MÜHJEO 2015: Ulusal Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu, 3-5 Eylül 2015, KTÜ, Trabzon

Transkript

1 Isparta Yerleşimindeki Zayıf Bağlara Sahip Volkanik Zeminde Örnekleme Güçlükleri ve Dayanımın Pratik Yaklaşımlarla Tahmini Difficulties of Sampling from a Weakly Bonded Volcanic Soil in Isparta Settlement and Estimation of its Strength Using Practical Approaches E. Avşar 1,*, R. Ulusay 2, Ö. Aydan 3, M. Mutlutürk 4 1 Selçuk Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Konya 2 Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Beytepe, Ankara 3 Ryukyus Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği ve Mimarlık Bölümü, Okinawa, Japonya 4 Süleyman Demirel Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Isparta (*elifceada@gmail.com) ÖZ: Isparta yerleşiminin bir kısmı Gölcük volkanizmasının ürünlerinden olan zayıf bağlara sahip bir tür volkanik zeminin üzerinde yer almakta ve bu zeminde yeni yapılar inşa edilmektedir. Bu çalışmada; bu zeminden deney standartlarına uygun şekilde karot örneklerinin alınmasının oldukça güç olması nedeniyle özel olarak yaptırılan karotiyerlerle karot alımı denemeleri yapılmış ve zeminin dayanımının belirlenmesi için pratik yaklaşımlar geliştirilmiştir. Bu kapsamda; zeminin mineralojikpetrografik ve mikro-yapısal özellikleri araştırılmış ve ayrıca bazı fiziksel özellikleri, tek eksenli sıkışma dayanımı (UCS) ve iğne batma indeksi (İBİ) tayin edilmiştir. UCS değerleri 29 ile 132 kpa arasında değişim gösteren volkanik zeminin içerdiği zayıf bağlayıcının volkan camının parçalanması sonucu oluşmuş bir tür volkan külü olduğu belirlenmiş ve zeminin doygunluk derecesinin (S r ) %42 yi aşması durumunda UCS nin önemli ölçüde azaldığı saptanmıştır. SEM görüntülerinden de yararlanılarak, bu davranışın zeminin su içeriğindeki artışla birlikte malzemenin yumuşaması ve taneler arasındaki bağların kopmasından kaynaklandığı saptanmıştır. Farklı kalınlıktaki iğnelerin denenmesi sonucu bu zemin için uygun olduğu belirlenen 1.7 mm kalınlığındaki iğne kullanılarak tayin edilen İBİ değerleri ile S r nin bağımsız değişkenler olarak seçilmesiyle elde edilen görgül ilişkiler kullanılarak UCS nin oldukça iyi bir performansla tahmin edilebileceği belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Volkanik Zemin, Tek Eksenli Sıkışma Dayanımı, İğne Batma İndeksi, Görgül İlişki, Mikro-Yapı. ABSTRACT: The Isparta settlement is partly placed on a weakly bonded volcanic soil, which is one of the products of the Gölcük volcanism, and new buildings are being constructed in this soil. In this study, due to the difficulties in sampling from this soil for the preparation of test specimens of particular sizes in order to fulfil testing standards, trails were performed to obtain cores by using specially manufactured core bits and practical approaches were developed to estimate its strength. In this context, mineralogical and micro-structural features of the soil were investigated and its some physical properties, uniaxial compressive strength (UCS) and needle penetration index were determined. It was determined that the weak bonding of the soil, which has UCS values ranging between 29 and 132 kpa, is a volcanic ash formed by the disintegration of volcanic glass, and as the degree of saturation increases above approximately up to 42%, its UCS considerably decreases. By also using the SEM images, it was concluded that this behaviour was due the increased exposure to water, which apparently softens the bonding, causing some loss of interlocking among the grains. It was also found that the UCS can be inferred from the empirical relationships with a high prediction performance based the values of degree of saturation and İBİ, which were determined using a needle with a thickness of 1.7 mm. Keywords: Volcanic Soil, Uniaxial Compressive Strength, Needle Penetration Index, Empirical Relationship, Micro-Structure. 1. GİRİŞ Volkanoklastik çökeller, lav akıntıları, piroklastik malzemeler, otoklastik breşler ve volkanik zeminler olmak üzere dört ana birime ayrılmaktadır. Bu birimlerden en düşük dayanıma sahip olan volkanik zeminler, volkanoklastik çökellerden itibaren çeşitli faktörlerle aşınıp depolanan ya da doğrudan 23

2 volkanik etkinlik sırasında püskürtülen malzemelerden oluşan çökellerdir. Bu tür zeminler genellikle, ince kum ve silt tane boyutunda malzemeler içeren düşük kuru birim hacim ağırlık ve yüksek gözenekliliğe sahip az pekişmiş çökellerdir. Volkanik zeminlerde başlıca; şev duraysızlıkları, zeminin doygunluk derecesine bağlı olarak dayanım ve deformasyon özelliklerinin ani olarak değişim göstermesi ve içyapı çökmesi gibi sorunlarla karşılaşılabilmektedir (O Rourke ve Crespo 1988; Hürlimann vd. 21; Cecconi ve Viggiani, 2). Dünya genelinde bazı araştırmacılar volkanik ve kalıntı volkanik zeminler ile pekişmemiş güncel volkanik zeminlerin jeomekanik karakterizasyonunu (örn. Viggiani ve Cecconi, 26; Cattoni vd., 27) ve bu zeminlerde gelişen şev duraysızlıklarını (örn. Dai vd., 1999; Cecconi ve Viggiani, 2; Potro ve Hürlimann, 28) araştırmışlardır. Buna karşın, az pekişmiş volkanik zeminlerde su içeriğinin UCS üzerindeki etkisinin ve bunlardan örnek alımında karşılaşılan güçlüklerle ilgili çalışmalar oldukça sınırıdır (O Rourke ve Crespo, 1988; Viggiani ve Cecconi, 26; Cecconi vd., 21). Türkiye de gözlenen volkanik zeminlerin jeomekanik özelliklerine ilişkin bilgi ve veri ise oldukça sınırlı düzeydedir. Isparta kent merkezinin (Şekil 1) temel zeminini Gölcük volkanizması sonucu oluşmuş ve katmanlar halinde çökelmiş tipik volkanik zemin özelliği taşıyan çökeller oluşturmakta (Şekil 2a) olup, kent merkezindeki yüksek yapı sayısı hızla artmakta ve derin kazılar yapılmaktadır (Şekil 2b). Isparta daki volkanik zeminlerin jeo-mühendislik özellikleri ile ilgili çalışmalar (Mutlutürk vd., 28; Totiç, 29; Mutlutürk ve Totiç, 21) oldukça sınırlıdır. Bu tür zeminlerde bağlayıcı malzemenin zeminin dayanımını kontrol eden önemli bir faktör olduğu dikkate alındığında, zeminin doğal haldeki dayanımının tayini için örselenmemiş örnekler gerekmektedir. Bu nedenle, söz konusu zeminlerin jeomühendislik karakteristiklerinin ve neden olabilecekleri mühendislik sorunlarının daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunabilecek veriye gereksinim duyulmaktadır. Bu çalışmada, Isparta yerleşimindeki volkanik zeminin mineralojik, mikroyapısal ve fiziksel özelliklerinin belirlenmesi, örselenmemiş karot örneklerinin elde edilebilmesi için bazı yöntemlerin denenmesi ve tek eksenli sıkışma dayanımının iğne batma indeksinden (İBİ) kestirimine yönelik görgül ilişkilerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçlar doğrultusunda; volkanik zeminin gözenekliliği, birim hacim ağırlığı, doygunluk derecesi, tane boyu dağılımı, iğne batma direnci ve tek eksenli sıkışma dayanımı belirlenmiş ve petrografik özellikleri ile mikro yapısının belirlenmesi için X-ışınları kırınım analizleri (XRD), ince kesit ve taramalı elektron mikroskop çalışmaları yapılmıştır. Şekil 1. (a) İnceleme alanının yer bulduru haritası ve (b) Isparta şehir merkezi ve Gölcük kraterini gösteren kabartma haritası. 231

3 Şekil 2. (a) Isparta daki volkanik zemin ve (b) bu zeminde açılmış derin bir inşaat kazısı. 2. VOLKANİK ZEMİNİN JEOLOJİK ÖZELLİKLERİ Isparta Ovası ve çevresinde yer alan jeolojik birimler stratigrafik konumlarına göre Tersiyer den Kuvaterner e doğru filişler, ofiyolitik melanj, kumtaşları, kireçtaşları, andezitler, traki-andezitler, pekişmiş tüfler, volkanik zeminler, pomzalar, alüvyon ve alüvyon yelpazeleri şeklindedir (Şekil 3). Şekil 3. Isparta ve çevresinin jeoloji haritası ve örnekleme yerleri (Totiç, 29 dan değiştirilmiştir). Gölcük volkanı Isparta yerleşiminin güneybatısında yer almakta ve içerisinde küçük bir gölün bulunduğu 2.5 km genişliğinde maar krateri ve çevresinde 15 m kalınlığındaki bir tüf konisi ile karakterize edilmektedir (Platevoet vd., 28) (Şekil 3). Gölcük volkanoklastiklerinden az pekişmiş volkanik zeminler ve pomzalar Gölcük Gölü merkez olmak üzere, Isparta Ovası nda geniş yayılım göstermektedirler. Bu çalışmada incelenen volkanik zemin, volkanoklastiklerin en üst seviyesini oluşturmakta ve Isparta kent merkezinde yaklaşık 11 km 2 lik bir alanı kaplamaktadır. İnşaat kazılarında yapılan gözlemlerde, volkanik zeminin kalınlığının yer yer 15 m ye kadar ulaştığı görülmüştür. Volkanik zemin sarımsı kahverengi olup, içinde yarı yuvarlak-köşeli, düzensiz-küresel şekilli küçük andezit ve pomza çakılları içermektedir. Genellikle, kötü boylanma gösteren çakılların, alttan üste doğru iriden inceye derecelenmeye sahiptir. 3. ÖRNEKLEME ÇALIŞMALARI VE KARŞILAŞILAN GÜÇLÜKLER 3.1. Arazide Blok ve Karot Örneklerin Alınması Isparta şehir merkezindeki beş farklı inşaat yerindeki kazı aynalarından spatula ve keski kullanılarak örselenmemiş blok örnekler çıkarılmıştır (Şekil 3). 1 no.lu örnekleme yerinde (Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi inşaat alanı) örselenmemiş karot örneği alınması amacıyla 2 sondaj yapılmış ve zayıf kayalardan karot alınması amacıyla tasarımlanmış olan ortadan ikiye ayrılabilen iç tüpe sahip bir karotiyer (54.7 mm) kullanılmıştır. Ancak sulu ve susuz delme işlemlerinin uygulanmasına karşın örselenmemiş karot örnekleri elde edilememiş ve zemin, içerdiği zayıf bağlayıcı malzeme nedeniyle, karotiyerlerden örselenmiş bir biçimde ve suyla temasından dolayı çamur halinde çıkarılmıştır. Ayrıca, Hacettepe Üniversitesi Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi ne ait arazi örnekleme düzeneği kullanılarak, araziden alınmış bir blok örnek özel bir kalıba alınmış ve 38 mm 232

4 çaplı ve şeffaf iç tüplü özel karotiyerle karot örneği alınması denenmiştir. Ancak, taneler arası zayıf bağların kopması nedeniyle şeffaf iç tüpün içindeki örnek tamamen dağılmış, dolayısıyla bu yöntemle de karot alma işlemi gerçekleştirilememiştir Laboratuvarda Karot Örneklerinin Hazırlanması Blok örneklerden laboratuvarda karot örneği alınabilmesi amacıyla, klasik karotiyerlerden farklı özelliklere sahip karot alıcılar tasarımlanmıştır. Bu amaçla, ince çeperli ve testere ağızlı bir karotiyer (Şekil 4a) ile kesici ağzına çok ince elmas vidyeler yerleştirilmiş olan oldukça ince çeperli NX çaplı (Şekil 4b) bir karotiyer daha tasarımlanarak üreticiye yaptırılmıştır. Her iki karotiyerle örselenmemiş örnek alınması denenmiş, ancak deney standartlarına veya önerilmiş deney yöntemlerine göre uygun boyutta karot örnekleri alınamamıştır. Örnekleme çalışmaları sonucunda, karot örneklerinin doğal durumlarını koruyamadığı, karot alınması sırasında malzemenin yoğrulduğu ve dağılarak parçalandığı görülmüştür (Şekil 4c). Tüm denemelere rağmen, karotiyer kullanarak volkanik zeminden deney standartlarınca önerilen niteliklere sahip örnek alınamadığından, örnekler elle traşlama yöntemiyle hazırlanmış ve yüzey paralellikleri de komparatörle kontrol edilmiştir (Şekil 4d). Bunun yanı sıra, örneklerin çap ölçümleri farklı yönlerde çok sayıda ölçüm alınarak tekrarlanmış ve tüm ölçümler eşit olana değin karot düzeltme işlemine devam edilmiştir. Böylece, standartlara/önerilmiş yöntemlere uygun niteliklere sahip düzgün karot örnekleri hazırlanmıştır. (a) (b) (c) (d) Şekil 4. (a) Testere biçiminde kesici ağızlı ince çeperli NX karotiyer, (b) ince çeperli NX elmas karotiyer, (c) dağılmış karot, (d) traşlanarak hazırlanan karot ve yüzey paralelliğinin kontrolu. 4. VOLKANİK ZEMİNİN MİNERALOJİK VE MİKROYAPISAL ÖZELLİKLERİ Volkanik zeminden hazırlanan toplam beş adet örneğin ince kesitleri mikroskop altında incelenmiş ve örneklerin hipokristalen dokuya sahip oldukları ve biyotit, hornblend, piroksen ve plajiyoklaz mineralleri ile kayaç parçaları ve pomza içerdikleri belirlenmiştir. Zemindeki hamur volkan külü olup, volkan camının parçalanması sonucu oluşmuştur. XRD çözümlemelerinin (tüm kayaç) sonuçlarına göre, volkanik zemin ana mineral olarak mika mineralleri (45-65%), feldispat (%21-35) ve kil mineralleri (-16%) ile çok az miktarda kuvars ve dolomit içermektedir. SEM çözümlemelerinde tanelerin arasında bağlayıcı malzemenin bulunduğu ve zeminin boşluklar içerdiği görülmüş olup, volkanik zeminin açık bir mikro yapıya sahip olduğu anlaşılmıştır (Şekil 5a). Bağlayıcı malzemenin tanımlanması amacıyla SEM e monte edilmiş Enerji Dağılım Spektrometresi (EDS) cihazı kullanılarak mikro analizler yapılmış ve bağlayıcı malzemenin element içeriklerine ait spektrumlar elde edilmiştir (Şekil 5b). Buna göre bağlayıcı malzemenin yüksek miktarda silisyum (Si) içerdiği ve volkan camı olduğu belirlenmiştir. 5. VOLKANİK ZEMİNİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ VE DAYANIMI 5.1. Fiziksel Özellikler ve İğne Batma İndeksi Tayinleri Laboratuvar deneyleri kapsamında; toplam 45 adet volkanik zemin örneğinin su içeriği (w), doygunluk derecesi (S r ), doğal ve kuru birim hacim ağırlığı ( n d ), gözeneklilik (n) ve özgül ağırlık (G s ) gibi fiziksel özellikleri ile İBİ değerleri ISRM (27) tarafından önerilen yöntemler kullanılarak belirlenmiştir (Çizelge 1). Volkanik zeminin kuru birim hacim ağırlığı 12.4 ile 15.8 kn/m 3 ve gözenekliliği ise %33 ile %46 arasında değişmektedir. Elde edilen sonuçlara benzer şekilde; O Rourke ve Crespo (1988), Hürlimann vd. (21) ve Cecconi vd. (21) tarafından incelenen volkanik zeminler 233

5 de düşük kuru birim hacim ağırlığa ve yüksek gözenekliliğe sahiptirler. Volkanik zemin örneklerinin ağırlıklı olarak kum (52-67%) ve silt (18-33%) tane boyutunda malzeme içerdiği belirlenmiştir. (a) (b) Şekil 5. Örnek 1 e ait (a) SEM görüntüsü ve (b) bağlayıcı malzemenin kimyasal içeriğini gösteren spektrum (Al:Alüminyum, Au:Altın, Ca:Kalsiyum, K:Potasyum, Na: Sodyum, Si: Silisyum). Çizelge 1. Volkanik zeminin fiziksel ve dayanım özellikleri w (%) S r (%) G s d (kn/m 3 ) n (kn/m 3 ) n (%) İBİ (N/mm) UCS (kpa) 4-25 (9.3) (33.5) (2.45) (14.3) (15.3) () (4) (81.6) w: Su içeriği, S r : Doygunluk derecesi; G s : Özgül ağırlık; d : Kuru birim hacim ağırlık; n : Doğal birim hacim ağırlık; n: Gözeneklilik; İBİ: İğne batma indeksi; UCS: Tek eksenli sıkışma dayanımı; parantez içinde verilenler ortalama değerlerdir. UCS için deney standartlarına uygun örneklerin hazırlanmasıyla ilgili yaşanan güçlük dikkate alınarak, UCS nin İBİ den kestiriminin araştırılması amacıyla örnek hazırlamayı gerektirmeyen ve pratik bir yöntem olan iğne batma deneylerinin yapılmasına karar verilmiştir. Bu amaçla, SH-7 model iğne batma ölçer aleti kullanılmıştır (Şekil 6a). Son yıllarda yapılan çalışmalar sonucunda bu deney, ISRM nin önerdiği deney yöntemlerinden biri olmuştur (Ulusay vd., 214; ISRM, 214). Kent içindeki inşaat kazılarında ve laboratuvarda blok örnekler üzerinde (Şekil 6b) 12 adet iğne batma deneyi yapılmıştır. Volkanik zeminin dayanımının, aletin.84 mm çapındaki mevcut iğnesi kullanılarak belirleyebildiği dayanım sınırları içinde olmadığı anlaşılmıştır. Bu nedenle, farklı çaplarda iğneler (1.7, 2, 2.3, 2.5, 3 mm) tasarımlanarak üretilmiş ve sınama amacıyla yapılan iğne batma deneylerinde en iyi performansı 1.7 mm çaplı iğnenin gösterdiği belirlenmiştir. Bu iğne kullanılarak deneyler yapılmış ve daha sonra İBİ (1.7) değeri tayin edilen her bloktan birer adet karot örneği elde edilmiştir. Volkanik zeminin İBİ (1.7) değerleri 1.2 N/mm ile 6.5 N/mm arasında değişim göstermektedir (bkz. Çizelge 1). (a) (b) Şekil 6. (a) Maruto Co. (26) tarafından üretilmiş olan iğne batma ölçer ve (b) bloklarda üzerinde iğne batma deneyinin uygulanması Volkanik Zeminin Tek Eksenli Sıkışma Dayanımı Farklı nem içeriğine sahip örneklerde ISRM (27) ye göre yapılan UCS deneyleri sonucunda 45 adet zemin karotunun UCS değerlerinin 29 ile 132 kpa arasında değişim gösterdiği belirlenmiştir (bkz. Çizelge 1).Volkanik zeminin ortalama UCS değeri 81.6 kpa olup, Shaffi-Rad ve Clough (1982) tarafından kumlu zeminler için önerilen sınıflamaya göre, bu çalışmada incelenen volkanik zemin az 234

6 UCS (kpa) UCS (kpa) MÜHJEO 215: Ulusal Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu, 3-5 Eylül 215, KTÜ, Trabzon pekişmiş (orta dayanımlı) zemin olarak sınıflandırılmıştır. Deneylere ait gerilme-birim deformasyon grafikleri incelendiğinde, 42 adet volkanik zemin örneğinde birim deformasyon yumuşaması davranışı, diğer 3 örnekte ise kırılgan davranış gözlenmiştir. Bağlayıcı malzemenin zayıf tutucu bir karakterde olması nedeniyle, volkanik zemin kuruduğunda kolaylıkla dağılabilen (ufalanan) bir özelliğe sahiptir. Bunun yanı sıra, çalışma süresince özellikle yaz döneminde yapılan gözlemlerde inşaat kazılarında zeminin yüzeyden itibaren kuruyarak yer yer kum şeklinde döküldüğü ve kazı topuğunda biriktiği gözlenmiştir. Zeminin su içeriği yükseldikçe dayanımında bir artış olduğu anlaşılmaktadır. Ancak, örnekler tümüyle su içine konulduklarında ya da nem odasında bekletilerek tam doygun hale getirildiklerinde dağılmakta ve çamur kıvamına dönüşmektedirler. Söz konusu hususlar dikkate alınarak, w ve S r ile UCS arasındaki ilişkiler de araştırılmıştır. Doğal su içeriğine sahip 38 karotun su içerikleri %4 ile %13 ve doygunlukları %14 ile %, nem odasında tutulan diğer 7 karotun su içerikleri ve doygunluk dereceleri ise sırasıyla %15 ile %25 ve %48 ile %83 arasında değişim göstermektedir. Bu iki özellik ile UCS arasındaki ilişkiyi ikinci dereceden polinom olan eğrisel eşitliklerin temsil ettiği belirlenmiştir (Şekil 7a-b). Şekil 7a-b deki ilişkilere göre, w ve S r değerlerinin sırasıyla %11 ve %42 yi aşması halinde UCS belirgin şekilde azalmaktadır. Bu durum zeminin içerdiği kilin ve bağlayıcı malzemenin suyun etkisiyle yumuşaması ve buna bağlı olarak taneler arası bağların kopmasıyla ilişkilendirmiştir. Buna benzer bir ilişki, bu çalışmada incelenen volkanik zeminlerle benzer özellikler taşıyan And Dağları civarındaki volkanik zeminleri inceleyen O Rourke ve Crespo (1988) tarafından da elde edilmiştir. Isparta kent merkezinde yerel olarak gelişebilecek alt yapı arızaları (su borularının patlaması vb. gibi), ya da aşırı yağışlara bağlı olarak su içeriğinin ya da doygunluk derecesinin yukarıda belirtilenden daha yüksek değerlere çıkması gibi genellikle beklenmeyen durumlar için UCS deki azalma dikkate alınmalıdır Su içeriği, w (%) Doygunluk derecesi, S r (%) Şekil 7. Volkanik zemin örneklerine ait (a) w(%) UCS ve (b) S r (%) - UCS arasındaki ilişkiler. 6. TEK EKSENLİ SIKIŞMA DAYANIMININ TAHMİNİ İÇİN GÖRGÜL İLİŞKİLER Isparta daki volkanik zeminlerden standartlara ve/veya önerilmiş yöntemlere uygun boyutlarda örselenmemiş deney örneklerinin alınması konusunda önemli sınırlamalar söz konusu olup, zeminin UCS sinin doğrudan tayini oldukça güçtür. Bu durum dikkate alınarak UCS nin kestirimi amacıyla; İBİ (1.7) (N/mm) değerleri ile UCS (kpa) arasındaki ilişki incelenmiş ve bu iki özellik arasında yüksek bir belirleme katsayısına (R 2 =.724) sahip doğrusal bir ilişki olduğu belirlenmiştir (Eş.1) (Şekil 8a). UCS= 2.36*(İBİ (1.7)) (R 2 =.724) (1) Eş. 1 deki ilişkiden kestirilen UCS ile deneysel olarak tayin edilen UCS değerleri Şekil 8b deki grafikte karşılaştırılmıştır. Eş.1 kullanılarak kestirilen değerlere ait veri noktalarının 1:1 çizgisine oldukça yakın olarak konuşlandığı görülmektedir. Dolayısıyla önerilen eşitlik kullanılarak, UCS nin çok düşük bir hata payı ile kestirilebileceği anlaşılmaktadır. Volkanik zeminin doygunluk derecesinin (S r ) artmasına koşut olarak UCS nin azalması; S r nin UCS üzerinde etkili bir parametre olduğunun göstergesidir. Bu nedenle, UCS nin kestirimi için İBİ (1.7) ve S r nin bağımsız değişkenler olarak kullanıldığı çok değişkenli doğrusal regresyon analizleri de yapılmıştır. Bu analizlerde; UCS üzerinde belirgin bir etkisi olan doygunluk derecesinin kritik değeri S r =%42 de dikkate alınarak, UCS nin bu iki özellik kullanılarak kestirilebileceği iki adet görgül ilişki elde edilmiştir (Eş. 2 ve Eş. 3). 235

7 UCS (kpa) UCS (tahmin edilen) (kpa) UCS (tahmin edilen) (kpa) MÜHJEO 215: Ulusal Mühendislik Jeolojisi Sempozyumu, 3-5 Eylül 215, KTÜ, Trabzon 6 < S r (%) 42: UCS = İBİ + 1.5S r (R 2 =.77) (2) 42 <S r (%) 83: UCS= İBİ 1.81S r (R 2 =.96) (3) Eş. 2 ve 3 ten tahmin edilen UCS ile deneysel olarak tayin edilen UCS değerleri karşılaştırıldığında (Şekil 8c), belirleme katsayıları oldukça yüksek olan bu eşitliklerden kestirilen UCS veri noktalarının 1:1 çizgisine oldukça yakın olarak dizildikleri görülmektedir. Buna göre, volkanik zeminin UCS değeri, görgül modellerle iyi bir performansla tahmin edilebilmektedir. Bu eşitliklerin regresyon katsayılarının önemlilik dereceleri t- ve F-testleriyle de kontrol edilmiş ve modellerin F değerleri; 6 < S r (%) 42 ve 42 <S r (%) 83 koşulları için sırasıyla, ve olup, bunlara karşılık gelen anlamlılık düzeyleri (p değerleri).1 olarak belirlenmiştir. p değerleri =.5 yanılma düzeyinden küçük olduğu için, en az bir bağımsız değişkenin bağımlı değişken üzerinde etkisi olduğu anlaşılmaktadır. Bununla birlikte, önerilen modellere ait t değerlerine karşılık gelen anlamlılık düzeyleri (p),.5 yanılma düzeyinden küçük ve regresyon katsayılarının sıfırdan farklı olup, bağımlı ve bağımsız değişkenler arasında doğrusal ilişkilerin olduğu belirlenmiştir. F- ve t- testleri sonucunda; İBİ (1.7) nin UCS nin kestiriminde kullanılabilecek güvenilir bir parametre olduğu anlaşılmış ve iki bağımsız değişkenin birlikte kullanıldığı çok değişkenli regresyon analizleri ile elde edilen modellerin (Eş.2 ve 3), performansının basit regresyondan elde edilen eşitlikten (Eş.1) daha yüksek olduğu anlaşılmıştır. Bunun yanı sıra, S r nin tayini ve iğne batma deneyleri kolaylıkla uygulanabilen pratik deneyler olduğundan, önerilen modeller kullanıcıya kolaylık sağlamaktadır. (a) 1 UCS = 2.36 İBİ (1.7) (R² =.7244) İBİ (1.7), (N/mm) (b) :1 1: :2 6 2 UCS= 2.36 İBİ (1.7) UCS (deneysel) (kpa) (c) For 6% Sr = 14% S- 42% 2:1 r 42% For 42% Sr = 42% < - 83% S r 83% 1: : UCS (deneysel) (kpa) Şekil 8. (a) UCS ve İBİ (1.7) arasındaki doğrusal ilişki, (b) Eş. 1 ve (c) Eş. 2 ve Eş. 3 ten tahmin edilen ve deneylerde belirlenen UCS değerlerinin karşılaştırılması. 7. SONUÇLAR Bu çalışma sonucunda; incelenen volkanik zeminin yüksek gözenekliliğe ve düşük kuru birim hacim ağırlığa sahip ve içerdiği zayıf bağlayıcı malzemenin volkan camının parçalanmasıyla oluşmuş bir tür volkan külü olduğu belirlenmiştir. Volkanik zeminde karşılaşılan en önemli sınırlama, örselenmemiş karot örneklerinin alınmasıdır. Bu nedenle, UCS nin İBİ den kestirebilmesi amacıyla penetrometrenin iğnesi modifiye edilmiş ve 1.7 mm çapındaki iğnenin bu zemin için uygun olduğu saptanmıştır. Volkanik zeminde İBİ (1.7) değerlerinin 1.2 ile 6.5 N/mm ve farklı nem içeriklerine göre UCS nin 29 ile 132 kpa arasında değişim gösterdiği belirlenmiştir. Doygunluk derecesi ile UCS arasındaki eğrisel ilişkiye göre, doygunluk derecesinin %42 yi aşması durumunda UCS önemli ölçüde azalmaktadır. Bu durum, volkanik zemindeki zayıf bağların suyun etkisiyle yumuşamasına koşut olarak taneler arası bağların kopmasıyla ilişkilendirmiştir. Basit regresyon analizleri, volkanik zeminin UCS ile belirlenen İBİ (1.7) değerleri arasında anlamlı bir ilişkinin ve İBİ (1.7) nin volkanik zeminin UCS değerlerinin kestirimi için güvenilir bir parametre olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, çok değişkenli doğrusal regresyon analizlerinde İBİ (1.7) ve S r nin bağımsız değişkenler olarak birlikte kullanılması halinde üretilen tahmin modellerinin daha yüksek belirleme katsayılarına sahip oldukları ve UCS nin kestirimi için daha yüksek performans gösterdikleri belirlenmiştir. Ayrıca, Türkiye de ve diğer ülkelerdeki az pekişmiş volkanik zeminlerin UCS değerlerinin pratik bir şekilde tahmini için penetrometre iğnesinin modifiye edilerek kullanılmasının uygun olacağı da anlaşılmıştır. 236

8 8. KATKI BELİRTME Yazarlar; sağladığı maddi destek için Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Birimi ne, saha çalışmalarındaki yardımları için Emre Balcıoğlu, Onur Köroğlu, Yunus Koku ve Fatih Adil e, Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü nden mobil örnekleme cihazının kullanılmasında yardımcı olan Mehmet Ekmekçi ye, ince kesit ve SEM çözümlemelerinde destek veren öğretim elemanları Erdal Şen ve Lütfiye Akın ile saha ve laboratuvar çalışmalarında yardımlarını esirgemeyen laboratuvar teknisyenleri Ahmet Bay ve Özgür Erol a içten teşekkürlerini sunarlar. 9. KAYNAKLAR Cattoni, E., Cecconi, M., Pane, V., 27. Geotechnical properties of an unsaturated pyroclastic soil from Roma. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 66, Cecconi, M., Viggiani, G.M.B., 2. Stability of sub-vertical cuts in pyroclastic deposits. GeoEng 2: International Conference on Geotechnical and Geological Engineering, Melbourne, Australia, Paper No. SNES558 (CD de). Cecconi, M., Scarapazzi, M., Viggiani, G.M.B., 21. On the geology and the geotechnical properties of pyroclastic flow deposits of the Colli Albani. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 69, Dai, F., Lee, C.C., Wang, S., Feng, Y., Stress strain behaviour of a loosely compacted volcanicderived soil and its significance to rainfall-induced fill slope failures. Engineering Geology, 53, Hürlimann, M., Ledesma, A., Marti, J., 21. Characterisation of a volcanic residual soil and its implications for large landslide phenomena: application to Tenerife, Canary Islands. Engineering Geology, 59, ISRM, 27. The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: R. Ulusay and J.A. Hudson (Eds.), Suggested Methods Prepared by the Commission on Testing Methods, International Society for Rock Mechanics, Compilation Arranged by the ISRM Turkish National Group, Ankara, Turkey. ISRM, 214. The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: R. Ulusay (Ed.) Springer, Berlin. Maruto Testing Machine Company, (1999). Instructions for SH-7 penetrometer (Nangan- Penetorokei), Tokyo (Japonca). Mutlutürk, M., Totiç, E., 21. Isparta ovası volkanik zeminlerinin mühendislik özellikleri. 63. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Bildiri Özleri, Ankara, s.138. Mutlutürk, M., İsmailov, T., Balcı, V., 28. Isparta volkanik zeminlerinin çökme potansiyeli, 61. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Bildiri Özleri, Ankara, O Rourke, T.D., Crespo, E., Geotechnical properties of cemented volcanic soils. Journal of Geotechnical Engineering,114(1), Platevoet, B., Scaillet, S., Guillou, H., Blamart, D., Nomade, S., Massault, M., Poisson, A., Elitok, Ö., Özgür, N., Yağmurlu, F., Yılmaz, K., 28. Pleistocene eruptive chronology of the Gölcük volcano, Isparta Angle, Turkey. Quaternaire, 19(2), Shafii-Rad, N., Clough, G.W., The influence of cementation on the static and dynamic behavior of sands. John A. Blume Earthquake Engineering Center, Stanford University, Report No. 59, Stanford, California. Totiç, E., 29. Isparta Ovası ndaki volkanik kökenli zeminlerde fiziksel ve mekaniksel özellikler arasındaki ilişkilerin araştırılması, Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeoloji Anabilim Dalı, Isparta. Ulusay, R., Aydan, Ö., Erguler, Z.A., Ngan-Tillard, D.J.M., Seiki, T., Verwaal, W., Sasaki, Y., Sato, A., 214. ISRM suggested method for the needle penetration test. Rock Mechechanics and Rock Engineering, 47, Viggiani, G.M.B., Cecconi, M., 26. Pyroclastic flow deposits from the Colli Albani: the example of the Pozzolana Nera. In: Phoon, K.K., Hight, D.W., Leroueil, S., Tan, T.S. (Eds.), Proceedings of the Second International Workshop on Characterisation and Engineering Properties of Natural Soils, Singapore, Vol. 2. Taylor & Francis, Singapore,