing Material (ASTM 1972) kartoteksi esas alınmıştır. Tüm kayaç ve kil boyu bileşenlerini oluşturan minerallerin yarı nicel yüzdeleri Brindley (1980), Gündoğdu (1982) ve Gündoğdu ve Yılmaz a (1984) göre hesaplanmıştır. Örneklerin alındığı derinlik, zemin grubu ve çoktan aza doğru minerolojik bileşimi Çizelge 5.3 de verilmiştir. Kil grubu mineraller içerisinde çoktan aza doğru smektit, illit ve kaolinit yer almaktadır. 24

34 Çizelge 5.3 Kil örneklerinin XRD analiz sonuçlarına göre çoktan aza doğru mineralojik bileşimi Örnek Derinlik (m) Mineraller Zemin grubu S Smektit, illit, kaolinit, kuvars, CH kalsit, feldispat S Smektit, illit, kaolinit, feldispat, kuvars, kalsit MH 25

35 6. JEOTEKNİK DEĞERLENDİRME İnceleme alanında jeoteknik amaçlı yapılan sondajlardan elde edilen veriler ile laboratuvar verileri kullanılarak Şekil 6.1 deki jeoloji haritası ve Şekil 6.2 deki mühendislik jeolojisi kesiti hazırlanmıştır. Örnekler, Birleşik Zemin Sınıflama Sistemine (USCS) göre sınıflandırılmıştır. İnceleme alanında Pliyosen yaşlı yüksek plastisiteli inorganik kil (CH), yüksek plastisiteli inorganik silt (MH) ve içerisinde yer alan siltli kum (SM) bantı bulunmaktadır. S2 no lu sondajda alüvyonun tabanına yakın seviyede 6 m derinlikte yeraltı suyuna rastlanmıştır. Şekil 6.1 İnceleme alanına ait jeoloji haritası 26

36 Şekil 6.2 İnceleme alanının mühendislik jeolojisi kesiti ve SPT N darbe sayıları İnceleme alanındaki CH ve MH grubu kilin su içeriği %10 ile %40 arasında, likit limiti %46 ile %77 arasında, plastik limit %19 ile %45 arasında, plastisite indisi %9 ile %43 arasında, 4 no lu elek üstünde kalan malzeme oranı %0 ile %32 arasında, 200 no lu elekten geçen malzeme oranı %24 ile %92 arasında, içsel sürtünme açısı 12 derece, konsolidasyonsuz ve drenajsız üç eksenli deney sonuçlarında elde edilen kohezyon 60 kpa dır. İnceleme alanındaki CH ve MH grubu zemine ait sıvılaşma potansiyeli, prekonsolidasyon basıncı, oturma miktarı ve taşıma gücü aşağıda yer almaktadır. 6.1 Sıvılaşma Potansiyeli Deprem esnasında boşluk suyunun drenajı için gerekli süre oluşmaz ve ani basınç artışı başlar. Taneler arasındaki gerilmeler hacim değişikliğine bağlı olarak sıfıra yaklaşınca örtü yükünü sadece boşluk suyu karşılamaya çalışır. Bu olay sıvılaşma başlangıcı adını alır (Obermeier, 1996; NRC, 1985). Dayanımdaki kayıp ve artan boşluk suyu basıncı ile sıvılaşma oluşur (Obermeier 1996). 27

37 İnceleme alanında S2 numaralı kuyuda yeraltı suyu bulunmaktadır. Bu kuyudaki suya doygun ince taneli zeminlerin sıvılaşma potansiyelleri (Seed et al. 2003) yöntemi ile incelenmiştir (Şekil 6.3). Buna göre inceleme alanında sıvılaşma riskine rastlanmamıştır. Kum bandının lokal olması ve SPT N darbe dirençlerinin çok yüksek olması nedeniyle sıvılaşma riski bulunmamaktadır. Şekil 6.3 İnceleme alanına ait verilerin sıvılaşma potansiyeli kartındaki yerleri 6.2 Prekonsolidasyon Basıncı, Sıkışma ve Şişme İndeksi Casagrande (1936), prekonsolidasyon basıncını (P c ) e-logp grafiğinin maksimum eğrilik noktasına göre hesaplamıştır. İnceleme alanından alınan S1 UD1 ile S2 UD1 örneklerine ait grafiklerden prekonsolidasyon basıncı (P c ), sıkışma indeksi (C c ) ve şişme indeksi (C s ) hesaplanmıştır. Sıkışma indeksi (C c ), e-logp eğrisinde yükleme eğrisi üzerinden seçilen iki noktanın boşluk oranları (e) ve bu boşluk oranlarına karşılık gelen basınç değerleri (P) alınarak aşağıdaki eşitlik ile hesaplanmıştır. 28

38 C c e1 e = P log P (6.1) Şişme indeksi (C s ), e-logp eğrisinde boşaltma eğrisi üzerinden seçilen iki noktanın boşluk oranları (e) ve bu boşluk oranlarına karşılık gelen basınç değerleri (P) alınarak aşağıdaki eşitlik ile hesaplanmıştır. C s e1 e = P log P (6.2) 6.3 Hacimsel Sıkışma Katsayısına (m v ) Göre Oturma Miktarı Şerit temeller için zeminin konsolidasyon oturması ve bu oturma sınırı içinde alacağı yük 5.1 eşitliği ile hesaplanır. S = m. P.H (6.3) v S: Oturma miktarı (cm) m v : Hacimsel sıkışma katsayısı (cm 2 /kg) P : Yapılardan zemine aktarılan yük miktarı (kg/cm 2 ) H: Temelin oturacağı ince taneli birimin kalınlığı (cm) ifade etmektedir. İnceleme alanından sondajlar ile alınan örneklere ait yapılan oturma miktarı hesabı Çizelge 6.1 de verilmiştir. Hesaplamalarda yapılardan zemine aktarılan yük miktarı ( P ) 1.0 kg/cm 2 ve temelin oturacağı ince taneli birimin kalınlığı (H) 300 cm kabul edilmiştir. 29

39 Çizelge 6.1 İnceleme alanına ait zeminin hacimsel sıkışma katsayıları ve oturma miktarları Örnek No P (kg/cm 2 ) H (cm) m v (cm 2 /kg) S (cm) S1 UD S2 UD Şişme İndeksine (C s ) Göre Oturma Miktarı Hesaplamalarda yapılardan zemine aktarılan yük miktarı ( P ) 1.0 kg/cm 2 ve temelin oturacağı ince taneli birimin kalınlığı (H) 300 cm kabul edilmiştir. Efektif örtü yükü ( P 0 ) ile yapıların zemine aktardığı ek yük ( P ) toplamının ( P 0 + P ), prekonsolidasyon basıncından (P c ) küçük olması sebebiyle oturma hesabı 6.4 eşitliği ile hesaplanmış ve sonuçları Çizelge 6.2 de verilmiştir. S C.H ( P + P) s 0 =.log (6.4) 1+ e 0 P 0 Çizelge 6.2 İnceleme alanına ait zeminin şişme indeksine (C s ) göre oturma miktarları Örnek no e 0 (%) C c C s P c (kg/cm 2 ) P 0 (kn/m 2 ) S (cm) S1 UD S1 UD Taşıma Gücü Terzaghi ve Peck (1948) kohezyonlu zeminlerde kare temel için taşıma gücü ile emniyetli taşıma gücünü 6.5 ve 6.6 eşitlikleri ile hesaplamışlardır. + B L q f = c.n c + γ 1.D f.n q γ 2.B. N γ (6.5) B L 30

40 q q = f emn SF (6.6) q f : Taşıma gücü (kpa) q emn : Emniyetli taşıma gücü (kpa) c: Kohezyon (60 kpa) D f : Temel derinliği (3.0 m) B: Temel genişliği (2.0 m) L: Temel uzunluğu (2.0 m) γ 1 : Temel üstünde yer alan zeminin birim ağırlığı (18.15 kn/m 3 ) γ 2 : Temel zeminin birim ağırlığı (18.15 kn/m 3 ) SF: Emniyet katsayısı (3.0) φ=0 derece (doygun zemin için) N c =5.14, N q =1 ve N γ =0 alınmıştır. Kare temel için elde edilen değerlere göre inceleme alanında yer alan kilin emniyetli taşıma gücü yaklaşık 152 kpa bulunmuştur. 31

41 7. SONUÇLAR ve ÖNERİLER Bu tez çalışması kapsamında Ankara ili, Çankaya ilçesi, Balgat-Çukurambar mahallesinde yer alan zeminlerin yatay ve düşey yöndeki değişimi ile jeolojik, jeoteknik ve jeofizik özellikleri incelenmiş ve elde edilen sonuçlar aşağıda sunulmuştur. 1. İnceleme alanındaki esas zeminler Pliyosen yaşlı yüksek plastisiteli inorganik kil ve yüksek plastisiteli inorganik siltdir. Bunların içerisinde merceksel olarak bulunan siltli kum mevcuttur. 2. İnceleme alanındaki Kuvaterner yaşlı alüvyon içerisindeki yeraltı suyu seviyesi 6.0 m dir. 3. Düzeltilmiş SPT N darbe sayılarına göre ince taneli zeminler çok katı-sert ve iri taneli zeminler sıkı olarak sınıflandırılmıştır. 4. İnceleme alanı makaslama dalgası hızı ve SPT N darbe direnci değerlerine göz önüne alındığında AİGM e göre C sınıfı zemin, ICC ye göre ise D sınıfı zemin olarak değerlendirilmiştir. 5. İnceleme alanındaki kil ve siltin su içeriği %10 ile %40 arasında olup ortalama %27, likit limiti %46 ile %77 arasında olup ortalama %65, plastik limiti, %19 ile %45 arasında olup ortalama %35, plastisite indisi %9 ile %43 arasında olup ortalama %30, 4 no lu elek üstünde kalan malzeme oranı %0 ile %32 arasında olup ortalama %5, 200 no lu elekten geçen malzeme oranı %24 ile %92 arasında olup ortalama %73 olarak hesaplanmıştır. 6. Konsolidasyonsuz ve drenajsız üç eksenli deney şartlarında incelenen kil ve siltin içsel sürtünme açısı ortalama 9.5 derece, kohezyon ortalama 59.5 kpa olarak hesaplanmıştır. 32

42 7. Kil ve siltin sıkışma indeksi (C c ) arasında, şişme indeksi (C s ) arasında ve prekonsolidasyon basıncı 2.29 kg/cm 2 olarak hesaplanmıştır. 8. Zeminlerde oturma miktarı hesabında, yapılardan zemine aktarılan yük miktarı 1 kg/cm 2 kabul edilerek, temelin oturacağı ince taneli birimin kalınlığı 3.0 m ve hacimsel sıkışma katsayısı ortalama alındığında oturma miktarı 3.39 cm olarak hesaplanmıştır. 9. Efektif örtü yükü ( P 0 ) ile yapıların zemine aktardığı ek yük ( P ) toplamının ( P 0 + P ), prekonsolidasyon basıncından (P c ) küçük olması sebebiyle oturma hesabı şişme indeksine göre yapılmıştır. Buna göre oturma miktarı 1.3 cm ile 2.1 cm arasında olup ortalama 1.7 cm olarak hesaplanmıştır. İnceleme alanında oturma problemi beklenmemektedir. 10. İnşaat alanında kare temel olabileceği dikkate alındığında emniyetli taşıma gücü, Terzaghi ve Peck (1948) bağıntısı kullanılarak 152 kpa hesaplanmıştır. 11. İnceleme alanında sıvılaşma potansiyeli Seed et al. (2003) yöntemine göre incelenmiş ve sıvılaşma riski olmadığı sonucuna varılmıştır. 12. İnceleme alanında gerçekleştirilen S1 ile S3 sondajından alınan yüksek plastisiteli inorganik kil (CH) ve silt (MH) örneklerine XRD analizi yaptırılmıştır. Numunelerde smektit, illit, kaolinit, kuvars, kalsit ve feldispat mineralleri tespit edilmiştir. 33

43 KAYNAKLAR Akyürek, B., Bilginer, E., Akbaş, B., Hepşen, N., Pehlivan, Ş., Sunu, O., Soysal, Y., Dağer, Z., Çatal, E., Sözeri, B., Yıldırım, H. ve Hakyemez, Y Ankara- Elmadağ-Kalecik dolayının jeolojisi. MTA, Derleme No: 7298 (yayınlanmamış). Andrus, R.D., and Stokoe, K.H.II., Liquefaction resistance based on shear wave velocity. Proc. NCEER Workshop on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils, Nat. Cntr. For Earthquake Engng. Res., State Univ. of New York at Buffalo, Anonim İnşaat mühendisliğinde sondaj yolları ile örselenmiş ve örselenmemiş numune alma yöntemleri, 88s., TS Anonim Türkiye deprem bölgeleri haritası. Afet İşleri Genel Müdürlüğü. Deprem Araştırma Dairesi. Anonim / ölçekli açınsama nitelikli Türkiye jeoloji haritaları, No:55, Ankara, F-15 paftası. MTA. Anonim Ankara ili yılları aylık sıcaklık, yağış ve nem ortalama grafikleri. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara. Anonim İnşaat mühendisliğinde zemin laboratuvar deneyleri-bölüm 1:Fiziksel özelliklerin tayini, 99s., TS Anonim İnşaat mühendisliğinde zemin laboratuvar deneyleri-bölüm 2:Mekanik özelliklerin tayini, 67s., TS Anonim Deprem bölgelerinde yapılacak binalar hakkında yönetmelik, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, AİGM, Ankara. ASTM, Inorganic index to the powder diffraction file. Joint committee on powder diffraction standarts, Pennsylvania. Bilgehan, R.P. ve Kılıç, R Ankara-Temelli civarındaki Üst Pliyosen ve Alüvyon birimlerinin jeoteknik özellikleri. Yerbilimleri, 9, Bilgütay, Ü., Hasanoğlu-Ankara civarının jeolojisi: MTA Ens. Derg., 54, Brindley, G.W Quantitative X-ray mineral analysis of clays. In: Crystal Structures of Clay Minerals and Their X-Ray Identification. G.W. Brindley and G.Brown (eds.), London Mineralogical Society, Calvin, S.W. und Kleinsorge, H Geologische und hydrologische Beobachtungen über zent ralanatolische Ova. MTA, 19, Casagrande, A Determination of the Preconsalidation Load and Its Practical Significance, Proceedings, 1st International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Cabbridge, Mass., Vol. 3, Ergüler, Z.A. and Ulusay, R A simple test and predictive models for assessing swell potential of Ankara (Turkey) Clay. Engineering Geology, 67, Gündoğdu, M.N Neojen Yaşlı Bigadiç Sedimanter Basenin Jeolojik- Mineralojik ve Jeokimyasal İncelenmesi. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara. 386 s. Gündoğdu, M.N. ve Yılmaz, O Kil Mineralojisi Yöntemleri, I. Ulusal Kil Sempozyumu, Çukurova Üniversitesi, Adana International Code Council (2003). International Building Code IBC-2003, ICC, USA. Kasapoğlu, K.E. ve Kiper, O.B Ankara kenti zeminlerinin jeo-mühendislik özellikleri. H. Ü. Yerbilimleri Enstitüsü Bülteni, 9, 19-40, Beytepe-Ankara. 34

44 Kasapoğlu, K.E Ankara Kenti Zeminlerinin Jeoteknik Özellikleri ve Depremselliği. Ankara, 180s. Kılıç, R. ve Demirbaş, E Sincan (Ankara) Kepir Gölü çevresindeki Üst Pliyosen çökellerinin jeoteknik özellikleri. H. Ü. Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Bülteni, 15, Kılıç, R Zemin bileşimi ile kayma dayanımı arasındaki ilişki; Üst Pliyosen Çökelleri (Ankara). Jeoloji Mühendisliği, 36, Liao, S.S.C. and Whitman, R.V Overburden correction factors for SPT in sand. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 112, No. 3, pp National Research Council Liquefaction of soils during earthquakes. National Academy Press, Washington D.C., 240 p. Norman, T Ankara Yahşiyan bölgesinde Üst Kretase-Alt Tersiyer istifinin stratigrafisi: Türkiye Jeol. Kur. Bült. XV/2. Obermeier, S.F Use of liquefaction induced features for paleoseismic analysis- An overview of how seismic liquefaction features can be distinguished from other features and how their regional distribution and properties of source sediment can be used to infer the location and strength of Holocene paleoearthquakes. Engineering Geology 44, 1-76 pp. Seed, R.B., Cetin, K.Ö., Moss, R.E.S., Kammerer, A.M., Wu, J., Pestana, J.M., Riemer, M.F., Sancio, R.B, Bray, J.D., Kayen, R.E., and Faris, A Recent advances in soil liquefaction engineering: a unified and consistent framework. 26th Annual ASCE Los Angeles Geotechnical Spring Seminar, California. Skempton, A.W Standart penetration test procedures and the effects in sands of overburden pressure, relative density, particle size, aging and overconsolidation. Geotechnique, 36(3), Terzaghi, K. and Peck, B.R Soil Mechanicsin Engineering Practice. John wiley and Sons Inc., 729p. Youd, T.L., Idriss, I.M., Andrus, R.D., Arango, I., Castro, G., Christian, J.T., Dobry, R., Finn, W.D.L., Harder, L.F., Hynes, M.E., Ishihara, K., Koester, J.P., Liao, S.S.C., Marcuson, W.F., Martin, G.R., Mitchell, J.K., Moriwaki, Y., Power, M.S., Robertson, P.K., Seed, R.B. and Stokoe, K.H Liquefaction resistance of soils Summary report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF workshops on evaluation of liquefaction resistance of soils. ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 127 (4),