ÖZET ISPARTA OVASI NDAKİ VOLKANİK ZEMİNLERİN JEO- MÜHENDİSLİK KARAKTERİZASYONU VE MEKANİK DAVRANIŞININ ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 ÖZET ISPARTA OVASI NDAKİ VOLKANİK ZEMİNLERİN JEO- MÜHENDİSLİK KARAKTERİZASYONU VE MEKANİK DAVRANIŞININ ARAŞTIRILMASI ELİF AVŞAR Doktora, Jeoloji Mühendisliği Bölümü Tez Danışmanı: Prof. Dr. Reşat ULUSAY İkinci Tez Danışmanı: Doç. Dr. Mahmut MUTLUTÜRK Haziran 2013, 170 sayfa Dünya genelinde ve Türkiye de az pekişmiş volkanik zeminlerin jeo-mühendislik özelliklerinin ve davranışlarının araştırılmasına yönelik çalışmalar oldukça sınırlı sayıda olup, yumuşak kayalar ile zeminler arasında geçiş türünde olmaları nedeniyle jeomekanik açıdan diğer zeminlerden farklı davrandıkları bilinmektedir. Isparta kent merkezinin temel zeminini Gölcük volkanizması sonucu katmanlar halinde çökelmiş olan volkanik zeminler oluşturmaktadır. Bu çalışma; Isparta yerleşimindeki volkanik zeminin jeo-mühendislik karakterizasyonu, çökme potansiyeli ve makaslama yenilmesi gibi mekanik davranışlarının araştırılması ve basit laboratuvar deney yöntemlerinden belirlenen özellikler kullanılarak tek eksenli sıkışma dayanımının kestirimine yönelik görgül ilişkilerin geliştirilmesi amacıyla yapılmıştır. Bu çalışmayla, hem bu tür malzemelerin davranışlarıyla ilgili çalışmalara, hem de Isparta ve çevresi özelinde yerel anlamda katkı sağlanabileceği düşünülmüştür. Bu kapsamda; volkanik zeminin fiziksel ve jeomekanik özellikleri ile mikroyapısal özellikleri belirlenmiş, istatistiksel çözümlemeler yapılarak görgül ilişkiler önerilmiş, zeminin çökme potansiyeli ve makaslama dayanımı araştırılmış, bu zeminde açılmış şevler için duraylılık i

2 analizleri gerçekleştirilmiş ve ayrıca bu çalışmada incelenen volkanik zemin diğer bazı ülkelerde incelenmiş volkanik zeminlerle karşılaştırılmıştır. İncelenen volkanik zeminin 100 kpa dan daha yüksek normal gerilmeler altında orta derecede çökme ve şiddetli çökme potansiyeline sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, 200 ile 300 kpa arasındaki normal gerilmelerin aşılmasıyla volkanik zeminin kohezyon ve içsel sürtünme açısında azalma olduğu ve makaslama dayanımının düşük ve yüksek normal gerilmeler altında çift doğrusal yenilme zarflarıyla daha iyi temsil edilebileceği sonucuna varılmıştır. Volkanik zeminin çökme potansiyeli ve makaslama dayanımıyla ilgili belirlenen söz konusu iki davranışın; yüksek normal gerilmeler altında yenilen bağlayıcı malzemenin dayanımının önemli ölçüde azalmasıyla ilişkili olduğu belirlenmiştir. Volkanik zeminin doygunluk derecesinin artmasına koşut olarak; tek eksenli sıkışma dayanımının önce arttığı, belirli doygunluklardan daha yüksek doygunluk düzeylerinde ise önemli ölçüde azaldığı saptanmış ve bu durumun muhtemelen su emmedeki artış ve azalmayla ilişkili olduğu şeklinde değerlendirilmiştir. Bunların yanı sıra, jeomekanik özelliklerin tayini için volkanik zeminden standartlara göre uygun boyutlarda örselenmemiş örnek hazırlanmasında önemli güçlükler yaşandığından, zeminin tek eksenli sıkışma dayanımının iğne batma indeksinden kestirimine yönelik ve belirleme katsayısı yüksek görgül bir ilişki önerilmiştir. Volkanik zemin içinde açılmış şevler için duraylılık analizleri de yapılmış olup, 5 m ile 20 m arasındaki şev yükseklikleri ve 60 0 ile 90 0 arasında değişen şev açıları için yapılan limit denge analizleri sonucunda güvenlik katsayılarının 1 den büyük olduğu sonucuna varılmış olup, bu sonuçlar inşaat kazılarında yapılan gözlemleri desteklemektedir. Ayrıca, bu çalışmada incelenen volkanik zemin ile diğer bazı ülkelerde incelenmiş volkanik zeminlerin; özellikle zayıf bağlayıcı malzeme içermeleri, mikroyapıları, düşük kuru birim hacim ağırlık ve yüksek gözenekliliğe sahip olmaları açısından benzer özellikler gösterdikleri saptanmıştır. Anahtar Kelimeler: Volkanik zemin, Isparta, tek eksenli sıkışma dayanımı, iğne batma indeksi, görgül ilişki, çift doğrusal yenilme zarfı, çökme potansiyeli, mikroyapı. ii

3 ABSTRACT GEO-ENGINEERING CHARACTERIZATION OF THE VOLCANIC SOILS IN THE ISPARTA PLAIN AND INVESTIGATION OF THEIR MECHANICAL BEHAVIOUR ELİF AVŞAR Doctor of Philosophy, Department of Geological Engineering Supervisor: Prof. Dr. Reşat ULUSAY Co-supervisor: Doç. Dr. Mahmut MUTLUTÜRK June 2013, 170 pages It is known that there are a quite limited number of researchs on volcanic soils, which are a transition form between soft rocks and soils, and their mechanical behaviours are different than those of other soils. The ground at Isparta city center is comprised of volcanic soils deposited as layers which derived from the Gölcük volcanism. This study aims to perform geo-engineering characterization of the volcanic soils at Isparta settlement, to investigate their collapse potential and shear failure behaviour and to recommend empirical relationships for predicting the uniaxial compressive strength from the properties determined from simple laboratory tests. It is considered that based on this study, some contributions to mechanical behaviours of such soils and local site conditions in Isparta would be provided. Within the scope of the study; physical, geomechanical and microstructural properties of the volcanic soil were determined, empirical relationships using statistical analyses were developed, collapse and shear failure behaviour of the soil were assessed, analysis for the stability of the slopes excavated in this soil were conducted and finally geo-engineering properties of the investigated volcanic soil was compared to those studied in some other countries. It was determined that the investigated volcanic soil has moderate and severe iii

4 collapse potential under normal stresses greater than 100 kpa. In addition, it was concluded that cohesion and friction angle of the volcanic soil decrease when the normal stress exceeds 200 and 300 kpa and its shear strength is better represented by bi-linear failure envelopes under low and high normal stress levels. The collapse potential and shear strength behaviour of the volcanic soil are associated with a considerable decrease in the strength of the failed bonding material of the soil under high normal stresses. Depending on the increase in its degree of saturation, the uniaxial compressive strength of the volcanic soil first increases and then considerably decreases at certain degrees of saturation, and it was concluded that this behaviour is probably is due to the increase and decrease in suction. Besides, by considering the difficulties experienced during sampling from this soil according to testing standards, in order to estimate its uniaxial compressive strength from its needle penetration index, empirical relation with high coefficient of determination was also developed. Stability analyses of the slopes excavated in the volcanic soil revealed that for slope heights and slope angles varying between 5 and 20 m and 60 0 and 90 0, respectively, safety factors would be greater than unity and these results confirm the field observations conducted in foundation cuts. In addition, it was determined that the volcanic soil investigated have similar properties with those of the volcanic soils in some countries in terms of its weak bonding material, microstructure, low dry unit weight and high porosity. Keywords: Volcanic soil, Isparta, uniaxial compressive strength, needle penetration index, empirical relationship, bi-linear failure envelope, collapse potential, micro-structure. iv

5 TEŞEKKÜR Tez çalışmamın her aşamasında bilgi ve tecrübeleriyle beni yönlendiren, bilimsel katkı, öneri ve eleştirileriyle yardımını esirgemeyen değerli hocam ve tez danışmanım Prof. Dr. Reşat ULUSAY a, Tez çalışmam boyunca ilgi ve desteğini esirgemeyen ve tezimin şekillenmesinde büyük emeği geçen ikinci tez danışmanım Doç. Dr. Mahmut MUTLUTÜRK e, Tez izleme komitesinde bu çalışmanın gelişimi ve yönlendirimesiyle ilgili olarak görüş ve önerilenden yararlandığım TİK üyeleri Doç. Dr. Nihat Sinan IŞIK ve Doç. Dr. Ergün TUNCAY a, İğne batma indeksi tayinleriyle ilgili çalışmalara yaptığı katkılarından ve deney sonuçlarının yorumlanmasındaki yardımlarından dolayı değerli hocam Prof. Dr. Ömer AYDAN a, Öneri ve eleştirilerinden yararlandığım juri üyeleri Prof. Dr. Erdal ÇOKÇA ve Prof. Dr. Harun SÖNMEZ e, 010D Numaralı proje kapsamında gerçekleştirilen bu çalışma için maddi destek sağlayan Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Birimi ne, Saha çalışmaları ve örnekleme aşamalarındaki yoğun emek ve yardımlarından dolayı Jeoloji Yüksek Mühendisi Emre BALCIOĞLU na ve Jeoloji Yüksek Mühendisi Onur KÖROĞLU na, SEM çözümlemelerinde destek aldığım Mineraloji ve Petrografi Anabilim Dalı öğretim üyeleri Prof. Dr. Erkan AYDAR a, Yrd. Doç. Dr. H. Evren ÇUBUKÇU ya, ve Araş. Gör. Lütfiye AKIN a, v

6 Petrografik çözümlemelerde destek aldığım Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Mineraloji ve Petrografi Anabilim Dalı öğretim görevlisi Dr. Erdal ŞEN e, İstatistiksel çözümlemelerde sağladığı destek ve görüşlerinden dolayı Hacettepe Üniversitesi Biyoistatistik Bölümü nden Arş. Gör. Erdal COŞKUN a, Sondaj çalışmalarının gerçekleştirilmesindeki yardımlarından dolayı Jeoloji Mühendisi Yunus KOKU ya ve Jeofizik Mühendisi Fatih ADİL e, Saha ve laboratuvar çalışmalarında her türlü yardım ve emeklerini esirgemeyen Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Mühendislik Jeolojisi Laboratuvarı teknisyenleri Ahmet BAY ve Özgür EROL a, Tez çalışmam boyunca ilgi ve manevi desteğini esirgemeyen, çalışmalarımla ilgili hemen her konuda yardım eden ve etmeye hazır olan değerli dostum ve çalışma arkadaşım Dr. Ayşegül TURGUT a, Son olarak tez çalışmam boyunca gösterdikleri maddi ve manevi her türlü destek ilgi ve tükenmeyen sabırlarından dolayı AİLEM e, TEŞEKKÜR EDERİM. vi

7 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... i ABSTRACT... iii TEŞEKKÜR... v İÇİNDEKİLER... vii SİMGELER VE KISALTMALAR... x 1. GİRİŞ Amaç ve Kapsam Önceki Çalışmalar Volkanik Zeminlerin Jeo-Mühendislik Özellikleriyle İlgili Uluslararası Literatürde Yer Alan Çalışmalar Isparta ve Yakın Civarındaki Volkanik Zeminlere İlişkin Çalışmalar Jeoloji- volkanoloji konulu çalışmalar Isparta kenti ve yakın civarındaki volkanik zeminlere ilişkin jeo-mühendislik çalışmaları Önceki Çalışmaların Sonuçlarının Genel Değerlendirmesi İNCELEME ALANININ TANITIMI VE İNCELENEN VOLKANİK ZEMİNİN JEOLOJİK ÖZELLİKLERİ İnceleme Alanının Konumu ve Yerleşim Jeolojik Konum ve İncelenen Volkanik Zeminin Jeolojik Özellikleri ARAZİ ÇALIŞMALARI VE KAROT ÖRNEKLERİNİN HAZIRLANMASI Blok Örneklerin Alınması Sondaj Çalışmaları Karot Örneklerinin Laboratuvarda Hazırlanması ve Karşılaşılan Güçlükler VOLKANİK ZEMİNİN MİNERALOJİK VE PETROGRAFİK ÖZELLİKLERİ İnce Kesit Çözümlemeleri vii

8 4.2. X-Işınları Kırınım Çözümlemeleri VOLKANİK ZEMİNİN İNDEKS VE JEOMEKANİK ÖZELLİKLERİ Volkanik Zeminin Fiziksel ve İndeks Özelliklerinin Tayini Volkanik Zeminin Dayanım ve Deformabilite Özellikleri İğne Batma İndeksi Tayinleri Çift Odometre Deney Yöntemiyle Volkanik Zeminin Çökme Potansiyelinin Tayini Volkanik Zeminin Makaslama Dayanımı Doğrudan Makaslama Deneyleri Volkanik Zeminin Makaslama Yenilmesi Davranışının Değerlendirilmesi Volkanik Zeminin Hidrolik İletkenlik Katsayısının Belirlenmesi VOLKANİK ZEMİNİN MİKROYAPISI VE BUNUN JEOMEKANİK ÖZELLİKLERE ETKİSİ Volkanik Zeminin İçerdiği Bağlayıcı Malzemenin İncelenmesi Çökme Davranışı ve Zeminin Mikroyapısı Arasındaki İlişkinin Değerlendirilmesi Volkanik Zeminin Makaslama Dayanımı ve Mikroyapısı Arasındaki İlişkinin Değerlendirilmesi VOLKANİK ZEMİNİN TEK EKSENLİ SIKIŞMA DAYANIMININ KESTİRİMİ İÇİN GÖRGÜL İLİŞKİLER Doygunluk Derecesi ve Su İçeriğinin Tek Eksenli Sıkışma Dayanımına Etkisi Tek Eksenli Sıkışma Dayanımının Fiziksel Parametrelerden Kestiriminin Araştırılması VOLKANİK ZEMİNİN KAZI ŞEVİ DURAYLILIĞI AÇISINDAN DEĞERLENDİRİLMESİ viii

9 8.1. Duraylılık Analzilerinde kullanılan Girdi Parametrelerinin Seçimi Şev Duraylılığı Analizleri İNCELENEN VOLKANİK ZEMİNİN BENZER VOLKANİK ZEMİNLERLE KARŞILAŞTIRILMASI SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ ix

10 SİMGELER VE KISALTMALAR Simgeler c a c d D E ort e e 0 F G s H h 1 h 2 I I c I e k L n p R 2 r ö r ö S r t V p Artık kohezyon Doruk kohezyon İğne batma deneyinde batma derinliği (mm) Ortalama modül Boşluk oranı Başlangıç boşluk oranı İğne batma deneyinde batma kuvveti (N) Özgül ağırlık Şev yüksekliği t 1 zamanında kaydedilen yük kaybı (m) t 2 zamanında kaydedilen yük kaybı (m) Çökme birim deformasyonu Çökme potansiyeli Çökme İndeksi Hidrolik iletkenlik katsayısı Örnek uzunluğu (m) Gözeneklilik Anlamlılık değeri Belirleme katsayısı Deney örneğinin kesit alanı (m 2 ) Darcy tüpünün kesit alanı (m 2 ) Doygunluk derecesi h 1 ve h 2 nin kaydedilmesi arasındaki zaman farkı (s) P-dalga hızı x

11 w a d d a d ud c n Su içeriği Şev açısı Makaslama birim deformasyonu Artık içsel sürtünme açısı Doruk içsel sürtünme açısı Doğal birim hacim ağırlık Kuru birim hacim ağırlık Doruk makaslama dayanımı Örselenmemiş örneğin makaslama dayanımı Makaslama gerilmesi Artık makaslama dayanımı Tek eksenli sıkışma dayanımı Normal gerilme dir. Kısaltmalar ANOVA EDS GK İBİ İBİ (1.7) İTO Ö.Y. TK SEM SPT VIF Tek Yönlü Varyans Analizi Enerji Dağılım Spektrometresi Güvenlik Katsayısı İğne Batma İndeksi 1.7 mm çapında iğne kullanılarak belirlenen iğne batma indeksi İnce Tane Oranı Örnekleme Yerleri Tüm Kayaç Taramalı Elektron Mikroskobu Standart Penetrasyon Deneyi Varyans Büyütme Faktörü xi

12 1. GİRİŞ 1.1. Amaç ve Kapsam Volkanoklastik çökeller, volkanik etkinlik sırasında genellikle katı halde yeryüzüne püskürtülen değişik tane büyüklüğündeki malzemeleri ve/veya katılaşmış lav akıntıları ve konsolide olmuş piroklastik molozların bozunma ve aşınma ürünlerini içermektedirler [1, 2]. Volkanik zeminler (volcanic soils) ise; volkanoklastik çökellerden itibaren çeşitli faktörlerle aşınıp depolanan, ya da doğrudan volkanik etkinlik sırasında püskürtülen malzemelerden oluşan çökellerdir. Bu tür zeminler; genellikle ince kum ve silt tane boyutunda malzemeden oluşan, düşük kuru birim hacim ağırlık ve yüksek gözenekliliğe sahip az pekişmiş çökellerdir. Bu malzemeler, mikro yapılarından kaynaklanan özellikleri nedeniyle, diğer zeminlerden daha farklı davranış gösterebilmektedirler [2, 3]. Volkanik zeminler, yumuşak ya da zayıf kaya olarak adlandırılan malzemelerin jeomekanik özelliklerinin anlaşılması açısından önemli zeminlerdir [4]. Bunun yanı sıra, bazı araştırmacılar [örneğin; 5, 6, 7, 8, 9], jeomekanik anlamda, volkanik zeminlerin ve/veya kalıntı volkanik zeminlerin diğer zeminlerden farklı davrandığını ve bu zeminlerin jeo-mühendislik özellikleri açısından yeterince araştırılmadıklarını vurgulamaktadırlar. Aynı araştırmacılar, bu tür zeminlerin mineralojik özelliklerinin, mikro yapılarının, fiziksel özelliklerinin, gerilme tarihçelerinin, taneler arasındaki bağların ve çimentolanma derecesinin zeminin jeomekanik özellikleri üzerindeki etkilerinin, diğer zeminlerin aksine, henüz yeterli düzeyde araştırılmadığını da belirtmektedirler. O Rourke ve Crespo [2], Ekvador Cumhuriyeti ve Kolombiya daki Canghau formasyonu içerisinde yer alan volkanik zeminleri incelemişler ve bu zeminlerin özellikle Amerika Kıtası nın orta ve güney bölgelerinde önemli düzeyde yayılım gösterdiklerini belirtmişlerdir. Bunun yanı sıra, volkanik ve/veya kalıntı volkanik zeminlere; İtalya, Filipinler, Japonya, Yeni Zelanda, Kanarya Adaları ve Şili gibi ülkelerde de yaygın olarak rastlanmaktadır [9, 10, 11, 12]. O Rourke ve Crespo [2], inceledikleri volkanik zeminlerin oldukça gözenekli bir yapıya sahip olduklarını ve volkan camının veya camın bozunması sonucu oluşan türevlerin bağlayıcı 1

13 malzeme olarak bulunduğunu belirlemişlerdir. Volkanik zeminlerde başlıca; şev duraysızlıkları, zeminin doygunluk derecesine bağlı olarak dayanım ve deformasyon özelliklerinin ani olarak değişim göstermesi ve iç yapı çökmesi gibi sorunlarla karşılaşılabilmektedir [2, 13]. Isparta kenti, büyük bir bölümü volkanik zeminlerle kaplı olan Isparta Ovası üzerinde yer almaktadır. Isparta il merkezindeki yapıların bir kısmı yukarıda tanımlanan volkanik zeminler üzerinde inşa edilmiştir. Isparta Ovası ndaki onlarca metre kalınlıktaki volkanik zeminler daha önceki çalışmalarda tümüyle alüvyon olarak haritalanmış ve buna bağlı olarak zeminle ilgili hidrojeoloji ve jeomühendislik çalışmalarında alüvyona ilişkin özellikler kullanılmıştır [14]. Çelik [15], Mutlutürk vd. [14] ve Mutlutürk ve Totiç [16], Isparta Ovası ndaki alüvyon zeminlerin yayılımının ve kalınlığının az olduğunu, çökellerin önemli bir kısmının zayıf tutturulmuş volkanik zeminlerden oluştuğunu belirtmişlerdir. Isparta kent merkezi volkanik zeminler üzerindedir ve hemen hemen tüm yapılaşma volkanik zeminler üzerinde yer almakta olup, yeni yapılaşmalar halen devam etmektedir. Isparta daki volkanik zeminlerin jeo-mühendislik özellikleri ile ilgili ilk çalışmalar Mutlutürk vd. [13], Mutlutürk ve Totiç [16] ve Totiç [17] tarafından yapılmış olup, oldukça sınırlı sayıdadır. Bununla birlikte, Isparta daki volkanik zeminlerden jeomekanik özelliklerin tayini için örselenmemiş örnek alımında güçlükler yaşandığından, bu zeminlerin jeomekanik özellikleriyle ilgili belirsizlikler giderilmemiştir. Yukarıdaki paragraflarda kısaca belirtilen ve Bölüm 1.2' de ayrıntısına değinilecek olan volkanik zeminlerle ilgili yapılmış jeo-mühendislik çalışmalarından da anlaşılacağı üzere, bu tür zeminlerin mühendislik açısından ele alındığı sınırlı sayıda çalışma ve veri mevcuttur. Bu durum, söz konusu zeminlerin jeomühendislik karakteristiklerinin ve neden olabilecekleri mühendislik sorunlarının daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunabilecek veriye ve çalışmalara gereksinim duyulduğuna işaret etmektedir. Bunun yanı sıra, Isparta kentinde yerleşim bir tür volkanik zemin olan birimler üzerinde gelişmektedir. Son yıllarda bu yerleşimde yüksek yapı sayısının giderek artması ve bu yapılar için nispeten daha derin kazıların yapılması gündeme gelmiştir. Bu gereksinime koşut olarak, bu zeminlerin jeo-mühendislik özelliklerinin tayini de önem taşımaktadır. Ancak, bu zeminlerin 2

14 jeo-mühendislik karakteristiklerinin yeterince araştırılmamış olması ve laboratuvar deneyleri için yapılan örnekleme işlemlerinde karşılaşılan güçlükler, bu özelliklerin daha pratik yöntemlerle belirlenerek mühendislik sorunlarının çözümünde ve tasarımında kullanılmasını gerekli kılmaktadır. Isparta nın güneyindeki Gölcük volkanoklastikleri, Gölcük Gölü merkez olmak üzere, Isparta Ovası nda geniş yayılım göstermektedirler [17, 18, 19, 20]. Totiç [17], Isparta Ovası ndaki volkanik zeminlerin üst seviyelerinin pomza ve andezit çakılları ile kum ve silt tane boyutundaki malzemeler içerdiklerini ve bu zeminlerin zayıf tutturulmuş olduklarını belirtmiştir. Bu seviyelerden T5 ve T6 simgeleriyle gösterilerek ayırtlanmış ve en üstte yer alan iki seviye homojen bir özelliğe sahip olup, özellikle kent yerleşim alanında yaygın şekilde temel zeminini oluşturmaktadırlar. Kent yerleşim alanındaki inşaat kazılarında yapılan gözlemlerde, her iki zemin seviyesinin toplam kalınlığının 8 m ye kadar ulaştığı belirlenmiştir. Kent yerleşiminin genellikle T5 ve T6 seviyeleri üzerinde olması, halen yeni yapılaşmaların yine bu seviyeler üzerinde devam etmesi ve bu seviyelerin tipik volkanik zemin özelliği taşıyor olması gibi nedenlerden dolayı bu iki seviye bu tez çalışmasının başlıca malzemesi olarak seçilmiştir. Totiç [17], T5 ve T6 volkanik zemin seviyelerini, arazi gözlemlerine dayanarak, iki farklı seviye olarak ayırmıştır. Araştırmacı, gözlemlerinde T5 in grimsi kahverengi ve andezit çakıllarına göre biraz daha fazla pomza çakılları içerdiğini, T6 nın ise kahverengimsi gri renkte olup, pomza çakıllarının andezit çakıllarından daha yoğun olarak bulunduğunu belirtmiştir. Ancak Totiç [17], çalışmasında zeminin içerdiği çakılların türünün belirlenmesi amacıyla petrografik bir inceleme yapmamış ve tane boyu analizlerinde de zeminin içerdiği çakılların pomza ya da andezit olduğuna ilişkin bir değerlendirmede bulunmamıştır. Araştırmacı yalnızca, arazi gözlemleri sonucunda sadece gözleme dayalı değerlendirmeler yaparak bu birimleri iki ayrı zemin seviyesi şeklinde tanımlamıştır. Bununla birlikte, Totiç [17] in yaptığı deneyler sonucunda, bu iki volkanik zeminin fiziksel ve indeks özellikleri ile örselenmemiş örneklere ait makaslama dayanımı parametreleri arasında çok küçük farklılıklar söz konusu olup, bu konuya ilişkin ayrıntılı bilgi Bölüm de verilmiştir. Bu çalışma kapsamında yapılan arazi gözlemlerinde söz konusu volkanik zemin seviyeleri arasında, belirgin olmamakla birlikte, sadece renk tonu 3

15 farklılığı olduğu gözlenmiştir. Bu nedenlerle, T5 ve T6 volkanik zemin seviyeleri bu tez çalışmasında volkanik zemin adı altında birlikte değerlendirilmiştir. Tüm bu hususlar gözetilerek bu tez çalışmasında; Isparta yerleşimindeki volkanik zeminlerin jeo-mühendislik özelliklerinin belirlenmesi, bu zeminlerin temel zemini olması açısından özellikle iç-yapı çökmesi ve makaslama yenilmesi davranışlarının araştırılması ve bu zeminden örselenmemiş örnek alımında önemli düzeyde güçlüklerle karşılaşılması nedeniyle basit deney yöntemlerinden belirlenen özellikler kullanılarak tek eksenli sıkışma dayanımının kestirimine yönelik görgül ilişkilerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçlar doğrultusunda, tez kapsamında aşağıda belirtilen çalışmalar gerçekleştirilmiştir: a) Arazi gözlemleri yapılarak Isparta kent yerleşimindeki volkanik zemin seviyesinin yayılımı ve sınırları belirlenmiştir. b) Kent merkezindeki toplam 5 farklı yerden jeomekanik amaçlı laboratuvar deneyleri için çok sayıda örselenmemiş blok örnekler alınmıştır. Kolaylıkla dağılabilen bir yapıya sahip olan bu volkanik zeminlerden örselenmemiş karot örneklerinin alınması amacıyla iki yerde sondaj yapılmıştır. Bunların yanı sıra, blok örneklerden laboratuvarda karot örneklerinin alınması amacıyla klasik karotiyerlerden farklı özelliklere sahip karot alıcılar tasarımlanmış ve bu karotiyerler de denenmiştir. c) Zeminin çökme potansiyelinin belirlenmesi amacıyla laboratuvarda çift odometre deneyleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar kullanılarak kritik düşey gerilmeler belirlenmiş ve volkanik zemin için çökme potansiyeli sınıflaması yapılmıştır. Bunun yanı sıra, basit regresyon analizleri yapılarak çökme potansiyeli (I c ) ile boşluk oranı (e), ince tane oranı (İTO) ve özgül ağırlık (G s ) arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Böylece, farklı normal gerilmeler altında belirlenen çökme potansiyeli (I c ) değerleri ile boşluk oranı (e) değerleri arasında doğrusal ilişkilerin olduğu belirlenmiştir. d) Jeomekanik laboratuvar deneyleri yapılarak volkanik zeminin jeomühendislik özellikleri araştırılmıştır. Bu kapsamda; volkanik zeminin tek 4

16 eksenli sıkışma ve makaslama dayanımı, iğne batma indeksi, gözeneklilik, P-dalga hızı, birim hacim ağırlık, doygunluk derecesi ve tane boyu dağılımı belirlenmiştir. e) Volkanik zeminin, düşük ve yüksek normal gerilmeler altındaki makaslama davranışı incelenmiş ve belirli normal gerilmelerden daha yüksek normal gerilmeler altında zeminin makaslama dayanım parametrelerinin azaldığı belirlenmiştir. Buna bağlı olarak, volkanik zemin için düşük ve yüksek normal gerilmeler altında çift doğrusal yenilme zarfları elde edilmiştir. f) Volkanik zeminin petrografik özellikleri ve mineralojik bileşimi X-ışınları kırınım analizleri ve ince kesit çalışmaları yapılarak belirlenmiştir. Bunun yanı sıra, içyapı çökmesi açısından zeminin mikro yapısı taramalı elektron mikroskobu (SEM) çözümlemeleriyle değerlendirilmiştir. Analizlerde, volkanik zemine ait örselenmemiş (doğal) ve farklı düşey gerilmeler altında çökmeye maruz kalmış (deney sonrası) örneklerin SEM görüntüleri alınarak karşılaştırılmıştır. Bununla birlikte, düşük ve yüksek normal gerilmeler altında doğrudan makaslama deneylerine tabi tutulmuş örnekler de deney sonrasında SEM de incelenmişlerdir. SEM çözümlemeleri kapsamında mikro-analizler de yapılarak, zeminin içerdiği bağlayıcı malzemenin kimyasal bileşimi ve türü belirlenmiştir. g) Basit, pratik ve uygulanabilir yöntemlerle belirlenen özelliklerden zeminin tek eksenli sıkışma dayanımının dolaylı yoldan kestirimine yönelik istatistiksel çözümlemeler yapılmıştır. Bu kapsamda; basit regresyon ve çok değişkenli doğrusal regresyon analizleri yapılarak volkanik zeminin tek eksenli sıkışma dayanımı ile iğne batma indeksi (İBİ), P-dalga hızı (V p ), gözeneklilik (n), su içeriği (w) ve doygunluk derecesi (S r ) arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. h) Isparta daki yapı temelleri için söz konusu volkanik zeminde yapılan kazıların kritik şev derinliğinin belirlenmesi amacıyla limit-denge analiz yöntemleri esas alınarak şev duraylılığı analizleri yapılmış ve farklı şev yükseklikleri için şev açısı ( ) ve güvenlik katsayısı (GK) grafikleri çizilmiştir. i) Bu çalışmada ve dünya genelinde incelenen bazı volkanik zeminlerin fiziksel, indeks ve jeomekanik özellikleri karşılaştırılmış ve söz konusu 5

17 zeminlerin benzerlikleri ya da farklılıkları konusunda değerlendirmeler yapılmıştır Önceki Çalışmalar Dünya genelinde volkanik zeminlerin jeo-mühendislik özellikleriyle ilgili çalışmalar oldukça sınırlıdır. Bu bölümde; başta dünya genelinde olmak üzere, volkanik ve kalıntı volkanik zeminlerin jeo-mühendislik özelliklerinin belirlenmesine ve bunlarla ilgili mühendislik sorunlarının değerlendirilmesine yönelik amaçlarla yapılmış çalışmalar ile Isparta ve yakın çevresindeki volkanik zeminlerin jeolojik ve jeoteknik açıdan incelendiği çalışmalar ana hatlarıyla sunulmuştur Volkanik Zeminlerin Jeo-Mühendislik Özellikleriyle İlgili Uluslararası Literatürde Yer Alan Çalışmalar O Rourke ve Crespo [2], Güney Amerika daki And Dağları civarında Canghau formasyonu olarak adlandırılan formasyon içindeki az pekişmiş ve büyük oranda ince kum ve silt tane boyutundaki malzemeden oluşan volkanik zeminleri jeoteknik açıdan incelemişlerdir. Bu araştırmacıların incelediği zeminler, Isparta Ovası nda gözlenen ve bu tezin malzemesi olarak seçilen az pekişmiş volkanik zeminlerle yapı, mikroyapı (tane bağlayıcı malzeme ilişkisi ve bağlayıcı malzemenin türü) ve düşük tek eksenli sıkışma dayanımına sahip olmaları açısından benzerlik göstermektedirler. O Rourke ve Crespo [2], bağlayıcı malzemenin (matriks ve/veya çimento malzemesi) türünün, miktarının ve bağlayıcı malzemenin dayanım özelliklerinin zeminin jeomekanik özelliklerini doğrudan etkilediğini belirlemişlerdir. Ayrıca, tanelerin birbirleriyle ve bağlayıcı malzemeyle olan dokanaklarının durumunun da belirlenmesi gerektiğini vurgulamışlardır. O Rourke ve Crespo [2], zeminin mikro yapısını ince kesit incelemeleri ve SEM çözümlemeleri yaparak araştırmışlardır. Volkanik zemin örneklerini düşük viskoziteye sahip reçineye doyurduktan sonra ince kesit örnekleri hazırlayan araştırmacılar, ince kesit incelemelerinde örneklerin ana mineral olarak plajiyoklaz ve hornblend, az miktarda da ojit ve hipersten içerdiklerini gözlemlemişlerdir. Ayrıca, tanelerin birbirleriyle dokanaklarının 6

18 olmadığını, çoğunlukla bağlayıcı malzeme içinde gömülü halde bulunduklarını ifade etmişlerdir. Bu durumun, bağlayıcı malzemenin zeminin dayanımını kontrol eden faktör olduğuna işaret eden bu araştırmacılar, zeminin gözenekli bir yapıya sahip olduğunu ve içerdiği tanelerin volkan camı ile volkan camının parçalanması sonucu oluşan bağlayıcı malzeme ile tutturulduğunu gözlemlemişlerdir. O Rourke ve Crespo [2], özel olarak yaptırılmış bıçaklar, kesici malzemeler ve yeniden tasarımlanmış el burguları kullanarak örselenmemiş blok örnekler almışlar ve bu bloklardan silindirik karot örnekleri hazırlamışlardır. Karot örneklerinin hazırlanması amacıyla, dönen bir tablanın üstünde bulunan ve yüksek hızda çalışabilen küçük boyutlu bir matkap ve bu matkaba monte edilmiş özel olarak yaptırılmış kesici bıçaklar kullanmışlardır. O Rourke ve Crespo [2] yayınlarında, karot almak için kullandıkları gereçlerin ayrıntısına ilişkin herhangi bir bilgi ve karot alma düzeneğini gösteren bir fotoğraf vermemişlerdir. Anlaşıldığı kadarıyla, araştırmacılar karot almak için klasik yöntemlerin ve gereçlerin dışında bazı yöntem ve düzenekler kullanmışlardır. O Rourke ve Crespo [2], inceledikleri volkanik zeminin düşük birim hacim ağırlığa (11-14 kn/m 3 ), yüksek gözenekliliğe (%40 - %50) ve en önemlisi diğer zeminlerin çekilme dayanımlarından daha yüksek çekilme dayanımına sahip olduklarını belirlemişlerdir. Araştırmacıların inceledikleri volkanik zemin; %60-65 ince kum, %20-30 silt ve %10-15 arasında değişen oranlarda kil tane boyu malzeme içermektedir. Araştırmacılar, zeminin indeks ve fiziksel özelliklerinin dar bir aralıkta, tek eksenli sıkışma dayanımının 314 ile 694 kpa ve Brazilian çekilme dayanımının ise 55 ile 255 kpa arasında değişim gösterdiğini belirlemişlerdir. Tek eksenli sıkışma dayanımının orta derecede çimentolanmış kumların tek eksenli sıkışma dayanımına yakın olduğunu ve kırılgan davranış gösterdiğini ifade etmişlerdir. O Rourke ve Crespo [2], inceledikleri volkanik zeminin tek eksenli sıkışma/çekilme dayanımı oranının 3.5 ile 5.5 arasında değişim gösterdiğini ve bu oranın Clough vd. [21] ve Ingraffea vd. [22] tarafından kayaçlar ve pekişmiş toprak zeminler için belirlenen oranlardan daha düşük olduğunu belirtmişlerdir. Üç eksenli sıkışma dayanımı deneyleri sonucunda, doruk kohezyonun (c) 111 kpa ile 210 kpa, doruk içsel sürtünme açısının( ) ise 39 0 ile 40 0 arasında değiştiği belirleyen 7

19 araştırmacılar, volkanik zeminin düşük çevre basınçları altında kırılgan, yüksek çevre basınçlarında ise sünümlü davranış gösterdiğini gözlemlemişlerdir. O Rourke ve Crespo [2], çalıştıkları volkanik zemin için tek eksenli sıkışma ve Brazilian çekilme dayanımı ile doygunluk derecesi arasındaki ilişkileri de incelemişlerdir. Hangi doygunluk derecesinde olursa olsun, boşluk oranı yüksek olan örneklerin her zaman daha düşük tek eksenli sıkışma ve çekilme dayanımına sahip olduğunu belirtmişlerdir. Araştırmacılar, doğal su içeriğindeyken doygunluğu %40 ile %60 arasında değişen örneklerde tek eksenli sıkışma ve çekilme dayanımının en yüksek değerlere ulaştığını, daha yüksek doygunluk değerlerinde ise her iki dayanımın da azalmaya başladığını saptamışlardır (Şekil 1.1a-b). Düşük boşluk oranına sahip örneklerde doygunluk derecesi %40 dan %90 a yükselirken, çekilme dayanımının 200 kpa dan 50 kpa a kadar düştüğünü belirtmişlerdir (Şekil 1.1b). Araştırmacılar; doygunluk derecesinin artmasına koşut olarak dayanımın ani bir şekilde azalmasını, zeminin içerdiği kilin ve bağlayıcı malzemenin suyun etkisiyle yumuşamasına ve buna bağlı olarak taneler arası bağların kopmasıyla ilişkilendirmişlerdir. Mikroyapı ile dayanım arasındaki ilişkiyi değerlendiren araştırmacılar, zeminin dayanımını etkileyen en önemli unsurun çimento malzemesi (ya da bağlayıcı malzeme) olduğunu belirtmişlerdir. Şekil 1.1b de görüldüğü gibi, boşluk oranı 0.76 olan örneklerin doygunluk değerleri %20 den %50 ye yükselirken, çekilme dayanımları 150 kpa dan 250 kpa a kadar yükselmiştir. Yine Şekil 1.1b deki grafikte, düşük boşluk oranına sahip (e=0.76) örneklerdeki kadar belirgin olmamakla birlikte, boşluk oranı e=1.03 olan örneklerin doygunluklarının artmasına koşut olarak çekilme dayanımında da bir artış söz konusudur. Doygunluk derecesi ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasındaki ilişkiyi gösteren grafik incelendiğinde (Şekil 1.1a) ise, yine çok belirgin olmamakla birlikte yaklaşık %50 doygunluk derecesine kadar tek eksenli sıkışma dayanımı artış göstermektedir. Yaklaşık olarak, %25 doygunluk derecesinden daha düşük doygunluklarda eğrilerin nasıl olacağı (ya da değişeceği) merak konusudur. O Rourke ve Crespo [2] yayınlarında, doygunluk derecesinin artmasına koşut olarak çekilme dayanımı ya da tek eksenli sıkışma dayanımının artması konusunda herhangi bir değerlendirme yapmamışlardır. 8

20 (a) (b) Şekil 1.1. O Rourke ve Crespo [2] tarafından incelenen zeminin doygunluk derecesi değerlerine karşılık (a) tek eksenli sıkışma dayanımının ve (b) çekilme dayanımının değişimi. Bu tür zayıf bağlayıcı malzeme içeren volkanik zeminlerden deneylere uygun örnek hazırlanabilmesi durumunda, düşük doygunluk derecesinden tam doygun değerlere kadar geniş bir aralıktaki doygunluk derecesine sahip örneklerin dayanımlarının belirlenmesi önem kazanmaktadır. Bu sayede, su içeriği ve/veya doygunluk derecesinin zeminin dayanımına etkisinin tam olarak ortaya konulması söz konusudur. O Rourke ve Crespo [2], volkanoklastik çökellerde tipik olarak kırık ilerlemesi sonucu şev yüzeyine paralel konumlu yenilme yüzeylerinin oluştuğunu ve topuğun oyulması sonucu şevin üst kesiminde asılı kalan bloğun duraysız hale gelerek düştüğünü belirtmişlerdir. Bu araştırmacılar tarafından şevler için önerilen tipik duraysızlık türü şematik olarak Şekil 1.2 de verilmiştir. Araştırmacılar, inceledikleri zemindeki şev duraysızlıklarının, klasik şev duraylılığı analizlerindeki yenilme modellerinde olduğu gibi makaslama yenilmesi nedeniyle gelişmediğini belirtmişlerdir. O Rourke ve Crespo [2], Japonya daki volkanoklastik zeminleri inceleyen Yamanouchi vd. [23] ve Kaliforniya daki pekişmiş kumları inceleyen 9

21 Clapperton ve MacEwan [24] ın çalışmalarını örnek vererek, söz konusu çalışmalarda da benzer şev duraysızlığı mekanizmasının geliştiğine değinmişlerdir. Bu duraysızlık mekanizmasının gelişmesini şev ya da doğal yamaç yüksekliklerinin çok fazla olmasıyla ve ortamda büyük hacimlerde malzemenin bulunmasıyla ilişkilendirmişlerdir. O Rourke ve Crespo [2], aynı zeminde yapılan araştırmaları [25, 26] kaynak göstererek, depremlerin yarattığı dinamik yükler altında dahi söz konusu zeminlerde makaslama yenilmesi gelişmediğini belirtmişlerdir. Şekil 1.2. O Rourke ve Crespo [2] tarafından incelenen Cangahua formasyonu içindeki volkanik zeminlerle ilgili tipik şev duraysızlığı aşamaları: (a) topuğun oyulması, (b) dökülmeler ve kırık ilerlemesi ve (c) blok düşmesi. Hürlimann vd. [9], Kanarya Adaları ndaki Tenerife kalıntı (rezidüel) volkanik zeminlerinin jeo-mühendislik özelliklerini ve bu zeminler içinde meydana gelen büyük ölçekli heyelanların gelişim mekanizmalarını incelemişlerdir. Araştırmacılar, volkanik kayaçların yerinde bozunması sonucunda kalıntı volkanik zeminlerin oluştuğunu ve bu tür zeminlerin paleotoprak olarak da adlandırıldığını belirtmişlerdir. Hürlimann vd. [9], Tenerife deki kalıntı volkanik zeminlerin bölgede yayılım gösteren en zayıf zeminler olduğunu ifade etmişler, ayrıca jeomekanik açıdan kalıntı volkanik zeminlerin diğer zeminlerden farklı davranış segilediklerini ve ayrıntılı olarak incelenmeleri gerektiğini belirtmişlerdir. 10

22 Kalıntı volkanik zeminlerin en önemli ve ayırt edici özelliği; farklı jeolojik süreçlerin etkisiyle iki kez çimentolanmaya uğramalarıdır [9]. Tenerife deki kalıntı volkanik zeminlerde çimentolanma ya da bağlayıcı malzemeyle tanelerin birbirlerine tutturulması süreci ilk aşamada sıcak piroklastik malzemenin soğuyarak taşlaşması ile gerçekleşmiştir. İkinci aşamada, bu piroklastik çökellerin üzerini kaplayan lav akıntıları nedeniyle ısıl alterasyona uğrayan zemin ikinci kez çimentolanmıştır [9]. Zayıf çimentolanmış (az pekişmiş) zeminler, taneler arasındaki bağlar tahrip olacak kadar yüklendiklerinde, dayanım azalmakta ve zeminin yapısı geri dönemeyecek şekilde bozularak değişime uğramaktadır [39]. Bu tez çalışmasında incelenen volkanik zemin, zayıf bağlayıcı malzeme ile tutturulmuş olması ve volkanik etkinlik sırasında açığa çıkan piroklastikleri içermesi açısından, Hürlimann vd. [9] nin incelediği zeminlerle benzerlik göstermektedir. Ancak, Hürlimann vd. [9] nin araştırdığı zeminler ısıl alterasyona uğrayarak ikinci kez çimentolanma süreci geçirmişken, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminde böyle bir süreç gelişmemiştir. Hürlimann vd. [9] tarafından incelenen kalıntı volkanik zeminler, ağırlıklı olarak, silt ve kum tane boyutundaki malzemeden oluşmakta ve az miktarda çakıl ile %5 den daha az oranlarda kil içermektedirler (Şekil 1.3). Zeminin ortalama kuru ve doğal birim hacim ağırlıkları sırasıyla, 12 kn/m 3 ve 15 kn/m 3 olup, gözeneklilikleri %54 ile %60, boşluk oranları ise 1.2 ile 1.6 arasında değişim göstermektedir. Hürlimann vd. [9] ve O Rourke ve Crespo [2] nun inceledikleri volkanik zeminler, fiziksel özellikler açısından karşılaştırıldığında; her iki volkanik zeminin de ağılıklı olarak kum ve silt tane boyu malzemeden oluştuğu, düşük birim hacim ağırlığa ve yüksek gözenekliliğe sahip oldukları anlaşılmaktadır. Hürlimann vd. [9], dayanım ve konsolidasyon karakteristiklerinin taneler arasındaki bağ yapısının bozulmamış halinde ve kopması durumunda nasıl bir değişim göstereceğini belirlemek amacıyla, üzerinde doğrudan makaslama deneyi yapılmış olan örneğin deney sonrasındaki mikro yapısını SEM tekniğiyle görüntülemişlerdir. Doğal (örselenmemiş) haldeki zemin örneklerinin SEM görüntüleri Şekil 1.4a-c de verilmiştir. Söz konusu görüntülerde taneler arasında bağlayıcı malzeme bulunmakta, ya da taneler doğrudan birbirleriyle temas halindedirler. Şekil 1.4a da 11

23 verilen SEM görüntüsünde taneler arasındaki bağların sağlam (intact) olduğu ve genellikle yuvarlak tanelerin açık mikro-yapı oluşturacak şekilde birleştikleri görülmektedir. Şekil 1.4b de iki tanenin birbiriyle yaptığı homojen ve Şekil 1.4c de taneler arasında köprü tipi bağların olduğu heterojen bir dokanak söz konusudur. Şekil 1.4d de ise, yüksek makaslama gerilmelerine maruz kalmış zeminde taneler arasındaki dokanağın tahrip olduğu gözlenmektedir. Hürlimann vd. [9], düşük ve yüksek normal gerilmeler altında doğrudan makaslama deneyleri yapmışlardır. Araştırmacılar, makaslama deneylerini 600 kpa a ve kpa a kadar olan normal gerilmeler altında olmak üzere iki aşamada gerçekleştirmişlerdir. Hürlimann vd. [9], zeminin içerdiği bağlayıcı malzemenin dayanımını bağ dayanımı (bond strength) olarak tanımlamışlardır. Araştırmacılar, bağ dayanımının etkisini araştırmak amacıyla makaslama deneylerini hem örselenmemiş, hem de örselenerek sıkıştırılmış örnekler üzerinde yapmışlar ve tüm örneklere ait deney sonuçlarını tek bir grafik üzerinde göstererek karşılaştırmışlardır (Şekil 1.5). Araştırmacılar, düşük normal gerilmeler altında örselenmemiş olan örneklerin, örselenerek sıkıştırılan örneklerden daha yüksek doruk ve artık makaslama dayanımına sahip olduklarını belirtmişlerdir (bkz. 1.5). Buna karşın, yüksek normal gerilmelerde yapılan makaslama deneylerinde örselenmemiş ve sıkıştırılmış örneklerin doruk ve artık makaslama dayanımlarının çok yakın olduğunu belirlemişlerdir (bkz. Şekil 1.5). Araştırmacılar, yüksek normal gerilmelerde her iki tür örnekte dayanım farkının düşük olmasının nedenini, örselenmemiş örnekteki bağ dayanımı ile ilişkilendirmişlerdir. Yüksek normal gerilmeler altındaki örselenmemiş örnekte taneler arasındaki bağların (bağlayıcı malzemenin) tahrip olmasından dolayı, bu örneklerin sıkıştırılmasıyla hazırlanmış örnekler için belirlenen değerlere yakın makaslama dayanımı değerleri elde edildiği belirtilmektedir. 12

24 Şekil 1.3. Hürlimann vd. [9] tarafından incelenen Tenerife deki kalıntı volkanik zeminlerin tane boyu dağılımı eğrileri. Şekil 1.4. Hürlimann vd. [9] tarafından incelenen kalıntı volkanik zeminin mikroyapısını gösteren SEM görüntüleri: (a) örselenmemiş zemindeki açık mikroyapı, (b) örselenmemiş zemindeki taneler arası bağ yapısı ve homojen dokanak (c) örselenmemiş zemindeki köprü tipi bağ ve heterojen dokanak, (d) makaslama gerilmelerine maruz kalmış zemindeki tahrip olmuş bir dokanak. 13

25 Hürlimann vd. [9], örselenmemiş örnekler üzerinde düşük ve yüksek normal gerilmeler altında gerçekleştirdikleri iki farklı doğrudan makaslama deney sonucunu aynı Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiğinde birleştirerek değerlendirmişlerdir. Araştırmacılar Şekil 1.6 da görüldüğü gibi, 600 kpa ve kpa lık normal gerilmelere kadar olmak üzere, iki adet Mohr-Coulomb yenilme zarfı (çift doğrusal yenilme zarfı) elde etmişlerdir. Düşük normal gerilmelerde içsel sürtünme açısı 45 0 iken, yüksek normal gerilmelerde içsel sürtünme açısının 30 0 ye düştüğünü belirtmişlerdir. Bu araştırmacılar, aynı zeminde farklı düşey yükler altında farklı yenilme zarflarının elde edilmesini, yüksek normal gerilmeler altında zemindeki bağ dayanımının azalması ya da tahrip olmasıyla ilişkilendirmişlerdir. Hürlimann vd. [9], volkanik çökellerin bulunduğu alanlardaki büyük ölçekli heyelanlarda yenilme yüzeylerinin genellikle kalıntı volkanik zeminler içinde oluştuğunu ve yüksek örtü yükü gerilmeleri altında bu zeminlerin dayanımlarını önemli ölçüde yitirdiklerini ifade etmişlerdir. Bu araştırmacılarca, Tenerife deki kalıntı volkanik zeminin içsel sürtünme açısının sığ derinliklerde 45 0 olduğunu, örtü yükü gerilmesinin kalıntı volkanik zeminin bağ dayanımını aştığı daha derin yerlerde ise, sürtünme açısının 30 0 ye düştüğü ifade edilmektedir. O Rourke ve Crespo [2] ve Hürlimann vd. [9], volkanik malzemelerden oluşan şevlerin genel olarak duraylı olduklarını, ancak şevlerin aşırı dış yüklemelere maruz kalması durumunda şev duraysızlıklarının gelişebildiğine değinmişlerdir. Orense vd. [11], Unzen (Japonya) ve Pinatubo (Filipinler) daki güncel volkanik etkinlikler sonucu biriken, çok az konsolide olmuş ve henüz çimentolanmamış durumdaki volkanik zeminlerin jeoteknik özelliklerini araştırmışlardır. Araştırmacılar, güncel volkanik çökellerin indeks ve fiziksel özelliklerini, geçirimlilik ve kompaksiyon karakteristiklerini ve drenajlı koşullar altında dayanım ve deformasyon davranışlarını belirlemişlerdir. Araştırmacılar ayrıca, volkanik zeminin dinamik özelliklerini ve sıvılaşma davranışını da incelemişlerdir. Orense vd. [11], zeminin jeoteknik özelliklerinin örnek alınan lokasyona göre değişim gösterdiğini belirlemişlerdir. 14

26 Şekil 1.5. Hürlimann vd. [9] tarafından incelenen kalıntı volkanik zeminlere ait / n birim deformasyon grafiği. Şekil 1.6. Hürlimann vd. [9] tarafından incelenen kalıntı volkanik zeminlerin Normal gerilme Makaslama gerilmesi grafiği. 15

27 Orense vd. [11], volkanın akış yukarı ve akış aşağı yamaçlarındaki volkanik zeminin jeo-mühendislik özelliklerin aynı olmadığını, akış yukarı bölgelerde sıkışabilirliğin yüksek, oturma miktarının fazla ve tekrarlı yükleme altındaki dayanımının daha düşük; akış aşağı kesimdeki zeminlerde ise sıvılaşma potansiyelinin daha yüksek olduğunu belirtmişlerdir. Orense vd. [11], genç volkanik zeminlerin yol, dolgu, baraj vb. mühendislik uygulamalarında yapı malzemesi olarak kullanıldığında sorun yaratabileceklerini ve jeoteknik özelliklerinin ayrıntılı olarak belirlenmesi gerektiğini vurgulamışlardır. Cecconi ve Viggiani [3], Colli Albani (İtalya) deki volkanik çökellerden biri olan ve Pozzolana Nera olarak adlandırılmış iri taneli zayıf piroklastik bir kayacın mikroyapısal özelliklerini ve mekanik davranışını incelemişlerdir. Pozzolana Nera, çok yüksek sıcaklıklardaki piroklastik akıntıların yerçekiminin etkisiyle hareket etmesi ve değişen kalınlıklarda katmanlar halinde çökelmesiyle oluşmuştur (Şekil 1.7). Bu çökeller; tane şekli, zayıf bağlayıcı malzeme içermesi, çimentolanma derecesi ve depolanma şekli açısından bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminlerle benzer özellikler taşımaktadırlar. Cecconi ve Viggiani [3], belirgin bir yapıya sahip olmayan (de-structured) zeminlerin çimentolanma ve aşırı konsolidasyon gibi jeolojik süreçlerin etkisiyle, sıkılığının ve dayanımının artarak yapılı sert zeminlere ( structured hard soil) ve zayıf kayalara dönüştüğünü belirtmişlerdir. Ayrıca, yapılı sert zeminlerin ve zayıf kayaların ana kayacın fiziksel ve kimyasal bozunması sonucunda da oluşabileceğini ifade etmişlerdir. Araştırmacılar, bu tür zeminlerdeki yapı kavramının taneler arasındaki bağlarla ilişkili olduğunu ve çimentolanma ile birlikte zeminin yapılı bir hale dönüştüğünü belirtmektedirler. Söz konusu zeminlerin düşük çevre basınçları altında kaya gibi sıkı ve kırılgan, yüksek çevre basınçları altında ise toprak zemin gibi daha zayıf ve sünümlü davranış gösterdiğini belirlemişlerdir. Araştırmacılar, zeminin kaya gibi davranmasında başlangıç boşluk oranı, gerilme durumu ve gerilme tarihçesinden daha çok bağ dayanımının (bond strength) etkili olduğunu ifade etmişlerdir. Cecconi ve Viggiani [3], yapılı sert zemin olarak tanımladıkları farklı doygunluktaki Pozzolana Nera örneklerinin tek eksenli sıkışma dayanımının 1.3 ile 2 MPa arasında değiştiğini ve bu çökellerin toprak zemin ile kaya arasında geçiş türünde bir zemin olduğuna dikkat çekmişlerdir. 16

28 Cecconi ve Viggiani [3], volkanik zeminin kuru ve doğal birim hacim ağırlıklarının sırasıyla ve kn/m 3, gözenekliliğinin ise ortalama %45 olduğunu belirlemişlerdir. Şekil 1.7. Cattoni vd. [12], Cecconi ve Viggiani [3] ve Cecconi vd. [27] tarafından incelenen Colli Albani (İtalya) deki Pozzolana Nera ve Pozzolanelle volkanik çökellerinden bir görüntü (Cecconi vd. [27] nden). Cecconi ve Viggiani [3], Pozzolana Nera örneklerinin mikro yapısal özelliklerini, X- ışınları kırınımı, optik ve taramalı elektron mikroskop (SEM) analizlerini yaparak incelemişlerdir. Optik mikroskopla yapılan ince kesit incelemelerinde, cüruf özelliğindeki bağlayıcı malzemenin içinde lösit, piroksen, biyotit mineralleri ile kayaç parçalarının bulunduğunu belirtmişlerdir. SEM çözümlemelerinde ise, yarı köşeli ve farklı büyüklükteki tanelerin birbirleriyle köprü tipi dokanaklar ile bağlanmış olduğunu gözlemlemişlerdir. Cecconi ve Viggiani [3], örnekler üzerinde belirli noktalarda yapılan mikro-analizler sonucunda tane ve bağlayıcı malzemenin aynı kimyasal bileşime sahip olduğunu ve örneklerin kalsit ve silikat gibi çimentolanma ürünlerini içermediklerini belirlemişlerdir. Cecconi ve Viggiani [3] inceledikleri piroklastik akıntı çökellerinin; zayıf pekişmiş iri taneli bir zemin olduğunu ve kendilerine özgü bir mikro yapıya sahip olmalarından dolayı örnek hazırlama ve deneylerin yapılmasında güçlüklerle karşılaşıldığını 17

29 ifade etmişlerdir. Araştırmacılar, blok örneklerin doygunluk derecesi değerlerini yaklaşık %70 e kadar yükselttikten sonra C de dondurmuşlar ve donmuş blok örneklerden karotiyer kullanarak karot örnekleri almışlardır. Örselenmemiş (doğal) ve yeniden hazırlayıp sıkıştırdıkları örnekler üzerinde odometre ve üç eksenli sıkışma deneyleri yapan bu araştırmacılar, zeminin sıkışabilirliğinin taneler arası bağların kopması ve/veya tanelerin parçalanmasından önemli düzeyde etkilendiğini belirlemişlerdir. Cecconi ve Viggiani [3], doğal örnekler üzerinde gerçekleştirdikleri üç eksenli sıkışma deneylerinde, düşük çevre basınçları uygulandığında, düşük makaslama birim deformasyonlarında belirgin doruk makaslama dayanımı değerlerine ulaşıldığını ve önemli miktarda hacimsel genişleme olduğunu gözlemlemişlerdir. Yüksek çevre basınçları altında ise, zeminin sünümlü davranış gösterdiğini ve deney sırasında hacimsel olarak küçüldüğünü belirlemişlerdir. Cattoni vd. [12], Cecconi ve Viggiani [3] nin de incelediği Pozzolana Nera volkanik zemininin yarı doygun koşullar altındaki hidrolik ve jeomekanik özelliklerini araştırmışlar ve bu amaçla üç eksenli deney düzeneğini modifiye etmişlerdir. Araştırmacılar, üç eksenli sıkışma deneylerini yarı doygun koşullar altında üç aşamada gerçekleştirmişlerdir. İlk aşamada, sabit hücre basıncı altında emmeyi (suction) arttıran araştırmacılar, ikinci aşamada sabit emme altında izotropik sıkışma uygulamışlar ve son aşamada sabit hücre basıncı ve emme altındaki örneği drenajlı makaslamaya tabi tutmuşlardır. Araştırmacılar, malzemenin göreceli olarak düşük çevre basınçları altındaki yenilme davranışını ve doygunluk derecesinin yenilme davranışına olan etkisini ayrıntılı olarak araştırmışlardır. Deneyleri hem örselenmemiş, hem de sıkıştırılarak hazırlanmış örnekler üzerinde yapan Cattoni vd. [12], doruk içsel sürtünme açısının zeminin su emmesinden bağımsız olduğunu, kohezyonun ise su emme arttıkça artış gösterdiğini belirlemişlerdir. Az sayıda örselenmemiş örnek üzerinde deney yapan araştırmacılar, örselenmemiş ve sıkıştırılmış zeminin deney sonu koşullarında (doruk dayanım aşıldıktan sonraki dayanım) doygunluktan bağımsız olarak aynı makaslama dayanımına sahip olduğunu saptamışlardır. Cecconi vd. [27], Colli Albani (İtalya) deki volkanik çökellerden Pozzolana Nera, Pozzolanelle ve Giallo konglomerası olmak üzere 3 farklı volkanik birimin 18

30 jeomekanik özelliklerini incelemişlerdir (bkz. Şekil 1.7). Pozzolana Nera ile ilgili sonuçların ve değerlendirmelerin, Cattoni vd. [12] ve Cecconi ve Viggiani [3] nin yayınlarında verilen sonuçlarla aynı ya da benzer olduğu görülmüştür. Giallo konglomerası olarak adlandırılmış olan birim ise, bu tez çalışmasındaki volkanik zeminden oldukça farklı özelliklere sahiptir. Bu nedenlerle, Cecconi vd. [27] nin incelediği bu üç birimden yalnızca Pozzolanelle olarak adlandırılan volkanik zemine ilişkin bilgiler aşağıda özetlenerek verilmiştir. Pozolanelle, %90 dan daha büyük oranlarda volkanik malzeme içermekte ve bu volkanik malzemenin %60 ını matriks (bağlayıcı malzeme), %30 unu ise taneler oluşturmaktadır. Zemin içindeki taneler cüruf, pomza ve minerallerdir. Pozzolanelle masif ve homojen bir volkanik çökel olup, bu zeminin gözenekliliği %64 olarak belirlenmiştir. Cecconi vd. [27], SEM çözümlemelerinde cüruf özelliği taşıyan bağlayıcı malzemenin tanelerin üzerini kapladığını gözlemlemişlerdir. Araştırmacılar, zeminin kuru ve doğal birim hacim ağırlıklarını sırasıyla, 9.93 ve kn/m 3 olarak belirlemişlerdir. Cecconi vd. [27] hem kuru, hem de doygun durumdaki örselenmemiş örnekler üzerinde doğrudan makaslama deneyleri yapmışlardır. Araştırmacılar, kuru örneklerin makaslama dayanımının doygun örneklerin makaslama dayanımından daha yüksek olduğunu belirlemişlerdir. Ayrıca, kuru örneklerin kırılgan, nemli örneklerin ise daha sünümlü bir davranış sergilediklerini de ifade etmişlerdir. Cecconi vd. [27], kuru örneklerin doruk kohezyonunun (c=266 kpa) nemli örneklerin doruk kohezyonundan (c=80 kpa) çok daha yüksek olduğunu belirtmişlerdir (Şekil 1.8). 19

31 Şekil 1.8. Kuru ve doygun Pozzolanelle örneklerinin doğrusal yenilme zarfları [27] Isparta ve Yakın Civarındaki Volkanik Zeminlere İlişkin Çalışmalar Jeoloji- volkanoloji konulu çalışmalar Gölcük (Isparta) volkanoklastiklerinin sedimanter özelliklerini ve depolanma mekanizmalarını araştıran Kazancı ve Karaman [28], Gölcük volkanizmasının sığ derinlikte gerçekleştiğini ve püsküren volkanoklastik malzemenin karasal ortamda depolandığını belirtmişlerdir. Araştırmacılar, Gölcük volkanizmasının iki evrede gerçekleştiğini ve Üst Pliyosen e kadar devam ettiğini öne sürmektedirler. Her iki evrede gelişen volkanoklastik istifleri inceleyen Kazancı ve Karaman [28], alt volkanik istifte bulunan tüflerin yatay tabakalanma gösterdiğini, üst volkanik istifin ise kalınlığının az, ancak yanal yayılımının fazla olduğunu belirtmişlerdir. Araştırmacılar, volkanik istifin üst kısmında farklı türde volkanik malzemeler bulunduğunu ve bu çeşitliliğin volkanik çökellerin depolanma mekanizmalarının anlaşılması açısından önemli olduğunu vurgulamışlardır. Bu volkanik malzemeler merkezden başlayarak kuzeye doğru birbirleriyle yanal geçişli olarak sıralanmaktadırlar. Volkana yakın kesimlerde piroklastik döküntü ve köpük (sourge) halinde akarak pekişmiş olan çökellerin, volkandan uzaklaştıkça kuzeye 20

32 doğru piroklastik akıntı ürünleri ve akarsu denetimli çökellere geçişi söz konusudur. Araştırmacılar ayrıca, Gölcük volkaniklerindeki aşırı miktardaki pomzanın varlığını, volkanın yoğun olarak gaz ve su buharı içermesiyle ilişkilendirmişlerdir. Karaman [29], Gölcük volkanizmasına bağlı olarak oluşan kaya ve zeminlerin, alt ve üst volkanik evreler olmak üzere, iki ayrı volkanik evrede meydana geldiğini öne sürmüştür. Alt volkanik evrede çevreye andezitik-trakitik lavlar yayılmış olup, üst volkanik evrede ise tüf, tüfit ve pomza gibi volkanoklastik malzemeler çökelmiştir. Karaman [29] a göre tüf birimleri içerisinde gözlenen kırmızı toprak oluşumları, volkanik etkinliğin bazı evrelerde durakladığının veya püskürmenin zaman zaman yavaşladığının göstergesidir. Araştırmacı, kraterin yakınında yüzeyleyen andezitler üzerinde yapılan yaş tayinleri sonuçlarına göre, volkanizmanın yaşının yaklaşık 4 ile 4.6 milyon yıl arasında değiştiğini belirtmiştir. Özgür vd. [30], Gölcük ve çevresinin, Batı Toroslar daki Mesozoyik paleoriftine bağlı olarak, post-tektonik Pliyosen volkanik alanı temsil ettiğini belirtmektedirler. Bölgenin sedimanter ve volkanik kayaçlardan oluştuğunu, alkalin karakterdeki volkanik kayaçların üç ayrı evrede meydana geldiğini, birinci evrede tefrifonolit, ikinci evrede piroklastik serilerin, üçüncü evrede ise trakit ve trakiandezitlerin bulunduğunu öne sürmektedirler. Araştırmacılar, volkanik kayaçlar üzerinde yaptıkları mineralojik çalışmalar sonucunda, bu kayaçların içerdikleri yaygın minerallerin piroksen, biyotit, hornblend, sfen ve florit olduğunu saptamışlardır. Araştırmacılar ayrıca, bölgedeki volkanik kayaçların sedimanter kayaçlardan yüksek flor (F) içerikleriyle ayrılabildiğini ve Isparta bölgesindeki içme suyunun yüksek oranlarda flor içermesinin nedeninin flor taşıyıcı volkanik camdan kaynaklandığını belirtmişlerdir. Kuşcu [31], Gölcük dolaylarında yaptığı çalışmada; Pliyosen ile Kuvaterner başlarında aktif olan Gölcük volkanizmasının, traki-andezitik lavlar ürettiğini ve Gölcük kalderası merkez olmak üzere oldukça geniş bir bölgede koniler ve dayklar oluşturarak yayıldığını belirtmiştir. Araştırmacı ayrıca, Gölcük volkanizmasının patlamalı karaktere sahip olduğunu ve kalınlığı yer yer 400 m ye ulaşan pomza, tüf 21

33 ve ignimbirit katmanlarının patlamaların etkisiyle kilometrelerce karelik bir alana yayıldığını da öne sürmektedir. Mutlutürk vd. [14], Isparta Ovası nda açılmış olan 50 den fazla sondaja ait karotlarda ve temel kazılarında yaptıkları gözlemlerde, önceki çalışmalarda (örneğin; 32, 33, 34, 35, 36] tümüyle alüvyon olarak değerlendirilen zeminlerin aslında zayıf tutturulmuş volkanik zeminler olduğunu ve alüvyon kalınlığının ise 2-4 m arasında değiştiğini belirtmektedirler. Araştırmacılar ayrıca, önceki çalışmalarda Isparta Ovası ndaki onlarca metre kalınlıktaki volkanoklastik çökellerin alüvyon olarak haritalandığını ifade etmişlerdir. Mutlutürk vd. [14], mikroskobik incelemeler sonucunda, volkanik zeminlerin çeşitli minerallerin ve volkanik kaya parçalarının volkanik camdan oluşan kül martiks ile tutturulduğunu saptamışladır Isparta kenti ve yakın civarındaki volkanik zeminlere ilişkin jeomühendislik çalışmaları Mutlutürk [37], kohezyonsuz zeminlerde yapılan SPT deneyinde kum tane boyunun dikkate alındığını, ancak kumların kökeni ve oluştukları jeolojik ortam ile ilgili bir özelliğin dikkate alınmadığını belirtmiştir. Araştırmacı, kumların tane şekli, sertlik, yoğunluk, köken ve jeolojik ortamının da temel zemininin davranışı üzerinde önemli etkileri olduğunu ifade etmiştir. Mutlutürk [37]; jeolojik köken ve çökelme ortamı farklı olan kum zeminlerin jeo-mühendislik davranışlarında bir farklılık varsa, bu farklılığın SPT darbe sayısı ile içsel sürtünme açısı arasındaki görgül ilişkiye de yansıması gerektiğini savunmuştur. Araştırmacı, Isparta daki volkanik zeminler için içsel sürtünme açısı - SPT darbe sayısı grafiğini çizerek, Terzaghi ve Peck [38] tarafından önerilen grafik ile karşılaştırmış ve iki eğri arasında belirgin farklılıklar olduğunu belirtmiştir. Çelik [15], Isparta Ovası nda açılmış 48 adet temel sondajından derlenmiş 373 örneğin tane özelliklerini mikroskop altında incelemiş ve organik madde tayinleri yapmıştır. Ayrıca, farklı derinliklerdeki volkanik ve sedimanter kökenli zeminlerin tane yüzdesi değişimlerini haritalamıştır. Bu değerlendirme sonucunda araştırmacı, Isparta Ovası ndaki genç çökellerin tümünün alüvyal karakterde 22

34 olmadığını, önemli bir kısmının Gölcük volkanizması sonucu ovayı dolduran volkanik kökenli malzemelerden oluştuğunu belirtmiştir. Mutlutürk vd. [13], Isparta kent merkezi Hızırbey Mahallesi ndeki bir inşaata ait temel çukurunda gözlenen volkanik zeminden bir adet örselenmemiş blok numune alarak volkanik zeminin çökme özelliklerini incelemişlerdir. Araştırmacılar, çökme potansiyelinin yanı sıra, zeminin su içeriği, doğal birim hacim ağırlık ve tane boyu dağılımı gibi bazı fiziksel özelliklerini de belirlemişlerdir. Mutlutürk vd. [13], volkanik zeminden 3 adet örselenmemiş odometre deney örneği hazırlamışlar ve çift odometre çökme deneyleri yaparak zeminin çökme potansiyelini değerlendirmişlerdir. Araştırmacılar, İsmailov [40] un önerdiği çökme potansiyeli sınıflandırma abağını kullanmışlar ve volkanik zeminin zayıf çöken zemin gurubuna girdiğini ve kritik çökme basıncının 80 kpa olduğunu belirtmişlerdir. Araştırmacılar ayrıca, Isparta daki volkanik zeminlerin fiziksel özellikler açısından yüksek çökme potansiyeline sahip olan löslere benzerlik gösterdiğini ve Isparta da başlıca temel zemini olan bu volkanik çökellerin daha fazla sayıda örnek üzerinde yapılacak deneylerle içyapı çökmesi açısından araştırılmasının önemli olduğunu vurgulamışlardır. Totiç [17], Isparta Ovası ndaki volkanik zeminlerin profilini çıkarmış, makaslama dayanımını araştırmış ve ayrıca önceki çalışmalardan da yararlanarak, Isparta Ovası ve yakın çevresini kapsayan yaklaşık 200 km 2 lik bir alanın 1/ ölçekli genel jeoloji haritasını yeniden düzenlemiştir. Araştırmacı, Isparta Ovası ndaki volkanik zeminlerde açılmış olan inşaat kazıları, yol yarmaları, dere ve yamaçların aşınma yüzeylerinde olmak üzere toplam 80 yerde yapılan incelemelere ve yüzey gözlemlerine dayanarak, Şekil 1.9 da verilen 12 farklı volkanik zemin seviyesini ayırtlamıştır. Bunlar; volkanik kaya blokları, kum tane boyutundaki volkanik zeminler, silt tane boyutundaki kül tüfler, çakıl tane boyutundaki pomza ve kil seviyeleridir. Totiç [17], ayırtladığı seviyelerin üç önemli volkanik etkinlik döneminde çökelmiş olabileceğini ve Isparta Ovası nın tümünde gözlendiğini belirtmektedir. Şekil 1.9 da verilen genelleştirilmiş dikme kesitteki volkanik zemin seviyelerinin kalınlıkları, Gölcük krateri ve Gölcük Gölü civarından kent merkezine doğru gidildikçe belirgin şekilde değişmektedir. Bu seviyeler, ova zemininin ortalama m kalınlığındaki üst kısmını temsil etmektedir. 23

35 Şekli 1.9. Isparta Ovası ndaki volkanik zeminlerin üst seviyelerini (ortalama m) gösteren genelleştirilmiş stratigrafik dikme kesit (ölçeksiz) (Totiç, [17] den çok az değiştirilerek hazırlanmıştır). 24

36 Araştırmacı ayrıca, volkanik zemin içinde çapraz tabakalanma şeklindeki kum tane boyutunda pomza ve andezit çakıllı yapıların da yer aldığını gözlemlemiştir. Totiç [17], bu yapıların 1-2 cm den 3-4 m ye kadar değişken kalınlıklarda ve çok uzun mesafelerde aynı özelliğe sahip olduklarını ifade etmiştir. Benzer şekilde, Cecconi ve Viggiani [3] de Colli Albani (İtalya) deki volkanik çökellerin değişen kalınlıklarda katmanlar halinde çökeldiğini belirtmişlerdir (bkz. Şekil 1.7). Totiç [17], T2, T3, T4, T5, T6, Ta, Tş ve Al simgeleriyle gösterdiği volkanik zemin seviyelerinin (bkz. Şekil 1.9) fiziksel ve indeks özelliklerini belirlemiştir. Araştırmacı, bu tez çalışmasında da incelenen T5 ve T6 volkanik zemin seviyelerinin gözeneklilik değerlerinin %43 ve %49 arasında, doğal birim hacim ağırlıklarının ise kn/m 3 ve kn/m 3 arasında değişim gösterdiğini belirtmiştir. Yine bu iki seviyenin, %57 ile %71 arasında kum, %22 ile %38 arasında değişen oranlarda silt ve az miktarda çakıl ve kil tane boyu malzeme içerdiğini belirlemiştir. Ayrıca, bu araştırmacıya göre T5 ve T6 volkanik zemin seviyeleri birbirlerine çok benzemekte, sadece renkleri ve içerdikleri çakılların türü (andezit ya da pomza çakılları) açısından farklılık göstermektedirler. Totiç [17], volkanik zeminden derlediği örselenmemiş örnekler ile aynı örneklerden örseledikten sonra farklı su içeriklerinde hazırladığı sıkıştırılmış örnekler üzerinde doğrudan makaslama ve üç eksenli sıkışma deneyleri yapmıştır. Araştırmacı, doğrudan makaslama deneylerinde halka şeklinde bir deney hücresi kullanmıştır. Araştırmacının elde ettiği doğrudan makaslama deney sonuçlarına göre çizilmiş T5 ve T6 volkanik zemin seviyelerine ait örselenmemiş örneklerin doğrusal yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafikleri Şekil 1.10 da verilmiştir. Bu grafiklere göre; T5 ve T6 seviyelerinin kohezyonları sırasıyla 44 kpa ve 41 kpa, içsel sürtünme açısı değerleri ise 40 0 ve 38 0 dir. Farklı su içeriklerinde sıkıştırdığı örnekler üzerinde doğrudan makaslama ve üç eksenli sıkışma deneyleri yapan Totiç [17] su içeriğinin artmasıyla zeminin içsel sürtünme açısının azaldığını, buna karşın kohezyonun arttığını belirlemiştir. Cecconi vd. [27] ise, doğrudan makaslama deneylerine tabi tututlan nemli örneklerin kohezyonunun, kuru örneklerinkinden daha düşük olduğunu, ancak su içeriğinin değişimine koşut olarak, içsel sürtünme açısının değişmediğini belirtmiştir. 25

37 (a) (b) Şekil Isparta daki (a) T5 ve (b) T6 volkanik zemin seviyelerine ait doğrusal yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafikleri [17]. 26

38 Ancak Cecconi vd. [27], Totiç [17] den farklı olarak, doğrudan makaslama deneylerini örselenmemiş örnekler üzerinde yapmıştır. Her iki çalışmada da [17, 27] örselenmiş ve örselenmemiş örneklerin makaslama dayanımlarının karşılaştırılmasına yönelik bir değerlendirme yapılmamıştır. Yapıları önemli oranda birbirine benzeyen bu iki volkanik zemin arasında makaslama dayanımı açısından böyle bir farklılığın olması; makaslama dayanımının zeminin örselenmesinden ve doğal yapısının bozulmasından etkilenebileceğini akla getirmektedir. Totiç [17], incelediği volkanik zeminlerden örselenmemiş örnek alımının güç olduğunu belirterek, örselenmiş örneklerden belirlenen makaslama dayanımından örselenmemiş zeminin makaslama dayanımına geçiş amacıyla görgül ilişkiler önermiştir. Ancak araştırmacı, örselenmiş örnekler ile örselenmemiş örnekler üzerinde belirlenen kohezyon ve içsel sürtünme açısı değerleri arasında herhangi bir anlamlı ilişki olmadığını belirtmiştir. Buna karşın örselenmiş örneklerin makaslama dayanımı ile örselenmemiş örneklerin makaslama dayanımı arasında doğrusal ilişkilerin olduğunu ifade etmiştir. Totiç [17] in T6 seviyesi için, örselenmemiş zeminin makaslama dayanımını, örselenmiş zeminin makaslama dayanımından kestirimi amacıyla önerdiği görgül ilişki Eşitlik 1.1 de verilmiştir. ud = d (R 2 =0.96) (1.1) Burada; ud : Örselenmemiş örneğin makaslama dayanımı (kg/cm 2 ), d : Örselenmiş örneğin makaslama dayanımı (kg/cm 2 ) dır. Totiç [17] ayrıca, incelediği bu volkanik zemin seviyelerinin kohezyon ve içsel sürtünme açısı değerlerinin su içeriğinden kestirimi amacıyla görgül ilişkiler önermiştir. Araştırmacı tarafından T6 volkanik zemin seviyesi için önerilen ilişkilerden iki tanesi Eşitlik 1.2 ve 1.3 de verilmiştir. = w (R 2 =0.94) (1.2) c = w (R 2 =0.97) (1.3) Burada, : İçsel sürtünme açısı ( 0 ), c : Kohezyon (kg/cm 2 ), w: Su içeriği (%) dir. 27

39 1.3. Önceki Çalışmaların Sonuçlarının Genel Değerlendirmesi Dünya da bu tez çalışmasında incelenen volkanik çökellerle benzer özellikler gösteren volkanik zeminleri O Rourke ve Crespo [2], Cecconi ve Viggiani [3], Cattoni vd. [12] incelemişlerdir. O Rourke ve Crespo [2] ve Cecconi ve Viggiani [3], mikro yapının ortaya konmasının önemli olduğunu ve bağlayıcı malzemenin dayanım üzerinde etkisinin araştırılması gerektiğini vurgulamışlardır. Cecconi ve Viggiani [3], az pekişmiş volkanik çökellerin kaya gibi davranmasında; başlangıç boşluk oranı, gerilme durumu ve gerilme tarihçesinden daha çok, bağlayıcı malzemenin dayanımının etkili olduğunu ifade etmişlerdir. Cattoni vd. [12] ise, volkanik zeminleri modifiye edilmiş üç eksenli deneylerle ve yalnızca yarı doygun koşullardaki davranışları açısından incelemişlerdir. Önceki çalışmaların tümü dikkate alındığında, volkanik zeminlerin az pekişmiş olması ve buna bağlı olarak bu tür zeminlerde örnek hazırlamanın çok güç olması gibi nedenlerle O Rourke ve Crespo [2] ve Cecconi ve Viggiani [3] nin dışındaki hiçbir çalışmada volkanik zeminlerin tek eksenli sıkışma dayanımları belirlenmemiştir. O Rourke ve Crespo [2] ve Cecconi ve Viggiani [3], örselenememiş örnek hazırlamak için standart örnek hazırlama yöntemleri dışında farklı yöntemler ve gereçler kullanmışlardır. Ayrıca, günümüze değin yapılan önceki çalışmalarda, örnek hazırlamanın güç olduğu az pekişmiş volkanik zeminlerin tek eksenli sıkışma dayanımının, zeminin diğer fiziksel ve indeks özelliklerinden kestirimi için herhangi bir görgül ilişkinin önerilmediği de anlaşılmaktadır. Totiç [17], Mutlutürk vd. [13] ile Mutlutürk ve Totiç [16], bu tez çalışmasına konu olan Isparta Ovası ndaki volkanik zeminleri bazı jeo-mühendislik özellikleri açısından değerlendirmişlerdir. Mutlutürk vd. [13], bu zeminlerin çökme potansiyelinin daha fazla sayıda örnekle incelenmesi gerektiğini ifade etmiştir. Bunun yanı sıra, volkanik zeminlerin incelendiği önceki diğer çalışmalarda çökme potansiyelinin belirlenmesine yönelik deney ve değerlendirmeler yapılmamıştır. Totiç [17], incelediği volkanik zeminlerin zayıf bağlayıcı malzeme içerdiğini ve az pekişmiş olduğunu belirtmiştir. Araştırmacı, doğal halindeyken zeminin sıkı bir yapıya sahip olduğunu, ancak çekiç darbeleriyle kolaylıkla dağılabildiğini ifade 28

40 etmiştir. Hem örselenmiş, hem de örselenmemiş örnekler üzerinde doğrudan makaslama deneyleri yapan Totiç [17], her iki örnek türü açısından makaslama dayanımının karşılaştırması ile ilgili bir değerlendirme yapmamıştır. Bunun yanı sıra araştırmacı, doğrudan makaslama deneylerinde normal ve makaslama gerilmelerine maruz bırakılan volkanik zeminin içerdiği bağlayıcı malzemenin dayanımına ilişkin herhangi bir değerlendirmede bulunmamıştır. Isparta daki volkanik zeminlerin deformasyon modülü, tek eksenli sıkışma ve çekme dayanımı ve iğne batma indeksi (İBİ) gibi özelliklerini konu alan bir çalışma bulunmamaktadır. Bunların yanı sıra, zeminin içerdiği bağlayıcı malzemenin kimyasal bileşimi, türü ve dayanıma etkisi de araştırılmamıştır. Söz konusu özelliklerin bazıları örselenmemiş örnek alınamaması nedeniyle, bazıları ise yapılan önceki çalışmaların amaç ve kapsamında yer almadığı için belirlenmemiştir. Ayrıca, uluslararası literatürde bu tür zeminlerin temel zemini ve şev duraylılığı açısından incelendiği çalışmalar oldukça sınırlı sayıda olup, Isparta da seçilen ve bu teze konu olan volkanik zemine ilişkin olarak temeller ve şev kazıları açısından herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. Bu doktora tezi kapsamında; Isparta daki volkanik zeminlerin jeo-mühendislik özelliklerinin belirlenmesinin yararlı olacağı, dolayısıyla hem bu tür zeminlerin davranışlarıyla ilgili konulara, hem de Isparta ve çevresi özelinde yerel bir sorunun çözümüne katkı sağlanabileceği düşünülmüştür. 29

41 2. İNCELEME ALANININ TANITIMI VE İNCELENEN VOLKANİK ZEMİNİN JEOLOJİK ÖZELLİKLERİ 2.1. İnceleme Alanının Konumu ve Yerleşim Isparta, Akdeniz Bölgesi nin batısında Göller Bölgesi olarak bilinen bölgenin iç kesiminde bulunmaktadır. Kent doğuda Konya, batıda Burdur, kuzeyde Afyon ve güneyde Antalya illeri ile çevrilidir (Şekil 2.1). Büyük bir kısmı volkanik malzemelerle kaplı olan Isparta Ovası ise, Akdeniz Bölgesi nin kuzeybatısında yer almaktadır. Deniz seviyesinden yüksekliği ortalama 1035 m olan Isparta Ovası, doğuda ve kuzeyde Toros Karbonat Platformu nun kenar dağları ile çevrilidir. İnceleme alanı, 25 numaralı devlet karayolu ile Antalya'ya, 62 numaralı karayolu ile Konya'ya, numaralı karayolları ile Afyon'a, numaralı karayolu ile Denizli'ye bağlanmaktadır. Ayrıca, Süleyman Demirel Uluslararası Havalimanı ile havayoluyla da ulaşım sağlanabilmektedir yılı nüfus sayımına göre Isparta merkez ilçenin nüfusu , Isparta ilinin nüfusu ise 'dır. Isparta da kentleşme süreci halen devam etmekte olup, yapılar genellikle 4-5 katlıdır (Şekil 2.2a). Bunun yanı sıra, kent merkezinde inşası bitmiş ya da halen devam eden alışveriş ve kültür merkezleri gibi çok katlı yapılar da mevcuttur (Şekil 2.2b). Isparta, Akdeniz iklimi ile karasal iklim arasında bir geçiş iklimine sahiptir. Kışlar serin ve yağışlı, yazlar ise sıcak ve kurak geçmektedir. Kentin çevresindeki göllerin iklim üzerinde önemli bir etkisi vardır. Yağışların büyük bir bölümü kış ve ilkbahar aylarında gerçekleşmekte olup, yıl içinde en çok yağış Aralık ve Ocak aylarında kaydedilmektedir. Aylık yağış miktarları Ağustos ayına kadar düzenli olarak düşmekte olup, Temmuz ve Ağustos aylarında en kurak dönemine ulaşmaktadır. Eylül'den itibaren yağış miktarı tekrar artmaya başlamaktadır. Isparta'nın Akdeniz iklimini yaşayamamasının nedenlerinde biri ise, kentin Toros Dağları nın arkasında kalmasıdır. Isparta topraklarının yaklaşık %40'ı orman ve fundalıklar, %20'si çayır ve mera, %16'sı ekili ve dikili araziler, %24'ü ise tarıma uygun olmayan arazilerle kaplıdır. Ekime uygun toprakların büyük kısmında gül yetiştirilmektedir. 30

42 Şekil 2.1. (a) İnceleme alanının Türkiye genelindeki konumu ve (b) Isparta yerleşimi ve eski bir krater olan Gölcük Gölü. 31

43 (a) (b) Volkanik zemin Şekil 2.2. (a) Isparta kent yerleşimine güneyden bakış, (b) inşası devam eden Isparta Kültür Merkezi. 32

44 2.2. Jeolojik Konum ve İncelenen Volkanik Zeminin Jeolojik Özellikleri Isparta Ovası ve çevresinde yer alan jeolojik birimler stratigrafik konumlarına göre yaşlıdan gence doğru; Noriyen-Resiyen (Üst Triyas) yaşlı Menteşe dolomiti, Alt Jura-Üst Kretase yaşlı Davras formasyonu, Üst Paleosen-Alt Eosen yaşlı Kabaktepe formasyonu, Orta-Üst Lütesiyen yaşlı Kurttepe formasyonu, Burdigaliyen yaşlı Ağlasun formasyonu, Alt Miyosen yaşlı Isparta Ofiyolitik Karmaşığı, Orta-Üst Miyosen yaşlı Gavurdüzü formasyonu, Üst Pliyosen-Alt Kuvaterner yaşlı Gölcük formasyonu ile Horozyokuşu formasyonu, Kuvaterner yaşlı traverten, yamaç molozu, alüvyon ve alüvyon yelpazeleri şeklindedir [32, 33, 41, 42, 43] Isparta ve yakın çevresinin jeoloji haritası Şekil 2.3 de verilmiştir. Gölcük volkanizması sonucu çökelen Gölcük volkanoklastiklerinin yaşı ve bu birimlerin dahil olduğu formasyon konusunda çalışan araştırmacılar tarafından yapılan farklı değerlendirmeler söz konusudur. Volkanolojik ve stratigrafik çalışmalar ile yaşlandırma gibi konular bu tez çalışmasının amaçlarından biri olmadığından; incelenen volkanik zeminin yaşı, çökelme ortamı ve kökeni ile ilgili herhangi bir değerlendirme yapılmamıştır. Ancak, Gölcük volkanizması ve bu çalışmaya konu olan zeminlerin de içerisinde yer aldığı Gölcük volkanoklastiklerinin yaşı ve kökeni hakkında fikir vermesi amacıyla, konu ile ilgili bazı önceki çalışmalarda elde edilen sonuçlara aşağıda kısaca değinilmiştir. Gölcük volkanı Isparta yerleşim alanının güneybatısında yer almakta ve içerisinde küçük bir gölün bulunduğu 2.5 km genişliğinde maar krateri ve çevresinde 150 m kalınlığındaki bir tüf konisi ile karakterize edilmektedir [19] (bkz. Şekil 2.1b). Az pekişmiş volkanik zeminlerden ve pomzalardan oluşan Gölcük volkanoklastikleri, Gölcük Gölü merkez olmak üzere, Isparta Ovası nda geniş yayılım göstermektedirler. Isparta Ovası nda kent yerleşimini de içine alan geniş bir bölgede yayılım gösteren az pekişmiş volkanik zeminler ve pomza seviyeleri önceki çalışmaların neredeyse tümünde Pliyosen yaşlı Gölcük formasyonu içerisinde değerlendirilmiştir (Şekil 2.3). Ancak Platevoet vd. [19] ve Elitok ve Görmüş [20], söz konusu birimlerin Kuvaterner yaşlı olduğunu öne sürmüşlerdir. 33

45 34 Şekil 2.3. Isparta ve çevresinin jeoloji haritası [33, 44; Totiç [17] den alınmıştır]. 34

46 Lefevre vd. [18], Gölcük volkanizmasının yaşını belirlemek amacıyla Isparta nın güneyindeki andezitik-trakiandezitik karakterdeki volkaniklerden aldıkları örnekler üzerinde radyometrik yaş tayinleri yapmışlar ve yaş tayini verisine göre volkanizmanın yaklaşık milyon yıl önce faaliyete geçtiğini öne sürmüşlerdir [20]. Platevoet vd. [19] ise, bölgedeki traki-andezitlerin yaşının 2.77 ± 0.06 milyon yıl olduğunu belirlemişler ve bunun yanı sıra piroklastik akma çökelleri üzerinde yaptıkları yaş tayinleri sonucunda Gölcük volkanının yaklaşık 200 bin yıl önce Kuvaterner de tekrar patladığını öne sürmüşlerdir. Platevoet vd. [19] ayrıca, kraterin doğusundaki piroklastik yağma çökellerinin yaş tayinlerinden 72.5 ± 4.7 bin yıl gibi değerler elde etmişler ve bunların Gölcük volkanizması için günümüze değin belirlenen en genç yaş verisi olduğunu ifade etmişlerdir. Platevoet vd. [19], Gölcük volkanizmasının patlamalı karakterde olduğunu ve Kuvaterner de 3 püskürme evresi geçirdiğini belirtmektedirler. Araştırmacılar ayrıca, Isparta yerleşim merkezinde temel zeminini oluşturan volkanoklastiklerin Kuvaterner deki 3. püskürme evresinde çökeldiklerini ve bu birimlerin volkandan çıkan piroklastik akma ve yağma çökelleri olduklarını öne sürmüşlerdir. Bununla birlikte Elitok ve Görmüş [20], Gölcük volkanizmasının Kuvaterner aktivitesi sırasında, özellikle patlamanın 1. ve 3. püskürme evrelerine ait piroklastik akma ve yağma çökellerinin Isparta kent merkezini de içine alacak şekilde kuzey ve kuzeydoğuya doğru düşük bir eğimle yayıldıklarını belirtmektedirler. Tez çalışmasının başlangıç aşamasından itibaren arazi gözlemleri yapılmış ve Gölcük krateri ve Gölcük Gölü civarından kent merkezine doğru ilerlenerek güneyden kuzeybatıya doğru sırasıyla, 1. Krater ve Gölcük Gölü, 2. Traki-andezitler, 3. Şekil 1.9 da verilen ve Totiç [17] tarafından hazırlanan stratigrafik dikme kesitteki pomza seviyesi (P2), kül-tüf seviyesi (Kt), çok ince taneli tüf (T4), (bkz. Şekil 1.9). 4. Alttaki pomza seviyesi (P1), volkan bombaları içeren tüf seviyesi (T1), (bkz. Şekil 1.9). 35

47 5. Son olarak, kent yerleşim merkezindeki bir inşaat kazısına ait dik bir şevde T6 seviyesi gözlenmiştir. Bu birimlere ait görüntüler, Gölcük Gölü nden Isparta yerleşimine doğru sırasıyla Şekil 2.4 de sunulmuştur. Tezin 1. Bölümü nde de belirtildiği gibi, Totiç [17], T5 ve T6 volkanik zemin seviyelerini arazi gözlemlerine dayanarak iki farklı seviye olarak ayırmıştır. Araştırmacı, gözlemlerinde T5 de andezit çakıllarının pomza çakıllarından fazla olduğunu, T6 nın ise pomza çakıllarının andezit çakıllarından daha yoğun olarak bulunduğunu belirtmiştir. Ancak Totiç [17], çalışmasında zeminin içerdiği çakılların türünün belirlenmesi amacıyla petrografik bir inceleme yapmamış ve tane boyu analizlerinde de zeminin içerdiği çakılların pomza ya da andezit olduğuna ilişkin bir değerlendirmede bulunmamıştır. Araştırmacı yalnızca, arazi gözlemleri sonucunda öznel değerlendirmeler yaparak bu birimleri iki ayrı zemin seviyesi şeklinde tanımlamıştır. Bunların yanı sıra, Totiç [17] makaslama deneyleri sonucunda T5 ve T6 seviyelerinin kohezyonlarını sırasıyla 44 kpa ve 41 kpa, içsel sürtünme açısı değerlerini ise 40 0 ve 38 0 olarak belirlemiştir. Yine Totiç [17] in bu iki zemin seviyesi için belirlediği gözeneklilik, doğal birim hacim ağırlık ve tane boyu dağılımı değerleri incelendiğinde, her iki volkanik zemin seviyesinin bu özellikler açısından da benzer oldukları anlaşılmaktadır. Bu nedenlerle, T5 ve T6 volkanik zemin seviyeleri bu tez çalışmasında ayrı ayrı değerlendirilmemiş olup, tezin bundan sonraki bölümlerinde volkanik zemin adı altında birlikte değerlendirilmiştir. Isparta kent yerleşiminin önemli bir kısmı, Şekil 1.9 da verilen ve Totiç [17] tarafından hazırlanan genelleştirilmiş stratigrafik dikme kesitteki zayıf tutturulmuş volkanik zeminler olan T5 ve T6 nın üzerinde yer almaktadır. Bu tez çalışmasında yapılan arazi gözlemlerinde her iki volkanik zemin seviyesi arasında yalnızca çok belirgin olmayan bir renk tonu farklılığı görülmüş, bunun dışında bu zeminlerin aynı özelliklere sahip oldukları gözlenmiştir. Volkanik zemin sarımsı kahverengi olup, içinde yarı yuvarlak-köşeli, düzensiz-küresel şekilli andezit ve pomza çakılları gözlenmiştir. Genellikle, kötü boylanma gösteren çakılların, alttan üste doğru iriden inceye derecelenmeye sahiptir. 36

48 37 Şekil 2.4. Gölcük krateri çevresinden (GB dan) Isparta kent merkezine (KD ya) doğru gözlenen volkanik zeminler. 37

49 3. ARAZİ ÇALIŞMALARI VE KAROT ÖRNEKLERİNİN HAZIRLANMASI Arazi çalışmaları kapsamında, volkanik zeminden örselenmemiş blok örnekler alınmış ve karot örneklerinin elde dilmesi amacıyla Isparta yerleşiminde belirlenen iki yerde sondaj yapılmıştır. Ancak, volkanik zeminin az pekişmiş ve dolayısıyla bağlayıcı malzemesinin zayıf olması nedeniyle arazide karot örneklerinin alınması olanaklı olamamıştır. Bu nedenle, örselenmemiş karot örneklerinin alınması amacıyla laboratuvarda bazı yöntemler denenmiştir. Tüm bu aşamalar aşağıda farklı başlıklar altında gerekli ayrıntıda sunulmuştur. Kent merkezinde yerleşimin yoğun olması nedeniyle, volkanik zeminin yayılım gösterdiği alanın sınırları bazı yerlerde tam olarak belirlenememiş ve olası sınırlar şeklinde çizilmiştir (Şekil 3.1). Buna göre, bu çalışmada incelenen volkanik zemin Isparta kent merkezinde yaklaşık 11 km 2 lik bir alanı kaplamaktadır Blok Örneklerin Alınması Isparta yerleşiminde söz konusu volkanik zeminden örnek alımı açısından en önemli sınırlama, zeminin yapılaşma ile örtülü olması olmuştur. Bu nedenle, örnekleme işlemlerinde yeni açılan inşaat kazılarının takip edilerek bu kazılardan örnek alınması yoluna gidilmiştir. Arazi çalışmaları kapsamında, Isparta yerleşiminin farklı yerlerindeki 5 inşaat kazısından örselenmemiş blok örnekler alınmış olup, örnekleme yerleri (Ö.Y.) Şekil 3.1 deki Isparta kent planı üzerinde gösterilmiştir. Örnekleme çalışmasında, inşaat temeli kazılarında ortaya çıkan aynalarda spatüla ve keski kullanılarak blok örnekler çıkartılmıştır (Şekil 3.2). Zaman alıcı bir işlem olmakla birlikte bu yöntemle yeterli nitelik ve nicelikte blok örnek alımı olanaklı olmuştur. Laboratuvar deneyleri için 1 no.lu örnekleme yerinden 23, 2 no.lu örnekleme yerinden 6, 3 no.lu örnekleme yerinden 7, 4 ve 5 no.lu örnekleme yerlerinden ise 5 er adet olmak üzere, toplam 46 adet blok örnek alınmıştır. Blok örnekler koruyucu bir malzemeyle sarılarak laboratuvara nakledilmiştir (bkz. Şekil3.2). 38

50 39 Şekil 3.1. Volkanik zeminin yayılımı ve sınırları, örnekleme ve sondaj yerlerinin Isparta kent planı üzerindeki konumları. 39

51 Şekil 3.2. Blok (küp) örneklerin kazı aynalarından çıkarılması ve paketlenerek laboratuvara nakli için blokların hazırlanmasına ait görüntüler Sondaj Çalışmaları Volkanik zeminin tek eksenli sıkışma dayanımının belirlenmesi amacıyla örselenmemiş karot örneklerinin hazırlanması gerekmiştir. 1 no.lu örnekleme yeri (bkz. Şekil 3.1) Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi nin inşaat alanıdır (Şekil 2.2b ve 3.3). Bu alanda, örselenmemiş karot örneklerinin alınması amacıyla 2 yerde sondaj yapılmıştır. Sondajlarda, zayıf kayalardan karot alınması amacıyla tasarımlanmış olan, ortadan ikiye ayrılabilen ve 54.7 mm çaplı iç tüpe sahip bir karotiyer kullanılmıştır (Şekil 3.4). Ancak, her iki sondajda da, sulu ve susuz delme işlemlerinin ayrı ayrı uygulanmasına rağmen, bu karotiyerle volkanik zeminden karot örneklerinin alınması olanaklı olamamıştır. Şekil 3.5 te görüldüğü gibi, volkanik zemin karotiyerden yoğrulmuş bir şekilde ve aynı zamanda suyla temasından dolayı çamur halinde çıkarılmıştır. 40

52 Şekil no lu örnekleme yeri Isparta Kültür ve Ticaret Merkezi inşaat alanı. Şekil 3.4. Zayıf kayalardan karot alınması amacıyla tasarımlanmış ve üretilmiş olan iç tüplü karotiyer. Şekil 3.5. Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi inşaat alanında karotiyerin iç tüpü içinde ancak örselenmiş durumda alınabilen volkanik zemin örneği. 41

53 Isparta yerleşiminde yapılan sondajların yanı sıra, yine karot örneklerinin alınması amacıyla, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi (UKAM) a ait arazi örnekleme deney düzeneği (Şekil 3.6) de kullanılmıştır. Bu amaçla, 1 no.lu örnekleme yerinden alınan örselenmemiş volkanik zemin bloğu ahşap bir kutunun içine yerleştirilip çevresi alçı ile doldurularak kalıp halinde hazırlanmış ve 38 mm çaplı ve şeffaf iç tüplü özel karotiyer kullanılarak karot örneği alınması denenmiştir. Ancak, şeffaf iç tüp içinde volkanik zemin örneği tamamen dağılmış olarak elde edilmiş, dolayısıyla denenen bu yöntemle de karot alınması işlemi gerçekleştirilememiştir. Şekil 3.6. Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Hidrojeoloji Anabilim Dalı arazi örnekleme deney düzeneği ve bu düzenek kullanılarak karot örneğinin alınması aşamaları. 42

54 3.3. Karot Örneklerinin Laboratuvarda Hazırlanması ve Karşılaşılan Güçlükler Bu tez kapsamında incelenen volkanik zemin, çekiç darbeleriyle ve suyla temas ettiğinde kolaylıkla dağılabilen özellikte bir zemindir. Dolayısıyla, bu zeminden klasik karot alıcılarla karot örnek alınmasının mümkün olamayacağı yapılan ve yukarıda sonuçları tartışılan sondajlardan da anlaşılmıştır. Bu nedenle, inceleme alanından alınan blok örneklerden laboratuvarda karot örneklerinin elde edilmesi amacıyla, klasik karotiyerlerden farklı özelliklere sahip karot alıcılar tasarımlanmıştır. Bu amaçla, Şekil 3.7a da görülen ince çeperli ve testere ağızlı, 54.7 mm (NX) çapında ve 130 mm boyunda bir karotiyer tasarımlanarak bir üreticiye yaptırılmıştır. Bu karotiyerle örselenmemiş örnek alınması denenmiş, ancak deney standartlarına veya önerilmiş deney yöntemlerine göre uygun boyutta karot örnekleri alınamamıştır (Şekil 3.7b). Daha sonra, Şekil 3.8a da görülen NX çaplı karotiyer tasarımlanarak bunun kesici ağzına çok ince elmas vidyeler yerleştirilip oldukça ince çeperli bir karotiyer üretilmiştir. Karot alınırken blokların titreşim nedeniyle dağılmasını engellemek amacıyla blok örnekler alçı kalıp içine alınmıştır (Şekil 3.9). Alçının tamamen donmasından sonra karot alınması işlemine geçilmiştir. Alınan karotların (bkz. Şekil 3.8b) alt ve üst yüzeylerinin düzeltilmesi amacıyla, sert plastik bir malzeme kullanılarak ortadan ikiye ayrılabilen kalıplar yaptırılmıştır (Şekil 3.10a). Karotlar, bu kalıplara yerleştirilmiş ve karot kesme makinesinde alt ve üst yüzeylerinin düzeltilmesine çalışılmıştır (Şekil 3.10b). Ancak bu işlemler uygulanırken alınan karotların tümü en küçük darbelerde bile dağılmışlardır (Şekil 3.11). Böylece, elmas karotiyerle alınan karot örneklerinin doğal durumlarını koruyamadığı, karot alınması sırasında malzemenin yoğrulduğu ve bağlarının tamamiyle tahrip olduğu sonucuna varılmıştır. 43

55 (a) (b) Şekil 3.7. (a) Deneme amaçlı tasarımlanan ve imal edilen NX çaplı, testere biçiminde kesici ağızlı, ince çeperli karotiyer ve (b) bu karotiyerle alınabilen ve standartlara / önerilmiş yöntemlere göre uygun olmayan küçük boyuttaki karot örneği. (a) (b) Şekil 3.8. (a) Tez çalışmasında kullanılması amacıyla tasarımlanarak üretien NX çaplı ve ince çeperli elmas karotiyer ve (b) bu karotiyerle alınan örnekler. 44

56 Şekil 3.9. Blok örneklerin alçı kalıp içine alınması. (a) (b) Şekil (a) Karot örneklerinin alt ve üst yüzeylerinin düzeltilmesi için yaptırılan sert plastik kalıplar ve (b) kalıp içine alınan örneğin karot kesme makinesinde kesilmesi. Şekil Elmas karotiyer kullanılarak alınan karot örneklerinin dağılmış (parçalanmış) haldeki görüntüleri. 45

57 Tüm denemelere ve çabalara rağmen, karotiyer kullanarak volkanik zeminden deney standartlarınca önerilen niteliklere sahip örnek alınamadığından, traşlama (trimming) yöntemiyle örnek hazırlanmasına karar verilmiştir. Bu amaçla, ilk aşamada laboratuvardaki yükleme presi kullanılmış ve yükleme başlığına monte edilen karotiyerin içine traşlanarak karot alınması denenmiştir (Şekil 3.12). Pres çok düşük hızlarda çalıştırılmış ve kalıp düşey yönde bloğun içine girerken bir yandan da traşlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Volkanik zeminin içerdiği çakıllara rastlanılan kesimlerde çakılların kesilmesi için denemeler yapılmıştır. Ancak çakıllar çok sert ya da çok büyük boyutlarda olduğu için kesilememişler, ya da kesilirken örnekler dağılmıştır. Sonuç olarak, bu yöntem kullanılarak karot örneklerinin alınması da olanaklı olamamıştır. En son aşamada, kalıp kullanılmadan bloklar doğrudan elle traşlanarak karot şeklini alması sağlanmıştır (Şekil 3.13). Bu yöntemde, zemin örneğinin içerdiği çakıllar karotun üst yüzeyinde bırakılacak şekilde traşlama işlemi yapılmıştır. Ancak, bazı durumlarda en uzun boyu 5-6 cm yi bulan çakıllar görülmüş ve bu durumda örnek alma işlemi sonlandırılmıştır. Karotların alt ve üst yüzeylerinin birbirine paralel olup olmadığının ve yüzeylerin düzlüğünün belirlenmesi amacıyla Şekil 3.14 de görülen komparatör kullanılmıştır. Şekil 3.14 de hazırlanma aşamasında olan ve henüz son şekli verilmemiş bir karotun görüntüsü sunulmuştur. Komparatör kullanıldıktan sonra karot yüzeyinde oluşan pürüzler spatül kullanılarak giderilmiştir. Böylelikle, karotların alt ve üst yüzeyleri birbirine paralel olacak şekilde traşlanmıştır. 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. Bu şekilde traşlanarak karot örneği elde edilmesi işlemi, bu çalışma kapsamında denenen yöntemler arasında en başarılı karot hazırlama yöntemi olmuş ve tez çalışmasında deneylere tabi tutulan tüm karot örnekleri bu yöntemle elde edilmiştir. Hazırlanan karotların bir bölümü Şekil 3.15 de görülmektedir. 46

58 Şekil Volkanik zemin örneğinin traşlanarak kalıp içine alınması ve karotiyerin yükleme presine yerleştirilerek kullanılması. Şekil Karotun traşlanarak hazırlanması sonucunda elde edilen deneyler için uygun bir örnek. 47

59 Şekil Son şeklini almamış olan hazırlanma aşamasındaki karotların alt ve üst yüzeylerinin paralelliklerinin komparatör kullanılarak kontrol edilmesi. Şekil Tek eksenli sıkışma deneyleri için hazırlanmış volkanik zemine ait karot örnekleri. 48

60 4. VOLKANİK ZEMİNİN MİNERALOJİK VE PETROGRAFİK ÖZELLİKLERİ İncelenen volkanik zeminin mineralojik bileşiminin belirlenmesi amacıyla hazırlanan ince kesitler üzerinde petrografik gözlemler ve X-ışınları kırınımı çözümlemeleri yapılmıştır. Bu amaçla, volkanik zeminden hazırlanmış 5 adet ince kesit ve 5 adet örnek kullanılmış olup, elde edilen sonuçlar aşağıdaki alt bölümlerde sunulmuştur İnce Kesit Çözümlemeleri Petrografik çözümlemeler kapsamında, volkanik zeminden alınan 5 adet örneğin ince kesitleri Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü İnce Kesit ve Parlatma Laboratuvarı nda hazırlanmıştır. O Rourke ve Crespo [2] ile Isparta daki volkanik zeminleri inceleyen Mutlutürk vd. [13], inceledikleri örnekleri düşük viskoziteye sahip reçineye doyurduktan sonra ince kesit örnekleri hazırlamışlardır. Bu tez çalışmasında da, ince kesit örneklerinin benzer şekilde hazırlanması amacıyla volkanik zemin örnekleri reçine içinde bir gün süreyle bekletilmişlerdir. Bu süre sonunda reçineye doyurulmuş ve sertleşmiş örnekler inceltilerek lamellerin üzerine yapıştırılmıştır. Bu yöntemle hazırlanmış ince kesit örneklerinin incelenmesinde, Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Mineraloji ve Petrografi Anabilim Dalı öğretim üyesi Dr. Erdal Şen yardımcı olmuş ve örnekler petrografik açıdan değerlendirilmiştir. İnce kesitlerin mikroskop altındaki incelemeleri sırasında tek ve çift nikoldeki görüntüleri alınmıştır (Şekil 4.1). Volkanik zemin, kristalleşme derecesi dikkate alındığında, hipokristalen dokuya sahiptir. Volkanik kayaçlarda (yüzey kayaları) görülen bu temel dokuda, soğuma süresinin kısa olması nedeniyle hem kristallenmiş, hem de kristallenemeyen kısımlar söz konusudur. Kayaçta, hamur içinde gözlenen iri kristaller (fenokristal) derinde oluşan fazlar olup, hamur kısmı ise yüzeyde ani soğuma sonucu kristallenemeyen kesimi ifade etmektedir. İçinde bulunduğu malzeme kriptokristalin (mikroskopta dahi görülemeyecek boyutlardaki kristaller) minerallerden oluşan hamur olabildiği gibi, ani soğuma ile tamamen camlaşmış 49

61 (volkanik cam) bir malzeme de olabilir. İnce kesit görüntüleri incelendiğinde (Şekil 4.1), volkanik zeminin hipokristalen dokuya sahip olduğu anlaşılmış olup, iri ve çok sayıdaki kristalin dokanak halinde bulunmadığı ve hamur içinde dağıldığı gözlenmiştir. Örnekler biyotit, hornblend, piroksen, kayaç parçaları, pomza ve plajiyoklaz minerallerini içermektedir (Şekil 4.1). Plajiyoklazlar genellikle bozunmaya uğramamış olup, bazılarında az miktarda killeşme olduğu görülmüştür (Şekil 4.1-Örnek4). Zemindeki hamur volkan külü olup, volkan camının parçalanması sonucu oluşmuştur. Volkan camının izotropik özelliği nedeniyle, çift nikolde hamur siyah renkte görülmekte (Şekil 4.1) olup, zeminin içerdiği zayıf bağlayıcı malzemenin volkan camı (volkan külü) olduğu anlaşılmıştır. Isparta daki volkanik zeminleri inceleyen Mutlutürk vd. [14] de, ince kesit çalışmalarına göre, çeşitli mineral ve volkanik kayaç parçalarının volkanik camdan oluşan kül bir matriks (bağlayıcı malzeme) ile tutturulduğunu belirtmiştir. Cecconi vd. [27], inceledikleri volkanik zeminin önemli oranda bağlayıcı malzeme içerdiğini ve kristallerin ve pomza tanelerinin bağlayıcı malzemenin içinde dağınık halde bulunduklarını ifade etmişlerdir. O Rourke ve Crespo [2] ise, ince kesit incelemelerinde örneklerin ana mineral olarak plajiyoklaz ve hornblend içerdiğini gözlemlemişler ve tanelerin birbirleriyle dokanak halde olmadığını, bağlayıcı malzeme içinde gömülü halde bulunduklarını ifade etmişlerdir. Bu nedenle bu araştırmacılar, bağlayıcı malzemenin zeminin dayanımını kontrol eden faktör olduğuna işaret ettiğini belirtmişlerdir. Söz konusu önceki çalışmalar dikkate alındığında, diğer araştırmacılarca incelenen volkanik zeminlerin petrografik açıdan bu çalışmada incelenen zeminle benzer özelliklere sahip oldukları görülmektedir X-Işınları Kırınım Çözümlemeleri Volkanik zemin örneklerinin mineral içeriklerinin yarı-nicel olarak belirlenebilmesi amacıyla tüm örnekleme yerlerini temsilen seçilen birer örnek üzerinde X-ışınları kırınım çözümlemeleri (tüm kayaç) yapılmıştır. Örneklerin X-ışınları difraktogramları Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü X-ışınları mikro analiz laboratuvarındaki Philips PW-1140 model X-ışınları difraktometresi ile çekilmiştir. 50

62 Tek Nikol Örnek 1 Çift Nikol Örnek 2 Örnek 3 Şekil 4.1. Volkanik zemine ait 3 adet örneğin tek ve çift nikolde ince kesit görüntüleri (Hb: Hornblend, Pl: Plajiyoklaz, Bi: Biyotit, Pm: Pomza, Kp: Kayaç parçası). 51

63 Örnek 4 Örnek 5 Şekil 4.1. (Devamı). Tüm kayaç çözümlemelerinde elde edilen difraktogramlardaki piklerin temsil ettiği minerallerin belirlenmesi için ASTM [45] nin kartoteksleri, minerallere ait piklerin yüzdelerinin belirlenmesi için ise Gündoğdu [46] tarafından önerilen yöntem kullanılmıştır. Tüm kayaç analizi sonuçları Çizelge 4.1 de sunulmuş olup, 2 no.lu örneğin tüm kayaç difraktogramı örnek olarak Şekil 4.2 de verilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, volkanik zemin ana mineral olarak mika mineralleri (%45 - %65), feldispat ve kil mineralleri ile çok az miktarda kuvars ve dolomit içermektedir. Volkanik zemin örneklerinin kil mineralleri içeriğinin az olması ve bazı örneklerin kil mineralleri içermemesi nedeniyle X-ışınları kırınımı çözümlemeleri kapsamında kil bileşeni çözümlemelerinin yapılmasına gerek görülmemiştir. İnce kesit incelemelerinde örneklerin biyotit, plajiyoklaz ve kil minerallerini içerdikleri saptanmıştır. İnce kesit gözlemleri dikkate alındığında; tüm kayaç 52

64 analizleri ile belirlenen mika minerallerinin çoğunlukla biyotitlerden ve feldispatların da plajiyoklazlardan oluştuğu anlaşılmaktadır. Tüm kayaç analizleriyle belirlenen mineral içerikleri ile ince kesit incelemelerinde gözlenen mineraller karşılaştırıldığında sonuçların genel olarak uyumlu olduğu söylenebilir. Çizelge 4.1. Volkanik zemin örneklerinin X-ışınları kırınımı tüm kayaç çözümlemesi Örnekleme Yeri sonuçları. Mika Mineralleri (%) Feldispat (%) Tüm Kayaç (TK) Analizi Kuvars (%) Dolomit (%) Kil Mineralleri (%) Şekil nolu örneğin X-ışınları kırınım analizleriyle belirlenmiş tüm kayaç difraktogramı. 53

65 5. VOLKANİK ZEMİNİN İNDEKS VE JEOMEKANİK ÖZELLİKLERİ Laboratuvar çalışmaları kapsamında; su içeriği, doygunluk derecesi, birim hacim ağırlık, gözeneklilik ve özgül ağırlık tayinleri ile tane boyu dağılımı analizleri, iğne batma deneyleri ve P-dalga hızı (V p ) ölçümleri yapılarak volkanik zeminin indeks ve fiziksel özellikleri tayin edilmiştir. Bunların yanı sıra, volkanik zeminin dayanım ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi amacıyla, tek eksenli sıkışma, doğrudan makaslama ve çift odometre çökme deneyleri ile elastisite modülü tayinleri de gerçekleştirilmiştir Volkanik Zeminin Fiziksel ve İndeks Özelliklerinin Tayini Laboratuvar deneyleri kapsamında toplam 45 örnek üzerinde volkanik zeminin su içeriği (w), doygunluk derecesi (S r ), doğal ve kuru birim hacim ağırlık ( d ), gözeneklilik (n) ve özgül ağırlık (G s ) gibi fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Su içeriği ve doğal birim hacim ağırlık değerlerinin belirlenmesinde ISRM [47] tarafından önerilen yöntemler esas alınmıştır. Özgül (tane birim) ağırlık tayinleri ise, ASTM [45] standartlarına göre yapılmıştır. Karotların gözeneklilik değerlerinin belirlenmesi amacıyla, öncelikle Eşitlik 5.1 kullanılarak boşluk oranları (e) hesaplanmış ve ikinci aşamada Eşitlik 5.2 kullanılarak gözeneklilik (n) belirlenmiştir. Karotların kuru birim hacim ağırlıklarının ( d ) belirlenmesi için ise, Eşitlik 5.3 kullanılmıştır. G (1 ) ( s w e w ) 1 (5.1) e n x100 (5.2) 1 e (5.3) Burada; e :Boşluk oranı G s :Özgül ağırlık w :Su içeriği (%) n :Gözeneklilik (%) :Doğal birim hacim ağırlık (kn/m 3 ) d :Kuru birim hacim ağırlık (kn/m 3 ) tır. 54

66 Volkanik zemine ait gözeneklilik ve doygunluk derecesi değerleri, tek eksenli sıkışma dayanımının zeminin fiziksel ve indeks özelliklerinden kestirimi amacıyla yapılan istatistiksel analizlerde kullanılmıştır. Tüm deney sonuçları Çizelge 5.1 de toplu halde verilmiştir. Çizelge 5.1 de koyu renkle gösterilen değerler tek eksenli sıkışma dayanımı deneyleri için karotlar nem odasında bekletildikten sonraki nem içeriği, doygunluk derecesi ve birim hacim ağırlık değerleridir. Bunların dışında kalan diğer değerler; volkanik zeminin su içeriği, doygunluk derecesi ve birim hacim ağırlık değerleridir. Volkanik zeminin su içeriği değerleri farklı mevsimlerde belirlenmiş olup, bu konu ile ilgili ayrıntılı değerlendirme tezin 7. Bölümü nde verilmiştir. Deney sonuçlarına göre; volkanik zeminin kuru birim hacim ağırlık değerleri 12.4 ile 15.8 kn/m 3 ve doğal birim hacim ağırlıkları 14.0 ile 16.7 kn/m 3 arasında değişim göstermektedir. Tüm örneklerin gözeneklilik değerleri %33 ile %46 arasındadır. Bu çalışmada incelenen volkanik zemin üzerinde çalışmış olan Totiç [17], gözeneklilik değerlerinin %43 ve %49, doğal birim hacim ağırlıkların ise 12 kn/m 3 ve 14 kn/m 3 arasında değişim gösterdiğini belirlemiş olup, fiziksel özellikler açısından her iki çalışmada elde edilen sonuçların yakın değerlere sahip oldukları anlaşılmaktadır. Bu tez çalışmasında elde edilen sonuçlara benzer şekilde; O Rourke ve Crespo [2], Hürlimann vd. [9], Cecconi ve Viggiani [3] ve Cecconi vd. [27] tarafından incelenen volkanik zeminler de düşük birim hacim ağırlığa ve yüksek gözenekliliğe sahiptirler. Söz konusu özellikler dikkate alındığında, az pekişmiş volkanoklastik çökellerin ve/veya volkanik zeminlerin, genel olarak düşük birim hacim ağırlığa ve yüksek gözenekliliğe sahip oldukları anlaşılmaktadır. Yukarıda belirtilen özelliklerin yanı sıra, tek eksenli sıkışma dayanımı deneyleri yapılmadan önce, hazırlanan karot örnekleri üzerinde volkanik zeminin P-dalga hızları (V p ) ölçülmüştür (Şekil 5.1). Volkanik zeminin fiziksel ve indeks özelliklerinden tek eksenli sıkışma dayanımının kestirimi amacıyla yapılan istatistiksel analizlerde V p değerleri de kullanılmıştır. P-dalga hızı ölçümlerinde Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Mühendislik Jeolojisi Laboratuvarı ndaki sonik hız ölçüm cihazı kullanılmış ve deneylerin yapılmasında 55

67 Çizelge 5.1. Tüm volkanik zemin örneklerinin su içeriği (w), birim hacim ağırlık ( ), kuru birim hacim ağırlık ( d ), gözeneklilik (n), doygunluk derecesi (SR), P-dalga hızı (V p ), ve özgül ağırlık (G s ) değerleri. Örnek No. (kn/m 3 ) d (kn/m 3 ) n (%) w (%) SR (%) G s V p (m/s) Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot * Lok1-Karot * Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot * Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot * Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot * Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot * Lok5-Karot * Lok5-Karot * * Deney yapılmadı, ** Koyu renk: Nem odasında tutulan örneklere ait değerlerdir. 56

68 ISRM [47] tarafından önerilen yöntem esas alınmıştır. Deney sonuçları Çizelge 5.1 de verilmiş olup, su içerikleri çok yüksek olan karotların deney yapılırken parçalanması (dağılması) söz konusu olduğundan, bu karotlar üzerinde V p ölçümlerinin yapılmasından kaçınılmıştır. Volkanik zemin örneklerinin V p değerleri 315 m/s ile 544 m/s arasında değişim göstermektedir. Her örnekleme yerini temsilen 2 adet olmak üzere, toplam 10 örneğin tane boyu dağılımı analizleri ASTM [45] nin önerdiği yöntem esas alınarak yapılmıştır. Tüm örneklerin tane boyu dağılımı eğrileri tek bir grafikte birlikte sunulmuştur (Şekil 5.2). Tüm örneklerin çakıl, kum, silt ve kil içerikleri Çizelge 5.2 de verilmiş olup, tane boyu dağılımı analizlerine göre, volkanik zemin örnekleri ağırlıklı olarak (%52 ile %67 arasında) kum tane boyutunda malzeme içermektedir. Ayrıca, bu çalışmada yapılan tane boyu dağılımı analizi sonuçları ile aynı volkanik zemin üzerinde çalışmış olan Totiç [17] in elde ettiği tane boyu dağılımı analiz sonuçları da karşılaştırılmıştır (bkz. Şekil 5.2). Şekil 5.2 den her iki çalışma arasında tane boyu dağılımı açısından sonuçların uyumlu olduğu ve tane boyu dağılımı eğrilerinin aynı aralıkta değiştiği görülmektedir. Bu belirleme, incelenen volkanik zeminin tane boyu dağılımı açısından inceleme alanı genelinde lokasyon bazında önemli bir farklılık göstermediğine işaret etmektedir Volkanik Zeminin Dayanım ve Deformabilite Özellikleri Bölüm 3.3 de tanımlandığı gibi, örselenmemiş blok örneklerden traşlama yöntemiyle elde edilen 45 adet volkanik zemin karotunun tek eksenli sıkışma dayanımı ( c ) ile ortalama modül (E ort ) değerleri belirlenmiştir. Deneylerde Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Mühendislik Jeolojisi Laboratuvarı nda bulunan 5 ton yükleme kapasiteli deformasyon kontrollü zemin tek eksenli sıkışma deney düzeneği kullanılmıştır (Şekil 5.3). Birim deformasyonların kaydedilmesi amacıyla deney düzeneğine iki adet deformasyon ölçer yerleştirilmiş ve yüklemeler yapılırken her iki göstergeden eş zamanlı olarak deformasyonlar kaydedilmiştir (Şekil 5.3). Yüklemeler 0.2 mm/dak hızla yapılmış olup, yenilmeler genellikle 5-7 dakika arasında gerçekleşmiştir. Deneylerde ve ortalama modülün (E ort ) belirlenmesinde ISRM [47] tarafından önerilen yöntemler dikkate alınmış olup, deney sonuçları Çizelge 5.3 de verilmiştir. Farklı nem 57

69 içeriğine sahip volkanik zemin örneklerinin tek eksenli sıkışma dayanımı 29 ile 132 kpa, ortalama elastisite modülü 7.6 ile 32.6 MPa arasında değişim göstermektedir. Şekil 5.1. Volkanik zemin karotlarında P-dalgası hızı tayini. Şekil 5.2. Bu çalışmada alınan volkanik zemin örneklerinin (Lok1-5) ve Totiç [17] e ait 9 örneğin (T1-T9) tane boyu dağılımı eğrilerinin karşılaştırılması. 58

70 Çizelge 5.2. Volkanik zemin örneklerinin çakıl, kum, silt ve kil içerikleri. Örnek No. Tane boyu (%) Çakıl Kum Silt Kil Lok 1a Lok 1b Lok 2a Lok 2b Lok 3a Lok 3b Lok 4a Lok 4b Lok 5a Lok 5b Şekil 5.3. Çalışmada kullanılan 5 ton yükleme kapasiteli deformasyon kontrollü zemin tek eksenli sıkışma deney düzeneği, deformasyon ölçerler ve deformasyon kontrollü olarak gerçekleştirilen tek eksenli sıkışma deneyinden bir görünüm. 59

71 Çizelge 5.3. Volkanik zeminin tek eksenli sıkışma dayanımı ( c ), su içeriği (w), İğne batma indeksi (İBİ) ve ortalama modül (E ort ) modülü değerleri. Örnek No. w c E ort İBİ (%) (kpa) (MPa) (N/mm) Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok1-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok2-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok3-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok4-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot Lok5-Karot

72 Birim deformasyonun artmasına koşut olarak gerilmenin azalması birim deformasyon yumuşaması (strain softening) olarak tanımlanmaktadır. Tez çalışması kapsamında yapılan 45 adet tek eksenli sıkışma deneyinin 42 tanesinde yenilme başladığında eş zamanlı olarak yükün azaldığı ve buna karşın deformasyonun artmaya devam ettiği gözlenmiştir. Bu nedenle, yük göstergesinden değerler okunabildiği sürece deneylere devam edilmiştir. Böylece, tek eksenli sıkışmaya bağlı olarak gelişen yenilmenin başlangıcından sonuna değin yük ve deformasyonlar kaydedilmiştir. Bu davranışın tipik olarak gözlendiği 2 örneğe ait Gerilme-Birim deformasyon grafikleri Şekil 5.4 ve 5.5 de sunulmuştur. Grafikler incelendiğinde, yenilme başladıktan sonra artan birim deformasyonlara karşılık gerilmenin azaldığı görülmekte olup, 42 adet volkanik zemin örneğinde birim deformasyon yumuşaması davranışının meydana geldiği anlaşılmaktadır. Bunun dışındaki 3 örnek ise ani şekilde yenilmiş ve buna bağlı olarak yük göstergesi hızlı bir şekilde düşüşe geçerek sıfırlanmıştır. Kırılgan davranış gösteren bu örneklerden bir tanesine ait Gerilme-Birim deformasyon grafiği Şekil 5.6 da verilmiştir. Volkanik zemin örneklerinin hemen tümünde yenilme ile birlikte 90 0 ye yakın açılarda yenilme/kırılma düzlemleri gelişmiş olup, bu çatlakların tipik olarak gözlendiği 4 adet karotun deney sonrası görüntüleri Şekil 5.7 de sunulmuştur. Cecconi ve Viggiani [3] ve Orense vd. [11], inceledikleri volkanik zeminlerde üç eksenli sıkışma deneyleri yapmışlar ve bu tez çalışmasında elde edilen sonuçlara benzer şekilde, inceledikleri örneklerin birim deformasyon yumuşaması gösterdiğini belirlemişlerdir. Volkanik zemin örnekleri üzerinde tek eksenli sıkışma deneyleri yapan O Rourke ve Crespo [2] ise, inceledikleri tüm örneklerin kırılgan davranış gösterdiklerini ifade etmişlerdir. Bu tez çalışmasında ise 45 örnek üzerinde yapılan tek eksenli sıkışma deneylerinden yalnızca 3 örnekte kırılgan davranış gözlenmiştir. 61

73 Şekil 5.4. Birim deformasyon yumuşaması davranışı gösteren Lok1-Karot5 no.lu örneğe ait gerilme-birim deformasyon grafiği. Şekil 5.5. Birim deformasyon yumuşaması davranışı gösteren Lok4-Karot5 no.lu örneğe ait gerilme-birim deformasyon grafiği. 62

74 Şekil 5.6. Kırılgan davranış gösteren Lok3-Karot2 no.lu volkanik zemin örneğine ait gerilme-birim deformasyon grafiği. Şekil 5.7. Tek eksenli sıkışmaya maruz kalarak yenilmiş volkanik zemin karotlarında gelişen yenilme/kırılma düzlemlerinden tipik görüntüler. 63

75 5.3. İğne Batma İndeksi Tayinleri Tek eksenli sıkışma dayanımı, kaya malzemesinin sınıflandırılmasında ve tasarımda yaygın olarak kullanılan bir özelliktir. Ancak, özellikle yumuşak ve zayıf kayalardan standartlara / önerilmiş yöntemlere uygun boyutlarda örneklerin hazırlanması çoğu zaman olanaksızdır. Örnek hazırlamayla ilgili güçlüklerin ortadan kaldırılması amacıyla tek eksenli sıkışma dayanımının dolaylı yoldan kestirimi için; nokta yükü dayanım indeksi, Schmidt çekici deneyi (ISRM, 2007) ve disk makaslama dayanım indeksi [47, 48] gibi pratik yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemlerin yanı sıra, zayıf malzemelerin tek eksenli sıkışma dayanımlarının dolaylı yoldan kestiriminde iğne batma (penetrasyon) deneyi de kullanılmaktadır [49-55]. Hem laboratuvarda hem de arazide uygulanabilen iğne penetrometresi adı verilen taşınabilir alet 80 li yıllarda Japonya da geliştirilmiştir. Japon İnşaat Mühendisleri Birliği (JSCE) [56], dayanımı 10 MPa dan düşük olan yumuşak kayaların tek eksenli sıkışma dayanımının kestirimi için iğne batma deneyinin kullanılmasını önermektedir. Takashashi vd. [57] kumtaşı, çamurtaşı ve konglomeraların, Naoto vd. [58] kiltaşı ve kumtaşlarının, Ergüler [51] ve Ergüler ve Ulusay [52] ise, tek eksenli sıkışma dayanımı 0.5 ile 32 MPa arasında değişen farklı türdeki kayaların tek eksenli sıkışma dayanımlarının dolaylı yoldan kestirimi için iğne batma deneyleri yapmışlar ve bu iki özellik arasında görgül ilişkiler önermişlerdir (Çizelge 5.4). Ulusay ve Ergüler [55], 725 adet c - iğne batma indeksi (İBİ, bkz. Eş. 5.4) veri çifti kullanarak tahmin performansı yüksek bir görgül ilişki önermişler (bkz. Çizelge 5.4) ve iğne penetrasyon hızının deney sonuçları üzerinde bir etkisi olmadığını belirlemişlerdir. Ayrıca, Ngan-Tillard vd. [59, 60], İBİ değerlerinin iğne çapı ve uç koni açısının değişiminden etkilenmediğini ifade etmişlerdir. Bu belirlemeler; hem arazide hem de laboratuvarda elle uygulanan bu deney yöntemi açısından bir avantaj olarak değerlendirilmiştir [55]. Aydan vd. [53], iğne batma deneylerinde 1, 2 ve 3 mm çapında ucu düz (küt) iğneler kullanmışlar ve deneylerini düşük yükleme kapasitesine sahip deformasyon kontrollü yükleme ünitesinde gerçekleştirmişlerdir. Araştırmacılar, ucu düz iğne kullanılarak yapılan iğne batma deneyinin, plaka yükleme deneyine benzediğini belirtmişlerdir. Aydan vd. [53], bu yaklaşıma dayanarak iğne batma deney sonuçlarını değerlendirmek 64

76 amacıyla Ladanyi [61] tarafından plaka yükleme deneyi için önerilen yenilme modelini kullanmışlardır. Araştırmacılar, inceledikleri zayıf kayaların içsel sürtünme açısı ve Poisson oranını söz konusu yenilme modeline ilişkin eşitlikleri kullanarak tahmin etmeye çalışmışlardır. Çizelge 5.4. Bazı araştırmacılar tarafından önerilmiş olan tek eksenli sıkışma Araştırmacılar dayanımı ( c ) ve iğne batma indeksi (İBİ) arasındaki görgül ilişkiler. Görgül ilişki c Birimler Okada vd. [62] log c =0.978logİBİ (r=0.91) kgf/cm 2 kgf/mm Yamaguchi vd. [63] log c = 0.982logİPD (r=0.872) kgf/cm 2 kgf/cm Takahashi vd. [57] c = İBİ (r= 0.90) MPa N/mm Naoto vd. [58] c = 27.3İBİ+132 (r= 0.834) (kumtaşı için) kn/m 2 c = 41.8İBİ - 4 (r= 0.899) kn/m 2 N/cm (Ariaka kili için) Ergüler ve Ulusay [52, 68] c = 0.51İBİ (r=0.87) MPa N/mm İBİ N/cm Ulusay ve Ergüler [55] c = İBİ (r=0.89) MPa N/mm Bölüm 3.3 de ayrıntılı olarak anlatıldığı gibi, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminden klasik yöntemler kullanılarak karot örneklerinin hazırlanması mümkün olamamıştır. Tez kapsamında tüm karot örnekleri uzun zaman alan ve oldukça güç olan traşlama yöntemiyle hazırlanmıştır. Bu nedenle, volkanik zeminin tek eksenli sıkışma dayanımının iğne batma indeksinden kestirimi için; örnek hazırlamayı gerektirmeyen ve pratik bir yöntem olan iğne batma deneyleri yapılmıştır. Çalışma kapsamında, Maruto Testing Machine Co. [64] tarafından üretilen SH-70 model iğne batma ölçer aleti kullanılmıştır (Şekil 5.8). İğne penetrometresi deneyi, elle yapılan yüklemeyle penetrometrenin ucunda bulunan iğnenin kayanın içine batırılması esasına dayanmaktadır. Deney öncesinde iğnenin uygulanacağı yüzey temizlenmekte ve iğne yüzeye dik olarak batırılmaktadır. İğne örneğe 10 mm batacak şekilde uygulanmakta ve bu batma derinliğine ulaşıldıktan sonra yük ölçeğinden batma (penetrasyon) kuvveti kaydedilerek deney sonlandırılmaktır. Şekil 5.9 da görüldüğü gibi, iğnenin zemine batırılması sırasında çatlaklar gelişiyorsa veya mevcut zayıflık düzlemleri boyunca 65

77 kaya parçalara ayrılıyorsa, deney iptal edilmektedir. İğne batma deneyi örnek yüzeyinde 3 ile 10 arasında değişen sayılarda yapılmakta olup, iğne batma indeksi (İBİ) aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır (Eşitlik 5.4). İBİ = F/D Burada; F : Batma kuvveti (N) D : Batma derinliği (mm) dir. (5.4) Şekil 5.8. Maruto Co. Ltd. [64] tarafından üretilmiş olan iğne batma ölçer ve bölümleri: 1. koruyucu, 2. iğne tutucu, 3. batma ölçeği, 4. yük ölçeği, 5. yük halkası, 6. c ve İBİ dönüştürme grafiği, 7. yedek iğne haznesi, 8. iğne. 66

78 Öncelikle kent içindeki inşaat kazısı yüzeylerinde ve laboratuvarda blok örnekler üzerinde 120 adet iğne batma deneyi gerçekleştirilmiştir (Şekil 5.10). Yapılan çok sayıdaki deneyde batma miktarını gösteren ölçek 10 mm ye ulaştığı halde, yük göstergesinde herhangi bir değişim gözlenmemiştir. Ancak, az sayıdaki ölçümde İBİ değeri elde edilmiştir. Bu değerlerin, iğnenin uygulandığı bazı kesimlerdeki volkanik zeminin içerdiği çakıllardan kaynaklandığı ve iğne batma ölçerin iğnesinin zemin içinde ilerlerken çakıla rastlaması durumunda gerçek değerlerden daha büyük İBİ değerlerinin elde edildiği anlaşılmıştır. Şekil 5.9. İğne batma deneyinin geçersiz olduğu durumun şematik görünümü. (a) (b) Şekil (a) İğne batma deneyinin laboratuvarda blok örnekler üzerinde ve (b) kazı aynasında arazide uygulanması. 67

79 Dolayısıyla volkanik zeminin dayanımının, iğne batma ölçerin 0.84 mm çapındaki mevcut iğnesi kullanılarak belirleyebildiği dayanım sınırları içinde olmadığı anlaşılmıştır. Bu nedenle, İBİ değerlerinin iğne batma ölçerin iğnesinin çapının arttırılarak tayin edilmesi yoluna gidilmiş ve farklı çaplardaki iğneler tasarımlanarak bir üretici firmaya bu iğnelerin yaptırılması planlanmıştır. Ancak, iğnelerin üretilmesinden ve en iyi performansa sahip iğnenin belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılmadan önce bu tez çalışmasına katkıda bulunulması amacıyla ek bir çalışma Tokai Üniversitesi (Japonya) İnşaat Mühendisliği Bölümü Laboratuvarı nda Prof. Dr. Ömer Aydan tarafından yapılmıştır. Bu çalışmada incelenen volkanik zeminden hazırlanarak Japonya ya gönderilen örnekler üzerinde yapılan deneylerde, farklı çaptaki üç iğnenin yük-birim deformasyon davranışları belirlenerek karşılaştırılmıştır. Deneylerde; Maruto [64] nun geliştirdiği orijinal 0.84 mm çapındaki iğne Aydan vd. [53] tarafından yapılan çalışmada kullanılmış olan 3 mm çapındaki ucu düz iğne ve bu tez çalışması için tasarımlanan 3 mm çapındaki konik uçlu iğne kullanılmıştır. İğnenin volkanik zeminin içine batırılması işlemi düşük yükleme kapasiteli ve deformasyon kontrollü zemin yükleme düzeneğinde yapılmış olup, uygulanan yüklere karşılık gelen yer değiştirmeler bilgisayar ortamında kaydedilmiştir (Şekil 5.11). Küp şeklindeki volkanik zemin bloğunun 6 yüzeyine her üç iğne de batırılarak iğne batma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerde yükleme ve geri yükleme aşamaları uygulanmış olup, bir adet Düşey yük- Birim deformasyon grafiği örnek olarak Şekil 5.12 de sunulmuştur. Deney sonuçları incelendiğinde, Maruto [64] nun geliştirdiği 0.84 mm çapındaki iğne (1 no.lu iğne) ile yapılan deneylerde çok düşük yükler altında yenilmeler gerçekleşmiş ve elastik birim deformasyonlar belirgin şekilde gözlenememiştir. 3 mm çapındaki ucu düz iğneye (2 no.lu iğne) ait düşey yük - yer değiştirme eğrileri incelendiğinde daha yüksek yüklerde yenilmeler olduğu ve örnekte elastik ve plastik birim deformasyonların geliştiği gözlenmiştir. Bu tez çalışması için tasarımlanan 3 mm çapındaki konik uçlu iğne (3 no.lu iğne) ile yapılan deneylerde ise, elastik birim deformasyonlar net bir şekilde gözlenmiş ve yükleme aşamasının sonuna kadar volkanik zeminin direnç gösterdiği ve plastik birim deformasyonların gelişmediği belirlenmiştir (bkz. Şekil 5.12). 68

80 Şekil Tokai Üniversitesi (Japonya) Deniz İnşaat Mühendisliği Bölümü Laboratuvarı nda bu çalışmada incelenen volkanik zemin örneği üzerinde yapılan iğne batma deneyi ve ilgili deney düzeneği (Fotoğraf: Ömer Aydan). Şekil Farklı çapa sahip üç iğnenin kullanılmasıyla yapılan deneylerde elde edilen Düşey yük- Birim deformasyon eğrileri [65]. 69

81 Ön değerlendirme amacıyla yapılan bu deneylerin sonuçları, tez çalışmasında incelenen volkanik zemin için 1 no.lu iğneden (0.84 mm) daha büyük çapa sahip iğnelerin kullanılmasıyla İBİ nin daha gerçekçi bir şekilde belirlenebileceğini göstermiştir. Yukarıda değinilen çalışmalar ve değerlendirmeler dikkate alınarak, farklı çaplarda iğneler (1.7, 2, 2.3, 2.5, 3 mm çapında) tasarımlanarak bir üreticiye yaptırılmıştır (Şekil 5.13). Laboratuvarda blok örnekler üzerinde yapılan 100 adet iğne batma deneyiyle farklı çaplarda üretilen bu iğnelerin performansı sınanmıştır. Bu kapsamda, tasarımlanan iğnelerin her biri için 20 şer adet iğne batma deneyi yapılmış ve tüm çaplardaki iğnelerle volkanik zeminin İBİ değerleri ölçülebilmiştir. Bununla birlikte, iğnenin batırılması sırasında iğnenin açtığı deliğin kenarında çatlakların oluşması, zeminin parçalanarak dökülmesi ve volkanik zemin bloğunda büyük çatlamaların olması durumlarında deneyler geçersiz sayılmıştır (Şekil 5.14). Her bir iğne için geçersiz deneylerin sayısı kaydedilmiş olup, 3 mm çapındaki iğneyle yapılan deneylerin % 40 ında, 2.5, 2.3 ve 2 mm çapındaki iğnelerle yapılan deneylerin ise %20-30 unda deliğin çevresinde çatlaklar ve yarıklar oluşmuştur. 1.7 mm çapındaki iğne kullanılarak yapılan 20 adet iğne batma deneyinden yalnızca 2 tanesinde iğnenin batırılması sırasında deliğin çevresinde çatlaklar oluşmuştur. Bu nedenle, 1.7 mm çapındaki iğneyle yapılan ilk aşamadaki deneylere ek olarak 20 adet iğne batma deneyi daha yapılmış ve yine yalnızca 2 deney geçersiz sayılmıştır. Bu gözlemlere göre, denenen farklı çaplarıdaki iğnelerin sınanması amacıyla yapılan iğne batma deneylerinde en iyi performansı 1.7 mm çapındaki iğnenin gösterdiği belirlenmiştir. Tez çalışmasında yapılan tüm iğne batma deneyleri 1.7 mm çapındaki iğne kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Karot örneklerinin hazırlanması aşamasında ilgili örnekleme yerlerinden alınmış bloklar üzerinde İBİ tayinleri amacıyla önce iğne batma deneyleri yapılmıştır. Daha sonra, iğne batma indeksi değeri tayin edilen her bloktan birer adet karot örneği elde edilmiştir. Her örnekleme yeri için 9 ar adet olmak üzere, toplam 45 adet karot örneğinin İBİ değerleri tayin edilmiştir. Volkanik zeminin İBİ değerleri 1.2 N/mm ile 6.5 N/mm arasında değişim göstermektedir (bkz. Çizelge 5.3). 70

82 Şekil Bu çalışmada iğne batma deneyi için tasarımlanan iğneler ve boyutları. 71

83 Şekil Geçersiz ve geçerli iğne batma deneyleri sonucunda volkanik zemin bloğunda oluşan deliklerin görünümleri Çift Odometre Deney Yöntemiyle Volkanik Zeminin Çökme Potansiyelinin Tayini Yeryüzünde geniş alanlarda yayılım gösteren çökebilir zeminler; alüvyon yelpazeleri, lösler, kalıntı zeminler, tüfler, bozunmuş granitik ve karbonatlı kayaların bulunduğu ortamlarda oluşmaktadırlar. Bu tür zeminler genellikle az miktarda kil içeren, kum ve silt tane boyutundaki, gözenekliliği yüksek gevşek malzemelerdir. [66, 67, 69]. Bu çalışmada incelenen volkanik zemin, ağırlıklı olarak (%52 ile %67 arası) kum tane boyutunda malzeme içermekte ve 72

84 gözeneklilik değerleri %33 ile %46 arasında değişim göstermektedir (bkz. Çizelge 5.1). Bazı çökebilir zeminler karbonat, tuz ve killerden oluşan zayıf bağlayıcı malzemeleri de içermektedirler. Zemindeki büyük boyuttaki tanelerin arasını daha küçük boyuttaki tanelerin veya bağlayıcı malzemenin doldurduğu, tanelerin arasında boşlukların bulunduğu ve tane-tane dokanaklarının az olduğu yapı açık mikroyapı (open microstructure) olarak tanımlanmaktadır [9, 70, 71, 72, 73]. Mikroyapı zeminlerin çökme davranışını kontrol eden en önemli özellik olup, çökebilir zeminler genellikle açık mikroyapıya sahiptir [70, 71, 72, 73, 74, 75]. Bu çalışmada incelenen volkanik zeminin açık mikro yapıya sahip olduğu SEM çözümlemeleriyle belirlenmiş olup, bu konuya ilişkin ayrıntılı bilgi tezin 6. Bölümü nde tartışılmıştır. Holtz ve Hilf [76], çökme mekanizmasını zemindeki doygunluğun %100 e ulaşması ve buna bağlı olarak kapiler basınçların sıfıra düşmesi ile açıklamışlardır. Burland [77] ise, çökmeyi zeminin içerdiği taneler arasındaki dokanakların duraylılığı ile ilişkilendirmiş olup, su içeriğinin artmasına bağlı olarak taneler arası dokanaklarda negatif boşluk suyu basıncının azaldığını ve bu nedenle çökme sırasında tanelerin yer değiştirerek dokanak yapılarının bozulduğunu belirtmiştir. Dudley [70], Barden vd. [71] ve Mitchell [72], çökme davranışını taneler arasındaki bağlayıcı malzeme açısından değerlendirmişler ve çökmenin gerçekleşebilmesi için aşağıda verilen dört koşulun varlığının gerektiğini ifade etmişlerdir. Bu koşullar: 1. Açık ve yarı duraylı mikroyapı, yarı doygun koşullar. 2. Mikroyapının yarı kararlı olmasını sağlayacak büyüklükte toplam gerilme. 3. Zeminin kuru durumdayken duraylı olmasını sağlayacak kadar dayanıma sahip bağlayıcı malzeme içermesi. 4. Son aşamada, zemine suyun girişiyle birlikte emmenin azalmasına bağlı olarak çökme gerçekleşmektedir. Birçok araştırmacı [örneğin; 78, 79, 80, 81] çökme davranışının kuru birim hacim ağırlık, Atterberg limitleri, su içeriği, boşluk oranı, kil içeriği ve gözeneklilik ile ilişkili olduğunu belirtmişlerdir. Bu çalışmada incelenen volkanik zeminin kuru birim hacim ağırlık değerleri 12.4 ile 15.8 kn/m 3 arasında değişim göstermektedir. Clevenger [78], kuru birim hacim ağırlığı 12.6 kn/m 3 den düşük olan zeminlerin 73

85 yüksek çökme potansiyeline sahip, buna karşın kuru birim hacim ağırlığı 14.0 kn/m 3 den yüksek olan zeminlerde çökme potansiyelinin çok daha düşük olduğunu öne sürmüştür. Ancak Jennings ve Knight [69] ve Al Rawas [73] çökebilir zeminlerin geniş bir aralıkta değişen kuru birim hacim ağırlığa sahip olduklarını ve çökme potansiyelinin değerlendirilmesinde sadece kuru birim hacim ağırlığın dikkate alınmasının yanıltıcı olacağını belirtmişlerdir. Bunun yanı sıra araştırmacılar, birim hacim ağırlığın başta çökmeyi kontrol eden en önemli özellik olan su içeriği olmak üzere, zeminin diğer fiziksel ve indeks özellikleriyle birlikte değerlendirilmesi gerektiğini ifade etmişlerdir. Yukarıda değinilen önceki çalışmalar dikkate alındığında, bu çalışmada incelenen volkanik zeminin mikroyapısı, gözenekliliği, kuru birim hacim ağırlığı ve tane boyu açısından çökebilir zeminlerle benzer özelliklere sahip olduğu görülmüştür. Bununla birlikte, Isparta kent merkezindeki volkanik zeminin çökme potansiyelinin araştırılmasına yönelik tek çalışma Mutlutürk vd. [13] tarafından üç örnek üzerinde gerçekleştirilmiş olup, araştırmacılar örneklerin Jennings and Knight [69] ın sınıflamasına göre orta derecede çökme potansiyeline sahip olduğunu belirlemişlerdir. Tezin 1. Bölümü nde sunulan bu konuyla ilgili dünya genelindeki önceki çalışmalarda; volkanik zeminlerin çökme potansiyelinin belirlenmesine yönelik araştırmalar yapılmamıştır. Hem Isparta daki, hem de dünya genelindeki volkanik zeminlerin çökme potansiyellerinin yeterince araştırılmamış olması dikkate alınarak, bu tez çalışmasına konu olan volkanik zeminin çökme potansiyeli beş farklı lokasyondan alınan örselenmemiş örnekler üzerinde odometre deneyleri yapılarak araştırılmıştır. Çökme potansiyelinin belirlenmesi için ASTM [47] tarafından önerilen çökme deneyinde tek bir örnek deneye tabi tutulup, 200 kpa lık normal gerilme altında iken örneğe su verilmekte ve çökme miktarı hesaplanmaktadır. Ancak, bu çalışmada, Isparta daki volkanik zemine yapılardan aktarılacak olan yükler de düşünülerek, 5 kpa dan 800 kpa a kadar değişen normal gerilmeler altında zeminin çökme davranışı ve çökme potansiyelinin belirlenebilmesi amacıyla çift odometre deneyleri uygulanmıştır. Lutenegger ve Saber [82] tarafından önerilen çift odometre deney yönteminde, aynı yerden alınan iki adet örselenmemiş örnek deneye tabi tutulmaktadır. Deneyler; örneklerden biri doğal su içeriğinde, diğer 74

86 örnek ise deney hücresi su ile doldurularak doygun koşullarda ASTM [45] nin konsolidasyon deneyi için önerdiği yükleme koşullarına uygun olarak yapılmaktadır. Doğal su içeriği ve doygun koşullarda aynı yükleme aşamalarına tabi tutulan iki örneğin normal gerilme- boşluk oranı eğrileri tek bir grafik üzerinde birleştirilmektedir (Şekil 5.15). Böylece elde edilen grafikten, deneyin başlangıcından sonuna değin uygulanan tüm normal gerilme aşamaları için iki eğri arasındaki boşluk oranı e) veya deformasyon farkları ( H) kullanılarak çökme birim deformasyonları belirlenebilmektedir. Çökme potansiyeli (I c ), boşluk oranı değerleri esas alınarak Eşitlik 5.5 in kullanılmasıyla hesaplanmaktadır. (5.5) Burada; I c : Çökme potansiyeli (%) e : Belirli bir normal gerilme aşaması için iki eğri arasındaki boşluk oranı farkı (bkz. Şekil 5.15) e 0 : Örneğin başlangıç boşluk oranı dır. Boşluk oranının yanı sıra, örnekte oluşan birim deformasyonlar da dikkate alınarak, I c nin hesaplanması mümkün olup, bu tez çalışmasında örneklerin I c değerleri birim deformasyonlar kullanılarak belirlenmiştir. Uygulanan her normal gerilme altında örnekte oluşan birim deformasyonlar (I), ASTM [45] tarafından çökme birim deformasyonlarının belirlenmesi için önerilen Eşitlik 5.6 nın kullanılmasıyla hesaplanmış ve Normal gerilme - Çökme birim deformasyonu eğrileri çizilmiştir. (5.6) Burada; I : Çökme birim deformasyonu (%) d 0 : Normal gerilme uygulanmadan önceki deformasyon okuması (mm) d : Normal gerilme uygulandıktan sonraki deformasyon okuması (mm) h 0 : Örneğin deney başlangıcındaki yüksekliği (mm) dir. 75

87 Herhangi bir normal gerilme seviyesi için doğal su içeriği ve doygun koşula ait eğriler arasındaki birim deformasyon farkı, söz konusu normal gerilme altındaki zeminin çökme potansiyeli (I c ) dir. Örnek olarak, Şekil 5.16 a daki grafikte 200 kpa normal gerilme için I c = ( ) = % 3.1 olarak hesaplanmıştır. Bu tez çalışmasında, her örnekleme yeri için 2 adet olmak üzere, toplam 10 adet çift odometre deneyi yapılmıştır. Her deneyde biri doğal su içeriğinde, diğeri ise doygun koşulda olmak üzere iki örselenmemiş örnek kullanılmış olup, toplam 20 adet odometre deneyi gerçekleştirilmiştir. Örneklerin doğal su içerikleri %9 ile %11 arasında değişim göstermektedir. Volkanik zemin örneklerine ait çift odometre deneylerinden elde edilen çökme grafikleri Şekil de verilmiştir. Bu çökme grafiklerinden 5 kpa dan 800 kpa a kadar herhangi bir normal gerilme ( n ) için çökme potansiyelinin (I c ) belirlenmesi olanaklıdır. Deneye tabi tutulan tüm örneklerin, 5, 25, 50, 100, 200, 400 ve 800 kpa lık normal gerilmeler altındaki I c değerleri yukarıda anlatıldığı gibi belirlenmiş ve Çizelge 5.5 de sunulmuştur. Şekil Jennings ve Knight [69] tarafından önerilen çift odometre deneyi sonucunda elde edilen e-logp eğrileri. 76

88 (a) 1. deney (b) 2. deney Şekil no.lu örnekleme yerinden alınan örneklerin çökme grafikleri. 77

89 (a) 1. deney (b) 2. deney Şekil no.lu örnekleme yerinden alınan örneklerin çökme grafikleri. 78

90 (a) 1. deney (b) 2. deney Şekil no.lu örnekleme yerinden alınan örneklerin çökme grafikleri. 79

91 (a) 1. deney (b) 2.deney Şekil no.lu örnekleme yerinden alınan örneklerin çökme grafikleri. 80

92 (a) 1. deney (b) 2.deney Şekil no.lu örnekleme yerinden alınan örneklerin çökme grafikleri. 81

93 Şekil 5.21 de verilen çökme potansiyeli histogramına göre, genel olarak 100 kpa lık normal gerilmeden itibaren incelenen volkanik zeminin çökme potansiyeli belirgin bir artış göstermekte olup, 3 no.lu lokasyondan alınan örneklerin çökme potansiyelleri, diğer lokasyonlara ait örneklere göre daha düşüktür (Şekil 5.21). Deney sonuçları incelendiğinde, 2 no.lu lokasyondan alınan örneğin (2. deney) 800 kpa normal gerilme altında en büyük çökme potansiyeli değerine (I c = %9.64) sahip olduğu görülmektedir (bkz. Çizelge 5.5 ve Şekil 5.21). ASTM [45], 200 kpa normal gerilme altındaki çökme birim deformasyonunu çökme indeksi (I e ) olarak tanımlanmış ve Çizelge 5.6 da sunulan çökme indeksi (I e ) sınıflamasını önermiştir. Çizelge 5.5 de 200 kpa normal gerilme altındaki çökme potansiyeli değerleri aynı zamanda örneklerin çökme indeksi (I e ) değerleridir. Yine 2 no.lu lokasyondan alınan örneğin en yüksek çökme indeksi değerine (I e = % 6.55) sahip olduğu görülmektedir. Bu örnek, ASTM [45] tarafından önerilen çökme indeksi (I e ) sınıflandırmasında şiddetli çökme sınıfına girmektedir (Çizelge 5.6). Çökme indeksi sınıflaması yalnızca 200 kpa normal gerilme altındaki çökme potansiyeline göre önerilmiştir. Ancak, bu tez çalışmasında çökme indeksi sınıflaması (bkz. Çizelge 5.6) tüm normal gerilmeler altındaki çökme potansiyeli değerleri için kullanılmış ve örnekler tüm normal gerilmeler için sınıflandırılmıştır. Volkanik zemin örneklerinin normal gerilmeye karşı çökme sınıflaması dağılımları Şekil 5.22 de görülmektedir. Dağılım incelendiğinde, 100 kpa a kadar olan normal gerilme düzeylerinde ağırlıklı olarak hafif çökme gözlenirken, 100 kpa ile 800 kpa arasındaki normal gerilmelerde ağırlıklı olarak orta derecede çökme ve şiddetli çökme söz konusudur. Bununla birlikte, 200 kpa dan itibaren ve özellikle bu değerden daha yüksek normal gerilmeler altında volkanik zeminde şiddetli çökmenin gerçekleşmesi söz konusudur (Şekil 5.21 ve 5.22). 82

94 Çizelge 5.5. Tüm örneklerin çift odometre deneylerinden elde edilen çökme Normal Gerilme (kpa) Lok.1 1.deney potansiyeli ( I c ) değerleri. Lok.1 2.deney Lok.2 1.deney Çökme potansiyeli, I c (%) Lok.2 2.deney Lok.3 1.deney Lok.3 2.deney Lok.4 1.deney Lok.4 2.deney Lok.5 1.deney Lok.5 2.deney Şekil Volkanik zemin örneklerinin normal gerilmelere karşılık gelen çökme potansiyeli histogramı. 83

95 Çizelge 5.6. Çökme İndeksi (I e ) Sınıflandırması [45]. Çökme Derecesi Çökme İndeksi, I e, (%) Çökme yok 0 Hafif çökme Orta derecede çökme Şiddetli çökme Çok şiddetli çökme >10 Şekil Volkanik zemin örneklerinin normal gerilmeye karşılık çökme sınıflamasına göre çökme potansiyellerinin dağılımları. Tez çalışması kapsamında incelenen volkanik zeminlerin mikro-yapısının çökme potansiyeline etkisinin araştırılması amacıyla, taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri yapılmıştır. Örselenmemiş (doğal) ve 100, 200 ve 800 kpa lık normal gerilmeler altında çökmeye maruz kalmış (deney sonrası) örneklerin mikro yapısı SEM kullanılarak görüntülenmiştir. Bu analizlere ait değerlendirmeler ve sonuçlar tezin 6. Bölümü nde ayrıntılı olarak tartışılmıştır. 84

96 Çöken zemin özelliğine sahip farklı türde zeminler üzerinde çalışan bazı araştırmacılar (örneğin; 83, 84, 85] zeminin kolay belirlenebilen fiziksel özelliklerinden çökme potansiyelinin kestirimi amacıyla görgül ilişkiler önermişlerdir. Basma ve Tuncer [83] 8 farklı zeminin, Dipova [84] Antalya daki tufa çökellerinin ve Zorlu [85] Adana daki kalişlerin çökme davranışını incelemişlerdir. Söz konusu çalışmalarda; birim hacim ağırlık, özgül ağırlık, boşluk oranı, sıkışabilirlik katsayısı ve ince tane yüzdesi gibi özellikler ile çökme potansiyeli arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Bu tez çalışmasında ise, çökme potansiyeli (I c ) ile boşluk oranı (e), ince tane oranı (İTO) ve özgül ağırlık (G s ) arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. İlişkiler geliştirilirken çökme deneylerinde uygulanan 5, 25, 50, 100, 200, 400 ve 800 kpa lık normal gerilmeler altındaki I c değerleri esas alınmış olup, G s ve İTO ile I c arasında anlamlı ilişkilerin olmadığı belirlenmiştir (Şekil 5.23 ve 5.24). Tüm normal gerilmeler (5, 25, 50, 100, 200, 400, 800 kpa) altında belirlenen volkanik zeminin I c değerleri ile deneylere tabi tutulan örneklerin boşluk oranları (e) arasında belirleme katsayıları R 2 = ve R 2 = arasında değişen doğrusal ilişkiler elde edilmiştir. Her normal gerilme seviyesi için belirlenen doğrusal ilişkiler Şekil 5.25 deki grafikte ilgili normal gerilmenin yanında verilmiştir. Şekil 5.25 de görüldüğü gibi; 5, 50, 100 ve 200 kpa lık normal gerilmeler için belirlenen I c - e ilişkilerine ait belirleme katsayıları oldukça yüksek olup, R 2 = ve R 2 = arasında değişim göstermektedir. Isparta kent yerleşim alanındaki volkanik zemin için, boşluk oranından I c nin kestirimi için elde edilen ilişkilerden, yüksek belirleme katsayısına sahip ilişkilerin dikkate alınması yararlı olacaktır. Volkanik zeminin çökme potansiyelinin G s, n, e ve İTO gibi özellikler kullanılarak dolaylı yoldan kestirimi amacıyla çoklu regresyon analizlerinin yapılması düşünülmüştür. Ancak, çift odometre deney yönteminde her lokasyon için farklı normal gerilmeler altında belirlenen çökme potansiyeli değerlerinin aynı örneğe ait olması, çoklu regresyon analizlerinde örnekler açısından bağımlılık sorunu yaratmaktadır. Hem veri sayısının yetersiz olması, hem de bağımlılık sorunu nedeniyle önerilecek modellerin anlamlı olamayacağı düşünülerek, çoklu regresyon analizlerinin yapılmasından vazgeçilmiştir. 85

97 Şekil Çökme deneylerinde uygulanan tüm normal gerilmeler için volkanik zemine ait çökme potansiyeline (I c ) karşılık İTO değerlerinin dağılımı. Şekil Çökme deneylerinde uygulanan tüm normal gerilme değerleri için volkanik zeminin çökme potansiyeline (I c ) karşı G s değerlerinin dağılımı. 86

98 Şekil Çökme deneylerinde uygulanan tüm normal gerilmeler altında volkanik zemine ait çökme potansiyeli (I c ) değerleri ile boşluk oranları arasındaki ilişkiler ve bu ilişkilerin belirleme katsayıları (R 2 ) Volkanik Zeminin Makaslama Dayanımı Bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminin makaslama sırasındaki davranışının değerlendirilmesi ve makaslama dayanımı parametrelerinin belirlenmesi amacıyla, tüm örnekleme yerlerinden alınan toplam 37 örnek üzerinde 5 set deformasyon kontrollü doğrudan makaslama deneyleri yapılmıştır. Tüm örnekleme yerleri için Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafikleri çizilmiş olup, doruk ve artık makaslama dayanımı parametreleri ve yenilme zarflarının belirleme katsayıları (R 2 ) hesaplanmıştır. Ayrıca grafiklerde; tüm örneklerin doğrusal, eğrisel ve çift doğrusal yenilme zarfları çizilmiş ve volkanik zeminin yenilme davranışı yorumlanmıştır. Son aşamada ise, tüm örneklere ait veri tek bir Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiğinde birleştirilerek genelleştirilmiş 87

99 eğrisel, doğrusal ve çift doğrusal yenilme zarfları çizilmiştir. Bu hususlarla ilgili değerlendirmeler aşağıda verilen alt bölümlerde sunularak tartışılmıştır Doğrudan Makaslama Deneyleri Doğrudan makaslama deneyleri; doğal su içerikleri %9 ile %12 arasında değişen, 6x6x2 cm boyutlarındaki toplam 37 adet örselenmemiş örnek üzerinde gerçekleştirilmiştir. Isparta kent merkezinde yeraltısuyu tablası oldukça derinde olup, Bölüm 5.6 da belirtildiği gibi permeametre deneyleri sonucunda volkanik zeminin geçirgenliğinin düşük olduğu anlaşılmıştır. Bununla birlikte, volkanik zeminin doğal su içeriği ve buna bağlı olarak doygunluk değerleri mevsimsel olarak dar bir aralıkta değişim göstermekte olup (bkz. Şekil 7.3), zemin yerinde tam doygun koşullara ulaşmamaktadır. Tezin 7. Bölüm ünde belirtileceği gibi, volkanik zemin örnekleri tümüyle su içine konulduklarında ya da nem odasında bekletilerek tam doygun hale getirildiklerinde dağılmakta ve çamur kıvamına dönüşmektedirler (bkz. Şekil 7.2 ve Şekil 7.4). Bu nedenlerle, doğrudan makaslama deneyleri deney haznesi su ile doldurulmadan örnekler %9 ile %12 arasında değişen doğal su içeriklerinde göreceli olarak yüksek bir ilerleme hızıyla (0.5 mm/dak) makaslamaya tabi tutulmuşlardır. Deney haznesi su ile doldurulmadığından ve örneklerin su içerikleri çok düşük olduğundan, deney sırasında boşluk suyu basınçlarının gelişmemiş ve dolayısıyla doğrudan makaslama deneylerinin drenajlı koşullarda yapılmış olduğu düşünülmüştür [86]. Volkanik zeminin düşük ve yüksek normal gerilmeler altında makaslama dayanımındaki değişimin belirgin bir şekilde gözlenebilmesi amacıyla, deneylerde 6 kpa dan 500 kpa a kadar değişen geniş bir aralıkta normal gerilmeler uygulanmıştır. Tüm örneklere ait grafiklerde normal gerilme - makaslama gerilmesi veri çiftlerinin dağılımı incelendiğinde; belirli normal gerilme aralıklarında iki farklı doğrusal yenilme zarfına sahip oldukları anlaşılmıştır. Bu hususun değerlendirilebilmesi amacıyla, düşük ve yüksek normal gerilmeler için iki ayrı doğrusal yenilme zarfı çizilerek, tüm örnekler için çift doğrusal yenilme zarfları elde edilmiştir. Bununla birlikte, yine tüm örneklere ait doğrusal ve eğrisel yenilme zarfları da çizilmiştir. İnceleme alanındaki 5 yerden alınan örneklerin doğrusal ve eğrisel yenilme zarfları ile düşük ve yüksek normal gerilmeler altındaki çift 88

100 doğrusal yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafikleri Şekil de verilmiştir. Şekil no.lu örneğin doğrusal ve eğrisel yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. Şekil no.lu örneğin düşük ve yüksek normal gerilmeler altındaki çift doğrusal yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. 89

101 Şekil no.lu örneğin doğrusal ve eğrisel yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. Şekil no.lu örneğin düşük ve yüksek normal gerilmeler altındaki çift doğrusal yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. 90

102 Şekil no.lu örneğin doğrusal ve eğrisel yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. Şekil no.lu örneğin düşük ve yüksek normal gerilmeler altındaki çift doğrusal yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. 91

103 Şekil no.lu örneğin doğrusal ve eğrisel yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. Şekil no.lu örneğin düşük ve yüksek normal gerilmeler altındaki çift doğrusal yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. 92

104 Şekil no.lu örneğin doğrusal ve eğrisel yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. Şekil no.lu örneğin düşük ve yüksek normal gerilmeler altındaki çift doğrusal yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. 93

105 Şekil 5.36 da, 5 no.lu örneğe ait makaslama birim deformasyonu - makaslama gerilmesi grafiği örnek olarak verilmiş olup, volkanik zeminin genel olarak düşük normal gerilmeler altında iken doruk makaslama dayanımına daha az makaslama yerdeğiştirmesi gerçekleştikten sonra ulaştığı belirlenmiştir. Bununla birlikte, düşük normal gerilme seviyelerinde volkanik zemin kırılgan (gevrek) davranırken, yüksek normal gerilmeler altında sünümlü davranış göstermektedir (Şekil 5.36). Gelecekte, bu volkanik zemin üzerinde yapılacak olan makaslama deneylerinde dikkat edilmesi gereken diğer bir husus ise, bu zeminin içerdiği çakılların deney sonuçlarını nasıl etkilediğidir. Bu tez kapsamında, deneyler bittikten sonra örnekler hücreden çıkarılmadan önce makaslanan yüzeyler incelenmiş ve makaslanan hat boyunca büyük boyutta bir çakıla rastlanması halinde makaslama dayanımının normalden yüksek çıktığı görülmüş olup, bu tür sonuçların alındığı deneyler iptal edilmiştir. Yüksek normal gerilmeler altında doruk veya artık makaslama dayanımı arasında çok büyük farklılıkların çıkması durumunda, deney sonuçlarının tekrar değerlendirilmesi ve deney örneğinin içerdiği çakıllara bakılması gerekmektedir. Bu çalışma kapsamında, aykırı sonuçlar veren bir örneğin yenilme yüzeyi üzerinde gözlenen çakıllara ait görüntü Şekil 5.37 de verilmiştir. Söz konusu deney 300 kpa normal gerilme altında gerçekleştirilmiş olup, hem doruk makaslama dayanımı değerleri hem de d / a oranı diğer sonuçlara göre çok yüksek çıkmıştır. Bu deney iptal edilerek aynı normal gerilme değeri (300 kpa) için doğrudan makaslama deneyi diğer bir örnek üzerinde tekrar yapılmıştır Volkanik Zeminin Makaslama Yenilmesi Davranışının Değerlendirilmesi Tüm örneklere ait çift doğrusal yenilme zarflarını gösteren grafikler incelendiğinde, genel olarak 100 ile 300 kpa lık arasında değişen normal gerilmelerden itibaren daha yüksek normal gerilmeler altında volkanik zeminin kohezyon ve içsel sürtünme açısı değerleri azalmaktadır (bkz. Şekil 5.27, 5.29, 5.31, 5.33 ve 5.35). Volkanik zeminin makaslama davranışının genel olarak değerlendirilmesi amacıyla, tüm makaslama deneylerine ait sonuçlar tek bir Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği üzerine topluca aktarılmış ve genelleştirilmiş yenilme zarfları çizilmiştir. Zeminin genelleştirilmiş doğrusal ve eğrisel yenilme zarfları ile düşük ve yüksek normal gerilmeler altındaki çift doğrusal yenilme zarfları sırasıyla 94

106 Şekil 5.38 ve 5.39 da verilmiştir. Ayrıca, genelleştirilmiş yenilme zarflarından belirlenen doruk ve artık makaslama dayanım parametreleri (c, ), zarflara ait eşitlikler ve belirleme katsayıları da Şekil 5.38 ve 5.39 ile Çizelge 5.7 de sunulmuştur. Şekil no.lu örneğe ait birim deformasyon - makaslama gerilmesi grafiği. Şekil Doğrudan makaslama deneyinde aykırı sonuçlar veren örneğin yenilme yüzeyi üzerinde gözlenen farklı çaplardaki çakılların görüntüsü. 95

107 96 Çizelge 5.7. Volkanik zeminin doğrusal ve çift doğrusal yenilme zarflarından elde edilen makaslama dayanım parametreleri ve yenilme zarflarının belirleme katsayıları. Çift doğrusal yenilme zarfı Doğrusal yenilme zarfı Düşük normal gerilme (kpa) Yüksek normal gerilme (kpa) Doruk Artık Doruk Artık Doruk Artık Ö.Y c d d (kpa) ( 0 ) R 2 c a a (kpa) ( 0 ) R 2 c d d (kpa) ( 0 ) R 2 c a a (kpa) ( 0 ) R 2 c d d (kpa) ( 0 ) R 2 c a a (kpa) ( 0 ) R Y.Z Ö.Y.:Örnekleme yeri c d : Doruk kohezyon d : Doruk içsel sürtünme açısı c a : Artık kohezyon a : Artık içsel sürtünme açısı R 2 :Belirleme katsayısı Y.Z : Genelleştirilmiş yenilme zarfı 96

108 Şekil Tüm örneklerin genelleştirilmiş doğrusal ve eğrisel yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. Şekil Tüm örneklerin düşük ve yüksek normal gerilmeler altındaki genelleştirilmiş çift doğrusal yenilme zarflarını gösteren Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiği. 97

109 Volkanik zemine ait genelleştirilmiş çift doğrusal yenilme zarflarından görüldüğü gibi, 200 ile 300 kpa arasında değişen normal gerilmelerden daha yüksek gerilmeler altında makaslama dayanımı parametreleri azalmaktadır (Şekil 5.39). Genelleştirilmiş yenilme zarfları ve bunlara ait kohezyon değerleri dikkate alındığında, yüksek normal gerilmeler altında volkanik zeminin doruk kohezyonunun azaldığı görülmektedir (Şekil 5.38 ve Çizelge 5.7). Bununla birlikte, 6 kpa dan 200 kpa a kadar olan normal gerilmeler altında doruk ve artık içsel sürtünme açısı değerleri sırasıyla 44 0 ve 40 0 iken, 300 kpa dan daha yüksek normal gerilmeler altında doruk ve artık içsel sürtünme açıları sırasıyla 40 0 ve 36 0 ye düşmektedir (Şekil 5.39). Sonuç olarak; örnekleme lokasyonu bazında tüm örneklere ait çift doğrusal yenilme zarfları ile genelleştirilmiş çift doğrusal yenilme zarfları dikkate alındığında, volkanik zeminin düşük ve yüksek normal gerilmeler altında farklı eğimdeki yenilme zarflarına sahip olduğu anlaşılmaktadır. Isparta daki volkanik zeminleri inceleyen Totiç [17], hem örselenmemiş hem de sıkıştırılarak hazırlanmış örnekler üzerinde doğrudan makaslama deneyleri yapmıştır. Bu tez çalışmasında ise, sadece örselenmemiş örnekler kullanılarak makaslama deneyleri yapıldığından, her iki çalışma arasında karşılaştırma yapılırken, Totiç [17] in sadece örselenmemiş örnekler üzerinde yaptığı deney sonuçları dikkate alınmıştır. Çalışması tezin 1. Bölümü nde ayrıntılı olarak anlatılan Totiç [17] in Isparta daki volkanik zeminler için belirlediği makaslama dayanımı parametreleri (bkz. Şekil 1.10) ile bu çalışmada elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında (bkz. Çizelge 5.7), aralarında çok önemli farklılıklar olmadığı görülmektedir. Totiç [17], doğrudan makaslama deneylerini 0, 50, 100, 200 ve 300 kpa lık normal gerilmeler altında gerçekleştirmiş olup, düşük normal gerilme düzeylerinden yüksek normal gerilme düzeylerine geçildiğinde makaslama dayanımı parametrelerinin değişimine ilişkin herhangi bir değerlendirme yapmamıştır. Araştırmacı ayrıca, sapmaya neden olan deney sonuçlarını çalışmasında kullanmadığını belirtmiş ve sapma gösteren deney sonuçlarını tezinde vermemiştir. Tezin 1. Bölümü nde çalışmaları ayrıntılı olarak anlatılan Hürlimann vd. [9], örselenmemiş örnekler üzerinde düşük ve yüksek normal gerilmeler altında gerçekleştirdikleri iki farklı doğrudan makaslama deney sonucunu aynı Normal 98

110 gerilme - Makaslama gerilmesi grafiğinde birleştirmişlerdir (bkz. Şekil 1.6). Araştırmacılar, düşük ve yüksek normal gerilmeler altında iki adet doğrusal yenilme zarfı (çift doğrusal yenilme zarfı) elde etmişlerdir. Hürlimann vd. [9] SEM çözümlemeleri sonucunda; aynı zeminde farklı normal gerilmeler altında farklı yenilme zarflarının elde edilmesini, yüksek normal gerilmeler altında zemindeki bağ dayanımının azalması ya da bağların koparak tahrip olmasıyla ilişkilendirmişlerdir. Bu tez çalışmasında da, Hurlimann vd. [9] nin elde ettiği sonuçlara benzer şekilde, düşük ve yüksek normal gerilmeler altında farklı eğimlere sahip iki yenilme zarfı elde edilmiştir. Hürlimann vd. [9], doğrudan makaslama deneylerinde bu çalışmada uygulanan normal gerilmelerden çok daha yüksek normal gerilmeler uygulamışlardır. Her iki çalışmada uygulanan normal gerilmeler açısından farklılıklar olsa da, tezin 1. Bölümü nde anlatıldığı gibi, Hürlimann vd. [9] tarafından incelenen volkanik zeminler bu çalışmada incelenen volkanik zemine benzer şekilde zayıf bağlayıcı malzeme içermektedir. Bu çalışmada incelenen volkanik zemin, volkan camından oluşan zayıf bağlayıcı malzemeye sahiptir. Volkanik zeminin içerdiği bağlayıcı malzemeye ilişkin ayrıntılı bilgi tezin 4. ve 6. Bölümleri nde verilmiştir. Yukarıda değinilen hususlar dikkate alınarak, bu tez çalışmasında incelenen zeminde düşük ve yüksek normal gerilmeler altında iki farklı yenilme zarfının elde edilmesinin nedeninin belirlenmesi amacıyla, düşük ve yüksek normal gerilmeler altında makaslamaya tabi tutulan iki örnek üzerinde SEM çözümlemeleri gerçekleştirilmiştir. Bu konuya ilişkin ayrıntılı bilgi Bölüm 6.3 de verilmiş olup, SEM çözümlemeleri sonucunda yüksek normal gerilmeler altında zeminin içerdiği bağlayıcı malzemenin önemli ölçüde tahrip olduğu ve doğal yapısının bozulduğu belirlenmiştir (bkz. Şekil 6.12 ve 6.13). Bölüm 5.5 ve Bölüm 6.2 de belirtildiği gibi, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zemininin içerdiği bağlayıcı malzemenin dayanımı çökme davranışını da önemli ölçüde etkilemektedir. 99

111 Çökme deneyleri sonucunda, 100 kpa dan daha yüksek normal gerilmeler altında volkanik zeminin çökme indeksi değerlerinin (I e ) ve çökme potansiyelinin (I c ) arttığı belirlenmiştir (bkz. Şekil 5.21 ve 5.22). Buna göre, 200 ile 300 kpa arasında değişen normal gerilmelerden itibaren daha yüksek normal gerilmeler altında volkanik zeminin makaslama dayanımı parametreleri azalmakta (bkz. Şekil 5.39) ve diğer yandan 100 ile 200 kpa dan daha yüksek normal gerilmeler altında çökme potansiyeli belirgin bir artış göstermektedir. SEM çözümlemelerinden elde edilen sonuçlara göre, söz konusu iki davranışın volkanik zeminin içerdiği bağlayıcı malzemenin dayanımı ile ilişkili olduğu anlaşılmıştır. Yukarıdaki hususlar dikkate alındığında, bu tez çalışmasında ve Hürlimann vd. [9] tarafından incelenen volkanik zeminlerde yüksek normal gerilmeler altında bağlayıcı malzemenin tahrip olması nedeniyle makaslama dayanımında azalma olduğu anlaşılmaktadır. Bu açıdan bir yaklaşım yapılacak olursa, yalnızca Isparta daki volkanik zeminler için değil, buna benzer zayıf bağlayıcı malzemeye sahip olan tüm zemin türleri için makaslama dayanımındaki değişimin ve/veya çökme potansiyelinin geniş bir aralıkta değişen normal gerilme seviyeleri için araştırılmasının gerekli olduğu ortaya çıkmaktadır. Yukarıda ayrıntısına değinilen volkanik zeminin makaslama davranışının değerlendirilmesine ilişkin tüm hususlar dikkate alındığında; çift doğrusal yenilme zarflarının tümünde belirli bir değerden daha yüksek normal gerilmeler altında yenilme zarflarının eğiminin ve dolayısıyla makaslama dayanımının azaldığı anlaşılmıştır. Sonuç olarak, Isparta yerleşiminin temel zeminini oluşturan volkanik zeminin, çift doğrusal yenilme zarfına uygun bir makaslama davranışı gösterdiği belirlenmiştir Volkanik Zeminin Hidrolik İletkenlik Katsayısının Belirlenmesi Tezin 1. Bölümü nde özetlenen volkanik zeminlerle ilgili önceki çalışmalarda bu tür zeminlerin hidrolik iletkenlik katsayıları tayin edilmemiştir. Ayrıca, bu tezin arazi çalışması aşamasında yapılan sondajlarda da teknik güçlükler nedeniyle volkanik zeminin yerindeki hidrolik iletkenlik katsayısı belirlenememiştir. Söz konusu 100

112 özelliğin belirlenmesine yönelik eksikliğin giderilmesi amacıyla, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminin hidrolik iletkenlik katsayısı, örselenmiş örnekler üzerinde 3 adet düşen seviyeli permeametre deneyi yapılarak tayin edilmiştir. Deneyler Hacettepe Üniversitesi Jeo-Hidroloji Laboratuvarı nda yapılmış olup, kullanılan deney düzeneği Şekil 5.40 da gösterilmiştir. Deneylerde, ASTM - D5084 [45] tarafından önerilen yöntem esas alınmış ve hidrolik iletkenlik katsayısı (k) Eşitlik 5.7 kullanılarak hesaplanmıştır. Volkanik zeminin hidrolik iletkenliği düşük olup, k nın ortalama 3.5x10-7 m.s -1 olduğu belirlenmiştir (Çizelge 5.8). Davis [87] tarafından farklı zeminler için belirlenen ve hidrolik iletkenlik katsayıları 2x10-4 ile 9x10-7 m.s -1 arasında değişen zeminler orta ve ince kumlu zeminlerdir. Bu tez çalışmasında yapılan tane boyu dağılımı analizlerinde de, volkanik zemin örneklerinin ağırlıklı olarak (%52 ile %67 arası) kum tane boyu malzeme içerdiği belirlenmiş (bkz. Çizelge 5.2) olup, elde edilen k değerleri malzemenin tane boyu ile uyum göstermektedir. Bununla birlikte, yukarıda verilen hidrolik iletkenlik katsayılarının laboratuvarda örselenmiş örnekler üzerinde tayin edildiği ve arazideki hidrolik iletkenlik katsayısını birebir yansıtmayabileceği dikkate alınmamalıdır. (5.7) Burada; r 2 t : Darcy tüpünün kesit alanı (m 2 ) r ö : Deney örneğinin kesit alanı (m 2 ) L : Örnek uzunluğu (m) h 1 : t 1 zamanında kaydedilen yük kaybı (m) h 2 : t 2 zamanında kaydedilen yük kaybı (m) t : h 1 ve h 2 nin kaydedilmesi arasındaki zaman farkı (s) dır. 101

113 Çizelge 5.8. Volkanik zeminin geçirgenlik katsayısı (k) değerleri. Hidrolik iletkenlik katsayısı, (k) Örnek No. (m.s -1 ) x x x 10-7 Şekil Volkanik zemin örneklerinin hidrolik iletkenliklerinin tayininde kullanılan permeametre deney düzeneği. 102

114 6. VOLKANİK ZEMİNİN MİKROYAPISI VE BUNUN JEOMEKANİK ÖZELLİKLERE ETKİSİ Isparta daki volkanik zeminlerin mikroyapısal özellikleri, tane ve bağlayıcı malzemenin türü ve bunların birbirleriyle ilişkilerinin belirlenmesi ve bu özelliklerin dayanım üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi amacıyla Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri yapılmıştır. Bu analizler ve değerlendirmelerle tezin önceki çalışmalar bölümünde diğer bazı araştırmacıların benzeri zeminlerin mikroyapısı ve bunun jeomekanik özellikler üzerindeki etkileri konusunda yapılan çalışmalara da katkı sağlanması amaçlanmıştır. SEM çözümlemelerinin, özellikle tane bağlayıcı malzeme ilişkisinin, bağlayıcı malzemenin oranının ve taneler arası bağ dayanımının malzemenin çökme potansiyelini, makaslama dayanımını ve deformasyon karakteristiklerini hangi ölçüde denetlediğinin değerlendirilmesi açısından yararlı olacağı düşünülmüştür Volkanik Zeminin İçerdiği Bağlayıcı Malzemenin İncelenmesi Volkanik zemindeki bağlayıcı malzemenin tanımlanması amacıyla, Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü ndeki Carl Zeiss EVO 50EP markalı SEM cihazı kullanılarak 2 adet doğal (örselenmemiş) örnek içindeki bağlayıcı malzemenin mikro analizleri yapılmıştır. SEM çözümlemelerinin tümü Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü ndeki Mineraloji-Petrografi Anabilim Dalı öğretim üyelerinden destek alınarak yapılmış ve yorumlanmıştır. SEM çözümlemelerinde 10 kv ivmelendirici gerilim, pa demet akımı ve 10 mm çalışma mesafesi kullanılmıştır. Volkanik zemin örnekleri öncelikle alüminyum tutucu üzerine gümüş yapıştırıcı ile sabitlenmiş ve tamamen kurumaları için 2 gün süreyle C ye ayarlanmış etüvde bekletilmiştir. Daha sonra, görüntülerin net bir şekilde elde edilmesi amacıyla incelenecek olan yüzeyler vakum altında altınla kaplanmıştır. Mikro-analizler SEM e monte edilmiş EDS (Enerji Dağılım Spektrometresi) cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Mikro-analizler kapsamında, örnekler SEM de incelendiği sırada EDS kullanılarak bağlayıcı malzemeye atış yapılmıştır. Bu 103

115 sayede, bağlayıcı malzemedeki element içeriklerini gösteren spektrumlar (tayflar) elde edilmiştir. Şekil 6.1a ve Şekil 6.2a da sırasıyla Örnek 1 ve Örnek 2 ye ait SEM görüntülerinde bağlayıcı malzemenin olduğu kesime EDS ile atış yapılmış ve bağlayıcı malzemenin element içeriklerine ait spektrumlar elde edilmiştir. Spektrumlar ilgili uzman tarafından yorumlanmış olup, bağlayıcı malzemenin yüksek miktarda silisyum (Si) içerdiği ve volkan camı olduğu belirlenmiştir. Örnek 2 ve Örnek 3 deki bağlayıcı malzemeye ait spektrumlar ise, sırasıyla Şekil 6.1b ve Şekil 6.2b de verilmiştir. Bağlayıcı malzemenin türü açısından bu çalışmada elde edilen sonuçlara benzer şekilde, O Rourke ve Crespo [2] da inceledikleri volkanik zeminde volkan camının veya camın bozunması sonucu oluşan türevlerinin bağlayıcı malzeme olarak bulunduğunu belirtmişlerdir Çökme Davranışı ve Zeminin Mikroyapısı Arasındaki İlişkinin Değerlendirilmesi Zemindeki büyük boyuttaki tanelerin arasını daha küçük boyuttaki tanelerin veya bağlayıcı bir malzemenin doldurduğu, tanelerin arasında boşlukların bulunduğu ve tane-tane dokanaklarının az olduğu yapı açık mikroyapı (open microstructure) olarak tanımlanmaktadır [9, 70, 71, 72, 73]. Birçok araştırmacı [örneğin; 70, 71, 72, 73, 74, 75] mikroyapının zeminlerin çökme davranışını kontrol eden en önemli parametre olduğunu ve açık mikroyapıya sahip zeminlerde çökme davranışının gözlendiğini belirtmişlerdir. Casagrande [74], açık mikroyapıya sahip zeminlerin sabit gerilme altındayken doygunluklarının artmasına koşut olarak çökme davranışının geliştiğini ve bu koşullar altında bağlayıcı malzemenin dayanımının önemli ölçüde azaldığını ifade etmiştir. Casagrande [74], çökme sırasında tanelerin arasında bulunan bağlayıcı malzemenin zemin içindeki boşluklara doğru hareket ederek boşlukları doldurduğunu, gerilmenin etkisiyle tanelerin birbirlerine yaklaşarak dokanaklarının arttığını ve çökme sonucunda zeminin daha sıkı bir yapıya sahip olduğunu belirtmiştir. 104

116 (a) (b) Şekil 6.1. (a) Örnek 1 in (doğal örnek) SEM görüntüsü ve (b) bağlayıcı malzemenin kimyasal içeriğini gösteren spektrum (Al: Alüminyum, Au: Altın, Ca: Kalsiyum, K:Potasyum, Na: Sodyum, Si: Silisyum). 105

117 (a) (b) Şekil 6.2. (a) Örnek 2 nin (doğal örnek) SEM görüntüsü ve (b) bağlayıcı malzemenin kimyasal içeriğini gösteren spektrum (Al: Alüminyum, Au: Altın, Ca: Kalsiyum, K:Potasyum, Na: Sodyum, Si: Silisyum). 106

118 Bu çalışmada incelenen volkanik zeminde 100 kpa ile 800 kpa arasındaki normal gerilmeler altında orta derecede çökme ve şiddetli çökme gözlendiği belirlenmiştir (bkz. Bölüm 5.5). Yukarıda değinilen çalışmalar da dikkate alınarak, mikroyapı ile çökmenin birbirleriyle doğrudan ilişkili olduğu düşünülmüş ve örselenmemiş (doğal) ve 100, 200 ve 800 kpa lık normal gerilmeler altında çökmeye maruz kalmış (deney sonrası) örneklerin mikro yapısı incelenmiştir. Analizler sırasında çok sayıda görüntü alınmış olup, doğal (örselenmemiş) örnekler ile çökmeye maruz kalmış örneklerin mikro yapıları arasında belirgin farklılıklar olduğu görülmüştür. Şekil 6.3, 6.4 ve 6.11 de verilen doğal örneklere ait SEM görüntülerinde tanelerin arasında bağlayıcı malzemenin bulunduğu ve zeminin boşluklar içerdiği görülmüş olup, volkanik zeminin açık mikroyapıya sahip olduğu anlaşılmıştır. Doğal ve 100 kpa lık normal gerilme altında çökmeye maruz kalmış örneğe ait büyük ölçekli SEM görüntülerinden her iki örnekte de volkan camının (bağlayıcı malzemenin) tanelerin arasını doldurduğu görülmektedir (Şekil 6.3 ve Şekil 6.4). Söz konusu duruma benzer şekilde, O Rourke ve Crespo [2] da çalışmalarında; tanelerin birbirleriyle dokanak halinde olmadığını, çoğunlukla bağlayıcı malzeme içinde gömülü konumda bulunduklarını ifade etmişlerdir. Araştırmacılar, bu durumun bağlayıcı malzemenin zeminin dayanımını kontrol eden faktör olduğuna işaret ettiğini belirtmişlerdir. Doğal örnekte (bkz. Şekil 6.3) 100 kpa normal gerilme altında çökmüş örneğe (bkz. Şekil 6.4) oranla daha fazla boşluk olduğu anlaşılmıştır. Çökme deneyleri sonucunda (Bölüm 5.5), çökme potansiyelinin (I c ) 100 ile 200 kpa arasındaki normal gerilmelerden itibaren arttığı gözlenmiştir. Buna bağlı olarak, doğal ve 100 kpa altında çökmüş örnekler ile 200 kpa altında çökmüş örneğin mikro-yapısında farklılıklar olup olmadığı da araştırılmıştır. Doğal ve 100 kpa lık normal gerilme altında çökmüş örnek ile karşılaştırıldığında; 200 kpa lık normal gerilme altında çökmüş örnekte (Şekil 6.5) tanelerin birbirlerine daha yakın olduğu ve bağlayıcı malzemenin boşlukları doldurarak sıkıştığı ve parçalanma sonucu bağlayıcı malzemenin daha az gözlendiği anlaşılmıştır. 107

119 Şekil 6.3. Örselenmemiş (doğal) volkanik zemine ait SEM görüntüsü. Şekil kpa normal gerilme altında çökmeye maruz bırakılmış örneğe ait SEM görüntüsü. 108

120 Son aşamada, 800 kpa lık normal gerilme altında çökmeye maruz bırakılmış örnek (Şekil 6.6) incelenmiş ve bu örnekte diğer üç örneğe göre, taneler arasındaki boşlukların neredeyse tamamen kapandığı ve tanelerin birbirleriyle dokanaklarının arttığı görülmektedir. Bununla birlikte, taneler arasında sıkışmış olan bağlayıcı malzemenin doğal yapısının bozulmuş olduğu da gözlenmiştir. Volkanik zemine ait örnekler daha yakından (küçük ölçekte) incelendiğinde, örselenmemiş volkanik zeminde taneler arasının ve tane yüzeylerinin tamamen bağlayıcı malzeme ile kaplanmış olduğu görülmektedir (Şekil 6.7). Şekil 6.8 de ise, 200 kpa lık normal gerilme altında çökmeye maruz bırakılmış örnekte taneler daha net bir şekilde görülmekte olup, parçalanarak ufalanan bağlayıcı malzeme tanelerin üzerine sıvanmış şekilde bulunmaktadır. Ayrıca, Şekil 6.9 da doğal örnekte bozulmadan duran mika minerali ve bağlayıcı malzemenin net bir şekilde görüldüğü bir görüntü sunulmuştur. Şekil 6.10a ve 6.10b de ise, 200 ve 800 kpa altında düşey yönde gerilmeye maruz kalan örneklerdeki deformasyona uğramış mika mineralleri ve birbirleriyle temas halindeki taneler görülmektedir. SEM görüntülerinden de anlaşıldığı üzere, volkanik zeminin içerdiği bağlayıcı malzeme zayıf karakterde olup, zemin çökmeye maruz kaldığında bu malzemenin mikroyapısının önemli ölçüde değiştiği gözlenmiştir. Doğal örneklerde ise, tanelerin tümünü birbirine bağladığından, bağlayıcı malzemenin zeminin dayanımı denetleyen bir faktör olduğu düşünülmektedir. Mikroyapı ile dayanım arasındaki ilişkiyi değerlendiren O Rourke ve Crespo [2], bu çalışmada yapılan değerlendirmelere benzer şekilde, zeminin dayanımını etkileyen en önemli unsurun çimento malzemesi (ya da bağlayıcı malzeme) olduğunu belirtmişlerdir. Bunun yanı sıra, Hürlimann vd. [9] dayanım ve konsolidasyon karakteristiklerinin taneler arasındaki bağ yapısının bozulmamış halinde ve kopması durumunda nasıl bir değişim göstereceğini belirlemek amacıyla, üzerinde doğrudan makaslama deneyi yapılmış olan örneğin deney sonrasındaki mikro yapısını SEM ile görüntülemişlerdir (bkz. Şekil 1.4a-c). Hürlimann vd. [9], doğal (örselenmemiş) örneklerin açık mikroyapıya sahip olduklarını ve yüksek makaslama gerilmelerine maruz kalan örneklerde taneler arasındaki bağların koparak zeminin bağ dayanımının azaldığını belirtmişlerdir. 109

121 Şekil kpa normal gerilme altında çökmeye maruz bırakılmış örneğe ait SEM görüntüsü. Şekil kpa normal gerilme altında çökmeye maruz bırakılmış örneğe ait SEM görüntüsü. 110

122 Şekil 6.7. Örselenmemiş volkanik zemin örneğinde taneler arasının ve yüzeyinin tamamen bağlayıcı malzeme ile kaplandığını gösteren SEM görüntüsü. Şekil kpa normal gerilme altında çökmeye bırakılmış örnekte dokanak halindeki taneler ve parçalanma sonucu doğal yapısı tahrip olan bağlayıcı malzemenin taneler üzerine sıvanmış haldeki SEM görüntüsü. 111

123 Şekil 6.9. Örselenmemiş volkanik zemindeki mika minerali ve bağlayıcı malzemenin SEM görüntüsü. (a) (b) Şekil (a) 200 kpa ve (b) 800 kpa normal gerilmeler altında çökmeye bırakılmış örneklerde gerilmeye maruz kalan mika mineralleri ve temas halindeki taneler. 112

124 7. Bölüm de belirtildiği üzere, gözeneklilik ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasında anlamlı bir ilişki bulunamamıştır. Doğal haldeki örneklere ait SEM görüntüleri incelendiğinde ise, bağlayıcı malzemenin boşluklardan daha baskın olarak bulunduğu görülmektedir (Şekil 6.11 a ve b). Buna göre, boşluk oranının ya da gözenekliliğin volkanik zeminin dayanımını etkilemediği SEM çözümlemeleriyle de desteklenmiş olmaktadır. (a) (b) Şekil (a) Volkanik zemin örneğindeki boşlukların ve (b) bağlayıcı malzemenin SEM görüntüsü. 113

125 6.3. Volkanik Zeminin Makaslama Dayanımı ve Mikroyapısı Arasındaki İlişkinin Değerlendirilmesi Bölüm 5.6 da ayrıntılı olarak anlatıldığı gibi, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminin düşük ve yüksek normal gerilmeler altında farklı eğime sahip yenilme zarflarıyla temsil edildiği belirlenmiştir (bkz. Şekil 5.39). Benzer şekilde, Hürlimann vd. [9] inceledikleri volkanik zemin için 600 kpa ve kpa lık normal gerilmelere kadar olmak üzere iki adet doğrusal yenilme zarfı elde etmişlerdir. Hürlimann vd. [9], düşük normal gerilmelerde içsel sürtünme açısının 45 0 olduğunu, yüksek normal gerilmelerde ise 30 0 ye düştüğünü belirlemişlerdir. Araştırmacılar, bu durumun nedenini araştırmak amacıyla doğal (örselenmemiş) ve üzerinde doğrudan makaslama deneyi yapılmış olan örneklerin mikro yapısını SEM ile görüntülemişlerdir. Hürlimann vd. [9] SEM çözümlemeleri sonucunda; doğal örnekte taneler arası bağların sağlam, buna karşın yüksek makaslama gerilmelerine maruz kalmış örnekte bağların tahrip olduğunu gözlemlemişlerdir (bkz. Şekil 1.4a-c). Araştırmacılar, SEM çözümlemelerinden elde edilen sonuçları dikkate alarak; aynı zeminde farklı normal gerilmeler altında farklı yenilme zarflarının elde edilmesini, yüksek normal gerilmeler altında zemindeki bağ dayanımının azalması, ya da bağların koparak tahrip olmasıyla ilişkilendirmişlerdir. Hürlimann vd. [9] tarafından yapılan SEM çözümlemelerinin sonuçları da dikkate alınarak, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zemine ait örneklerin doğrudan makaslama deneyleri sonrasındaki mikroyapıları SEM de görüntülenmiştir. Düşük ve yüksek normal gerilmeler altında zeminin mikroyapısı ve bağlayıcı malzemedeki değişimin belirgin bir şekilde ortaya koyulabilmesi amacıyla, 75 kpa ve 400 kpa lık normal gerilmeler altında makaslamaya maruz bırakılmış iki örneğin mikroyapıları incelenmiştir. İlk olarak, 75 kpa ve 400 kpa lık normal gerilmeler altında makaslamaya maruz kalmış örneklerin büyük ölçekteki (100 m) görüntüleri incelenmiş olup, her iki örneğe ait görüntüler Şekil 6.12a-b de sunulmuştur. (a) 114

126 (b) Şekil (a) 75 kpa ve (b) 400 kpa lık normal gerilmeler altında makaslama deneylerine tabi tutulmuş örneklerin deney sonrası büyük ölçekteki SEM görüntüleri. 115

127 Şekil 6.12a da görüldüğü gibi, 75 kpa lık normal gerilme altında makaslanmış örnekte tanelerin arasını ve üzerini bağlayıcı malzemenin kaplamış olduğu anlaşılmaktadır. Yine aynı örnekte yer yer bağlayıcı malzeme ve tanelerde kopma ve ufalanmalar olduğu görülmüş, ancak örneğin genel mikroyapısının bozulmadığı ve bağlayıcı malzemenin belirgin bir şekilde tahrip olmadığı belirlenmiştir. Şekil 6.12b de ise, 400 kpa lık normal gerilme altında makaslanmış örnekte yüksek normal gerilmenin etkisiyle bağlayıcı malzemenin parçalanarak ufalandığı ve tanelerin arasında ve etrafında dağınık şekilde bulunduğu gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, her iki örnekte de çok az miktarda boşluk (gözeneklilik) olduğu görülmüştür. İkinci aşamada, her iki örneğin de 20 m ölçekteki görüntüleri incelenmiş ve karşılaştırma yapılabilmesi amacıyla mikroyapının net olarak gözlendiği yerlerden SEM görüntüleri alınmıştır. Her iki örneğe ait SEM görüntülerinin tümü Şekil 6.13 de birlikte sunulmuş olup, örneklerin mikroyapıları arasındaki farklılıklar net olarak görülmektedir. 75 kpa lık normal gerilme altında makaslamaya tabi tutulmuş örneğe ait Şekil 6.13a, b ve c de verilen görüntüler incelendiğinde, bağlayıcı malzemenin doğal yapısının bozulmamış olduğu ve tanelerin bağlayıcı malzeme ile çevrelenmiş olduğu anlaşılmıştır. Bunların yanı sıra, Şekil 6.13 c deki SEM görüntüsündeki bazı kesimlerde bağlayıcı malzemenin dağılmış olduğu da gözlenmiştir. 400 kpa lık normal gerilme altında makaslamaya tabi tutulmuş örneklere ait SEM görüntülerinde (Şekil 6.13d, e ve f) ise, bağlayıcı malzemenin ve hatta zeminin içerdiği tanelerin normal ve makaslama gerilmelerinin etkisiyle parçalanarak ufalandığı fark edilmektedir. Özellikle, Şekil 6.13e deki SEM görüntüsünde hem bağlayıcı malzeme hem de tanelerin parçalandığı ve bağlayıcı malzemenin doğal yapısının belirgin şekilde bozulduğu görülmektedir. Şekil 6.13f deki fotoğrafta ise, yüksek normal ve makaslama gerilmelerine maruz kalmış zemin tanelerinin birbirleriyle dokanak halinde oldukları ve tanelerin arasındaki bağlayıcının koparak küçük parçalara ayrıldığı belirlenmiştir. SEM çözümlemeleriyle ilgili tüm değerlendirmeler dikkate alındığında, yüksek normal gerilmeler altında volkanik zeminin yenilme zarfının eğiminin ve makaslama dayanım parametrelerinin azalmasının nedeninin, zeminin içerdiği zayıf bağlayıcı malzemenin dayanımının önemli ölçüde azalmasıyla ilgili olduğu sonucuna varılmıştır. Zeminin içerdiği bağlayıcı malzeme düşük normal gerilmeler altında doğal yapısını korurken, 116

128 yüksek normal ve makaslama gerilmeleri altında ise ezilerek parçalanmış ve tahrip olmuştur (Şekil 6.12 ve 6.13). (a) (d) (b) (e) (c) (f) Şekil (a), (b) ve (c) 75 kpa lık ve (d), (e) ve (f) 400 kpa normal gerilme altında makaslanmaya maruz kalmış örneklerin 20 m ölçekteki SEM görüntüleri. 117

129 7. VOLKANİK ZEMİNİN TEK EKSENLİ SIKIŞMA DAYANIMININ KESTİRİMİ İÇİN GÖRGÜL İLİŞKİLER Daha önceki bölümlerde de değinildiği gibi, Isparta daki volkanik zeminlerden standartlara ve/veya önerilmiş yöntemlere uygun boyutlarda örselenmemiş örneklerin alınması konusunda önemli sınırlamalar söz konusu olup, bu nedenle zeminin tek eksenli sıkışma dayanımının doğrudan tayini oldukça güçleşmektedir. Bu durum dikkate alınarak, volkanik zeminin tek eksenli sıkışma dayanımının iğne batma indeksi (İBİ), gözeneklilik (n) ve P-dalga hızı (V p ) gibi özelliklerden kestirimine yönelik görgül (ampirik) ilişkilerin geliştirilmesi amacıyla istatistiksel analizler yapılmıştır. Bu amaçla veri tabanı olarak 5. Bölüm de sunulan deney sonuçları kullanılmıştır. Tek eksenli sıkışma dayanımı ile diğer özellikler arasındaki ilişkiler Excel programı kullanılarak ayrı ayrı araştırılmıştır. Bu aşamada parametreler arasındaki tüm ilişkiler (doğrusal, üs, üstel, polinom vb.) değerlendirilmiş ve bu bölümde en yüksek belirleme katsayısına sahip olan ilişkiler verilmiştir. Bunların yanı sıra, su içeriği ve doygunluk derecesi ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasındaki ilişkiler de ayrıntılı olarak araştırılmış ve değerlendirilmiştir Doygunluk Derecesi ve Su İçeriğinin Tek Eksenli Sıkışma Dayanımına Etkisi İncelenen volkanik zemindeki bağlayıcı malzeme volkan camının parçalanması sonucu oluşan volkan külünden oluşmaktadır. Bağlayıcı malzemenin zayıf tutucu bir karaktere sahip olması nedeniyle, volkanik zemin kuruduğunda kolaylıkla dağılabilen (ufalanan) bir özelliğe sahiptir. Araziden alınarak laboratuvara getirilen bloklardan bazılarının su içeriği önemli derecede azaldığından, bu bloklardan karot alma makinesi kullanılarak karot örneklerinin hazırlanması mümkün olamamıştır. Bunun yanı sıra, tez çalışması süresince özellikle yaz döneminde arazide yapılan gözlemlerde inşaat kazılarında volkanik zeminin yüzeyden itibaren kuruyarak yer yer kum şeklinde döküldüğü ve kazının topuğunda biriktiği gözlenmiştir (Şekil 7.1). Zeminin su içeriği yükseldikçe dayanımda bir artış olduğu fark edilmektedir. Ancak, örnekler tümüyle su içine konulduklarında ya da nem odasında bekletilerek tam 118

130 Şekil 7.1. Yaz döneminde kazı şevlerinde yüzeyde kuruyan volkanik zemine ait bir görünüm (Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi inşaat alanı). doygun hale getirildiklerinde dağılmakta ve çamur kıvamına dönüşmektedirler (Şekil 7.2 ve Şekil 7.3). Ayrıca, yağışlı dönemin sonunda alınan örneklerin su içeriklerinin en fazla %16 ya kadar çıktığı belirlenmiş olup, yaz mevsimi sonunda alınan örneklerin ise ortalama %7 su içeriğine sahip oldukları tayin edilmiştir. Bu çalışmada farklı dönemlerde alınan örneklerin doğal su içerikleri ile Kayahan [89] tarafından Ekim 2006 da alınmış olan bir adet örneğe ait su içeriği ve Totiç [17] tarafından belirlenen doğal su içerikleri kullanılarak su içeriği histogramı hazırlanmıştır (Şekil 7.4). Bu histogramda görüldüğü gibi, Isparta daki volkanik zeminlerin su içerikleri mevsimsel olarak oldukça dar bir aralıkta değişim göstermektedir. Permeametre deneyleri sonucunda, incelenen volkanik zeminin hidrolik iletkenlik katsayısının (k=3.5x10-7 m.s -1 ) düşük olduğu anlaşılmıştır. Bu nedenle, yağış kaynaklı yüzey sularının zeminin derinliklerine süzülmesi için uzun bir süre gerekmektedir. Hidrolik iletkenlik katsayısının düşük olması, zeminin su içeriğinin mevsimsel olarak dar bir aralıkta değişim göstermesinin nedenlerinden biri olarak değerlendirilmiştir. 119

131 Şekil 7.2. Volkanik zeminin ıslatıldıktan 10 dakika sonraki görüntüsü. (a) (b) Şekil 7.3. Nem odasında bekletildikten sonra (a) % 31 ve (b) %32 nem içeriğine ulaşan karot örneklerinin dağılmış haldeki görünümleri. Yukarıda değinilen hususlar göz önüne alınarak, su içeriği ve doygunluk derecesi ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Tez çalışmasında toplam 45 adet karot hazırlanarak tek eksenli sıkışma dayanımı deneylerine tabi tutulmuşlardır (bkz. Çizelge 5.3). Bu karotların 38 tanesi doğal su içeriklerinde, 7 tanesi ise nem odasında nem içerikleri arttırıldıktan sonra deneye tabi tutulmuşlardır. Nem odasında bekletilen 2 adet karot ise, %31 ve %32 su içeriğine ulaştığında tamamen dağılmışlardır (Şekil 7.3). Doğal su içeriğine sahip 38 karotun su içerikleri %4 ile %13 arasında ve doygunlukları %14 ile %44 arasında değişmektedir. Diğer 7 karotun su içerikleri %15 ile %25, doygunluk dereceleri ise %48 ile %83 arasında değişim göstermektedir. 120

132 Mart 2007 Temmuz 2007 Ağustos 2011 Ağustos 2011 Ağustos 2011 Ekim 2006 Mart 2011 Ocak 2011 Mart 2011 Mart 2011 Nisan 2007 Mayıs 2010 Mayıs 2007 Ocak 2007 Mayıs 2010 Haziran 2007 Ocak 2007 Şubat 2007 Haziran 2007 Temmuz 2007 Temmuz 2007 Şubat 2007 Nisan 2007 Mayıs 2007 Haziran 2007 Şekil 7.4. Bu çalışmada 2010 ve 2011 yıllarında alınan örnekler ile Kayahan [89] a ait Ekim 2006 da alınmış bir örneğe ait doğal su içeriği ve Totiç [17] in 2007 yılında aldığı örneklerin doğal su içeriği değerlerini gösteren histogram. Su içeriği ve doyguluk derecesi ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasındaki ikişkiyi ikinci dereceden polinom olan eğrisel ilişkilerin temsil ettiği belirlenmiştir (Şekil 7.5 ve 7.6). Su içeriği ve doygunluk derecesi ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasındaki ilişkiler Eş. 7.1 ve Eş. 7.2 de verilmiştir. c = w w (7.1) c = S r S r (7.2) Burada; c : Tek eksenli sıkışma dayanımı (kpa) w : Su içeriği (%) S r : Doygunluk derecesi (%) dir. İlişkilere ait grafiklere göre, %13 su içeriği değerlerine kadar tek eksenli sıkışma dayanımı artış gösterirken, %15 den daha yüksek su içeriği değerlerinde tek eksenli sıkışma dayanımı kritik bir şekilde azalmaktadır (Şekil 7.5). Doygunluk 121

133 derecesi ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasındaki ilişki incelendiğinde, aynı şekilde, %42 lik doygunluğa kadar dayanımda artış görülürken, yaklaşık %48 doygunluktan itibaren dayanım azalmaktadır (Şekil 7.6). Doygunluk derecesi ya da su içeriğinin artmasıyla tek eksenli sıkışma dayanımının artış göstermesinin, kapilarite ile birlikte su içeriğinin artış göstermesi sonucu emmenin artmasından kaynaklandığı düşünülmüştür. Buna karşın, doygunluğun %48 den ve su içeriğinin de %15 den daha yüksek olması durumunda emmenin azalmasına koşut olarak tek eksenli sıkışma dayanımının da azaldığı yorumu yapılmıştır. Bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminin su içeriği ve doygunluk derecesi ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasında belirlenen ilişkiye (bkz. Şekil 7.5 ve Şekil 7.6) benzer ilişkilerin volkanik zeminlerin incelendiği diğer çalışmalarda da belirlenip belirlenmediği araştırılmıştır. Hürlimann vd. [9] kalıntı volkanik zeminleri, Orense vd. [11] ise güncel volkanik etkinlikler sonucu biriken, çok az konsolide olmuş ve henüz çimentolanmamış durumdaki volkanik zeminleri incelemişler, ancak bu zeminlerin tek eksenli sıkışma dayanımlarını tayin etmemişlerdir. Cattoni vd. [12] tarafından incelenen volkanik zeminler; tane şekli, çimentolanma derecesi ve en önemlisi depolanma şekli açısından bu tez çalışmasında incelenen zeminlerle benzer özellikler taşımaktadırlar. Ancak bu araştırmacılar, bu zeminleri modifiye edilmiş üç eksenli deneyler yaparak yarı doygun koşullardaki davranışları açısından değerlendirmiş olup, tek eksenli sıkışma dayanımı ile su içeriği ya da doygunluk derecesi arasındaki ilişkileri araştırmamışlardır. Çalışmaları tezin 1. Bölüm ünde ayrıntılı olarak sunulan O Rourke ve Crespo [2], inceledikleri volkanik zemin örneklerinin tek eksenli sıkışma ve Brazilian çekilme dayanımı ile doygunluk derecesi arasındaki ilişkileri incelemişlerdir. Araştırmacılar, doğal su içeriğindeyken doygunluğu %40 ile %60 arasında değişen örneklerde tek eksenli sıkışma ve çekilme dayanımının en yüksek değerlere ulaştığını, daha yüksek doygunluk değerlerinde ise her iki dayanımın da azalmaya başladığını belirtmişlerdir (bkz. Şekil 1.1a ve b). 122

134 Şekil 7.5. Volkanik zemin örneklerinin tek eksenli sıkışma dayanımı ( c ) ve su içeriği (w) arasındaki eğrisel (quadratic 2. dereceden polinom) ilişki. Şekil 7.6. Bu çalışmada incelenen volkanik zemine ait örneklerin doygunluk derecesi (S r ) ve tek eksenli sıkışma dayanımı ( c ) arasındaki eğrisel (quadratic - 2. dereceden polinom) ilişki. 123

135 Bu tez çalışmasında ise; O Rourke ve Crespo [2] nun çalışmasına benzer şekilde, yaklaşık %42 lik doygunluğa kadar tek eksenli sıkışma dayanımında artış görülürken, %48 doygunluk derecesinden itibaren daha yüksek doygunluk düzeylerinde tek eksenli sıkışma dayanımı belirgin şekilde azalmaktadır (bkz. Şekil 7.5 ve 7.6). O Rourke ve Crespo [2], doygunluğun artmasına koşut olarak dayanımın ani bir şekilde azalmasını; zeminin içerdiği kilin ve bağlayıcı malzemenin suyun etkisiyle yumuşaması ve buna bağlı olarak taneler arası bağların kopmasıyla ilişkilendirmişlerdir. Araştırmacılar, doygunluk derecesinin artmasına koşut olarak çekilme ya da tek eksenli sıkışma dayanımının artması konusunda herhangi bir değerlendirme yapmamışlardır. Bu çalışmada ise, yukarıda belirtildiği gibi, tek eksenli sıkışma dayanımının belirli bir doygunluğa kadar artması ve daha yüksek doygunluklarda azalmasının zemindeki emmenin artış ve azalmasıyla ilişkili olduğu yorumu yapılmıştır. Yukarıdaki paragraflarda belirtildiği gibi, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminin doygunluk derecesinin %48 den, ya da su içeriğinin %15 den daha yüksek olduğu değerlerden itibaren tek eksenli sıkışma dayanımı önemli düzeyde azalmaktadır. Buna bağlı olarak, Isparta da temel zemini olan bu volkanik zeminin su içeriği ve doygunluk derecesindeki değişim (artış) önem kazanmaktadır. Isparta Ovası nda DSİ 18. Bölge Müdürlüğü tarafından derinlikleri 76 ile 310 m arasında değişen toplam 133 adet sondaj kuyusu açılmıştır. Bu kuyularda ölçülen statik yeraltısuyu seviyelerinin derinlikleri 100 ile 191 m arasında değişim göstermektedir [36, 90]. Bu veriler dikkate alındığında, sığ derinliklerde volkanik zeminin su içeriği ve/veya doygunluk derecesinde yeraltısuyu getiriminden kaynaklanan bir değişimin beklenmesi söz konusu olmayacaktır. Buna rağmen, yerel olarak gelişebilecek arızalar (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 tek eksenli sıkışma dayanımındaki azalma dikkate alınmalıdır. 124

136 7.2. Tek Eksenli Sıkışma Dayanımının Fiziksel Parametrelerden Kestiriminin Araştırılması Son dönemlerde, deney standartlarının veya önerilmiş yöntemlerin öngördüğü boyutlarda ve şekillerde örnek almanın güç veya olanaksız olduğu zayıf malzemelerin dayanımlarının dolaylı yoldan kestiriminde iğne batma ölçer deneyinin kullanımı giderek artmaktadır [50, 51, 53, 54, 55, 68]. Bu çalışmada incelenen volkanik zeminlerin tek eksenli sıkışma dayanımlarının ( c ) kestirimi amacıyla, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminde kullanılması önerilen 1.7 mm çapındaki iğnenin kullanılmasıyla tayin edilen iğne batma indeksi değerleri (İBİ (1.7) ) ile olan ilişki incelenmiştir. Bu iki özellik arasında yüksek bir belirleme katsayısına (R 2 = ) sahip doğrusal bir ilişki belirlenmiştir (Eş. 7.3 ve Şekil 7.7). c = 20.36*İBİ (1.7) (R 2 =0.7244) (7.3) Burada; c : Tek eksenli sıkışma dayanımı (kpa) İBİ (1.7) : 1.7 mm kalınlığında iğne kullanılarak tayin edilen iğne batma indeksi (N/mm) dir. Volkanik zeminin tek eksenli sıkışma dayanımı ( c ) ile P dalgası hızı (V p ) ve gözeneklilik (n) arasında, doğrusal, polinom, logaritmik, üs ve üstel olmak üzere, tüm ilişkilerin belirleme katsayıları (R 2 ) çok düşük olup, bu parametreler arasında istatistiksel olarak anlamlı ilişkilerin olmadığı belirlenmiştir. Tek eksenli sıkışma dayanımına karşılık V p ile n in dağılımlarını gösteren grafikler sırasıyla Şekil 7.8 ve 7.9 da verilmiştir. Gözeneklilik ve tek eksenli sıkışma dayanımı arasında anlamlı bir ilişki olmaması, İBİ ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasında ise yüksek belirleme katsayısına sahip bir ilişkinin bulunması, bağlayıcı malzemenin dayanımı kontrol eden faktör olduğunu göstermektedir. Tek eksenli sıkışma dayanımının kestirimi amacıyla, V p ve n nin çok değişkenli doğrusal ve eğrisel regresyon analizlerinde İBİ (1.7) ile birlikte kullanılmasına karar verilmiştir. Volkanik zeminin gözenekliliğinin (n) belirlenmesi amacıyla kullanılan eşitliklerde (bkz. Eşitlik 5.1 ve 5.2) doğal birim hacim ağırlık ( da bağımsız değişken olarak bulunmaktadır. 125

137 Gözeneklilik (n) ile ilişkili olduğundan, tek eksenli sıkışma dayanımının dolaylı yoldan kestirimi için önerilen modellerde kullanılmamıştır. Volkanik zeminin iğne batma indeksi (İBİ (1.7) ) ile doygunluk derecesi (S r ) arasındaki ilişki de incelenmiş olup, bu iki parametre arasında doyguluk derecesi ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasındaki ilişkiye benzer şekilde ikinci dereceden polinom olan eğrisel bir ilişkinin temsil ettiği belirlenmiştir (Şekil 7.10). Dolayısıyla, İBİ (1.7) ile S r birbirleriyle ilişkili parametreler olduğundan, tek eksenli sıkışma dayanımının kestiriminde bu iki parametrenin birlikte kullanılamayacağı anlaşılmıştır. Tez kapsamında, SPSS Statistics-20 [88] yazılımı kullanılarak çok değişkenli doğrusal regresyon analizleri de yapılmıştır. Çok değişkenli doğrusal regresyon analizlerinde, tek eksenli sıkışma dayanımının kestirimi amacıyla İBİ (1.7), V p ve n bağımsız değişkenler olarak kullanılmış olup, elde edilen eşitliklerin hepsinde t değerlerine karşılık gelen anlamlılık düzeylerinin (p), 0.05 yanılma düzeyinden yüksek olduğu görülmüş ve bağımlı değişkenle bağımsız değişkenler arasında doğrusal ilişkilerin olmadığı anlaşılmıştır. Bu nedenle, istatistiksel çözümlemelerin son aşamasında tek eksenli sıkışma dayanımının İBİ (1.7), V p ve n kullanılarak kestiriilebilmesi amacıyla doğrusal olmayan regresyon analizleri de yapılmıştır. Tüm doğrusal olmayan modeller (Sigmoid, polinominal vs.) denenmiş olup, tek eksenli sıkışma dayanımının V p ve n in de kullanılarak kestirilebilmesi için doğrusal olmayan bir model kurulamamıştır. Şekil 7.7. Volkanik zemin örneklerinin tek eksenli sıkışma dayanımı ( c ) ve İBİ (1.7) arasındaki doğrusal ilişki. 126

138 Şekil 7.8. Volkanik zemin örneklerinin tek eksenli sıkışma dayanımının ( c ), V p değerlerine bağlı değişimi. Şekil 7.9. Volkanik zeminin tek eksenli sıkışma dayanımının ( c ), gözeneklilik (n) değerlerine bağlı değişimi. 127

139 Şekil Bu çalışmada incelenen volkanik zemine ait örneklerin doygunluk derecesi (S r ) ve iğne batma indeksi (İBİ (1.7) ) arasındaki eğrisel (quadratic - 2. dereceden polinom) ilişki. Eşitlik 7.3 deki ilişkiden kestirilen c, ile deneysel olarak tayin edilen c değerleri Şekil 7.11 de karşılaştırılmıştır. Hata düzeylerinin daha net anlaşılması için 2:1 ve 1:2 doğruları da bu grafikte gösterilmiştir. Eşitlik 7.3 kullanılarak kestirilen değerlere ait veri noktalarının 1:1 çizgisine oldukça yakın olarak konuşlandığı görülmektedir. Dolayısıyla önerilen eşitlik kullanılarak, tek eksenli sıkışma dayanımının çok düşük bir hata payı ile kestirilebileceği anlaşılmaktadır. 128

140 Şekil Regresyon analizleri ile belirlenen Eş. 7.3 kullanılarak kestirilen tek eksenli sıkışma dayanımının ( c ) deneysel olarak tayin edilmiş değerlerle karşılaştırılması. 129

141 8. VOLKANİK ZEMİNİN KAZI ŞEVİ DURAYLILIĞI AÇISINDAN DEĞERLENDİRİLMESİ Isparta da yapılaşmaya koşut olarak, farklı derinliklerde inşaat kazısı şevleri açılmaktadır. Arazi gözlemleri sırasında; incelenen volkanik zemininin kalınlığının değişkenlik gösterdiği ve ortalama kalınlığının 7-8 m olduğu, bazı yerlerde ise 10 m nin üzerinde bir kalınlığa ulaştığı görülmüştür. Isparta da gerçekleştirilen daha önceki çalışmalarda [örneğin; 13, 15, 17, 37] volkanik zeminler için inşaat kazısı şevlerinin duraylılığı ile ilgili herhangi bir değerlendirme yapılmamıştır. Bu husus dikkate alınarak, bu çalışmada incelenen volkanik zemin içerisinde açılacak şevlerin duraylılığı da değerlendirilmiştir Duraylılık Analizlerinde Kullanılan Girdi Parametrelerinin Seçimi İnşaat kazı şevleri için yapılan duraylılık analizlerinde kısa süreli duraylılık koşulu incelenmektedir. Ancak, inceleme alanında kısa sürede açılıp kapatılan inşaat kazısı şevlerinin yanı sıra, inşasına uzun süre (3 yıl) ara verilen Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi ne ait kazı şevlerinin varlığı söz konusudur. Bununla birlikte, volkanik zemin örnekleri tümüyle su içine konulduklarında ya da nem odasında bekletilerek tam doygun hale getirildiklerinde çamur kıvamına dönüşmektedirler (bkz. Şekil 7.2 ve 7.3). Bu nedenle, Bölüm de belirtildiği gibi, doğal su içeriğindeki örselenmemiş örnekler deney haznesi su ile doldurulmadan doğrudan makaslama deneylerine tabi tutulmuşlardır. Örneklerin doğal su içerikleri çok düşük (%9 -%12) olduğundan, deneyler sırasında boşluk suyu basınçlarının gelişmediği ve doğrudan makaslama deneylerinin drenajlı koşullarda yapılmış olduğu düşünülmüştür. Şev duraylılığı analizlerinde doruk ya da artık makaslama dayanımı parametrelerinden hangisinin kullanılacağının belirlenmesi amacıyla, Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi nin inşaatına ait 8 m yüksekliğindeki dik bir şevin sayısal çözümlemesi yapılmıştır. Sayısal çözümlemeler, kaya ve toprak zeminlerde yeraltı ve/veya yüzey kazılarının iki boyutlu sonlu elemanlar yöntemini esas alarak modellenmesini sağlayan Phase 2 [93] programıyla yapılmıştır. Sayısal modelin oluşturulması aşamasında 130

142 2500 adet 6 noktalı üçgen eleman kullanılmış olup, çözümlemeler yerçekimi kuvveti altında yapılmıştır. Yatay yönde yer değiştirmenin önlenmesi amacıyla şev modelinin yan duvarları sabitlenmiş ve modelin tabanında hem düşey hem de yatay doğrultuda yer değiştirmeye izin verilmemiştir. Şev modeline ait sonlu elemanlar ağı ve sınır koşulları Şekil 8.1 de verilmiştir. Sayısal çözümlemede, volkanik zemine ait genelleştirilmiş doğrusal yenilme zarflarından elde edilen doruk ve artık makaslama dayanımı parametreleri esas alınmıştır. Phase 2 [91] programında doruk makaslama dayanımına ulaşıldıktan hemen sonra dayanımın artık makaslama değerine düştüğü varsayımı yapılmakta olup, bu çalışmada yapılan sayısal çözümleme için de aynı varsayım söz konusudur. Yapılan sayısal çözümlemelerle, şevde oluşan makaslama birim deformasyonları ve birim deformasyonların modeldeki dağılımları elde edilmiştir (Şekil 8.2). Şekil 8.2 den görüleceği gibi, şevde oluşan en büyük makaslama birim deformasyonu olup, söz konusu birim deformasyon şevin topuğunda beklenmektedir. Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi inşaat alanı 1. nolu örnekleme yeri olup, buradan alınan örselenmemiş örnekler üzerinde yapılan doğrudan makaslama deneyleri sonucunda elde edilen makaslama birim deformasyonu - makaslama gerilmesi grafiği Şekil 8.3 de sunulmuştur. Zeminin ortalama doğal birim hacim ağırlığı 16 kn/m 3 ve şev yüksekliği 8 m olduğundan, şevde beklenen normal gerilme 128 kpa olacaktır. Bu durumda, Şekil 8.3 de verilen grafikte özellikle 94 ve 150 kpa lık normal gerilmeler altında belirlenen eğriler dikkate alınmış olup, bu normal gerilmeler altında yaklaşık 0.06 ile 0.12 arasında değişen makaslama birim deformasyonlarında doruk makaslama dayanımından artık makaslama dayanımına doğru bir azalma olduğu görülmektedir. Doğrudan makaslama deneyleri sonucunda belirlenen makaslama birim deformasyonu değerleri ile sayısal çözümlemelerden elde edilen değerler karşılaştırıldığında, şevde düşük miktarda makaslama birim deformasyonlarının geliştiği ve bu durumda doruk makaslama dayanımı parametrelerinin halen geçerli olduğu anlaşılmaktadır. Söz konusu değerlendirmeler dikkate alınarak, şev duraylılığı analizlerinde Bölüm 5.6 da verilen ve örneklerin doğal su içeriklerinde doğrudan makaslama deneyleri yapılarak tayin edilen doruk makaslama dayanımı parametreleri kullanılmıştır. 131

143 132 8 m Şekil 8.1. Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi nin inşasına ait kazı şevi için gerçekleştirilen sayısal çözümlemelerde kullanılan sonlu elemanlar ağı ve sınır koşulları. 132

144 Maximum Makaslama birim Shear deformasyonu Strain 0.00e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e m Şekil 8.2. Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi inşaatındaki kazı şevi için sayısal çözümlemeden elde edilen makaslama birim deformasyonları ve deformasyonların dağılımları. 133

145 Makaslama Gerilmesi, (kpa) Normal gerilme 39 kpa 66 kpa 94 kpa 150 kpa 200 kpa 300 kpa 500 kpa 400 kpa 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 Makaslama birim deformasyonu, Şekil no.lu örneğe ait makaslama birim deformasyonu - makaslama gerilmesi grafiği Şev Duraylılığı Analizleri Isparta daki bina temelleri için yapılan kazıların kritik şev derinliğinin belirlenmesi amacıyla limit-denge yöntemleri esas alınarak, SLIDE v [92] programıyla şev duraylılığı analizleri yapılmıştır. Limit denge analizleri; genelleştirilmiş çift doğrusal ve genelleştirilmiş doğrusal yenilme zarflarından olmak üzere, iki farklı yaklaşımla belirlenen doruk makaslama dayanım parametreleri (c d, d ) kullanılarak yapılmıştır. Böylece, doğrusal ve çift doğrusal yenilme zarfları için ayrı ayrı belirlenen güvenlik katsayıları (GK) her iki yenilme zarfı için karşılaştırılmıştır. İlk aşamada, volkanik zemine ait çift doğrusal yenilme zarfına göre analiz yapmak amacıyla kullanılan programın makaslama-normal dayanım fonksiyonu (shear/normal strength function) seçeneği seçilmiştir (Şekil 8.4). Bu seçenekte, deney sonuçlarından elde edilen genelleştirilmiş çift doğrusal doruk yenilme zarfı programa tanıtılmıştır (bkz. Şekil 5.39). SLIDE v programı, kendisine tanıtılan bu yenilme zarfını kullanarak her dilimin tabanında etkiyen normal gerilmeleri hesaplamaktadır. 134

146 Şekil 8.4. SLIDE v programında makaslama-normal gerilme fonksiyonu kullanılarak volkanik zemine ait çift doğrusal yenime zarfının çizilmesini gösteren pencere. Limit denge analiz yöntemlerinden dairesel kayma için Spencer ve GLE/Morgenstern-Price analiz yöntemleri seçilerek şev analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerde 5, 8, 12, 16 ve 20 m lik şev yükseklikleri ile 60 0, 70 0, 80 0 ve 90 0 lik şev açıları için şev duraylılığı ayrı ayrı incelenmiş ve her şev için kritik güvenlik katsayısı (GK) değerleri belirlenmiştir. Tüm şev yükseklikleri için belirlenen şev açısı-güvenlik katsayısı çiftleri tek bir grafikte birleştirilerek Şekil 8.5 de verilmiştir. Çift doğrusal yenilme zarfları esas alınarak yapılan şev analizlerinin sonuçlarına göre, tüm şev yükseklikleri ve şev açıları için güvenlik katsayılarının tamamı 1 den büyüktür. Bu analizlerde en düşük güvenlik katsayıları 20 m yükseklik için belirlenmiş olup, 60 0 ile 90 0 arasında değişen şev açılarına sahip 20 m lik şevlere ait GK değerleri 1.71 ile 1.04 arasında değişmektedir (bkz. Şekil 8.5). İkinci aşamada ise, doğrusal yenilme zarfından belirlenen makaslama dayanımı parametreleri (c, ) kullanılarak şev duraylılığı analizleri yapılmıştır. Şevler; 5, 10, 135

147 16 ve 20 m lik şev yükseklikleri, 60 0, 70 0, 80 0 ve 90 0 şev açısı değerleri için ayrı ayrı analiz edilmiş ve her şev için güvenlik katsayıları (GK) belirlenmiştir. Farklı şev yükseklikleri için şev açısı ( ) - güvenlik katsayısı (GK) grafiği Şekil 8.6 da verilmiştir. Bu analizlerde de, yine 1 den büyük güvenlik katsayıları hesaplanmıştır. Aynı şekilde en düşük güvenlik katsayıları 20 m şev yüksekliği için belirlenmiş ve dik kazılar (90 0 ) için GK=1.2 olarak hesaplanmıştır. Her iki yenilme zarfı açısından karşılaştırma yapıldığında; çift doğrusal yenilme zarfına göre yapılan analiz sonuçlarından elde edilen güvenlik katsayıları, aradaki fark çok büyük olmamakla birlikte, doğrusal yenilme zarfına göre belirlenenlerden biraz daha düşüktür. Isparta da inşaat kazısı şevlerinin tasarımında, hem volkanik zeminin makaslama davranışını çift doğrusal yenilme zarfı daha iyi temsil etmesi, hem de güvenli tarafta kalınması açısından, daha düşük güvenlik katsayısı değerleri veren çift doğrusal yenilme zarfının kullanılmasının daha uygun olacağı düşünülmektedir. Isparta da yapılan arazi çalışmaları sırasında, kentin bazı kesimlerinde incelenen volkanik zeminde kazı şevlerinin farklı yüksekliklerde ve yaklaşık 90 0 lik açılarla oluşturulduğu görülmüştür. Şekil 8.7a da 1 no.lu örnekleme yeri olan Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi nin kazı şevi (8 m) ile Şekil 8.7b de 2 no.lu örnekleme yerinde açılmış olan yaklaşık 4 m yüksekliğindeki inşaat kazısına ait görüntüler verilmiştir. 3 yıl boyunca yapımı durdurulan Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi inşaatındaki kazı şevleri 90 0 lik açıya sahip olup, şev yükseklikleri yaklaşık 8 m dir (Şekil 8.8). İnceleme alanındaki 3, 4 ve 8 m yüksekliğe sahip dik kazılara ait şev yüksekliği değerleri, Şev yüksekliği - GK grafiğinde gösterilmiştir (Şekil 8.9). Daha önce de belirtildiği gibi, tez çalışmasında şev duraylılığı analizleri doruk makaslama dayanımı parametreleri esas alınarak yapılmıştır. Bununla birlikte, Isparta kent yerleşiminde kısa sürede açılıp kapatılan inşaat kazısı şevlerinin yanı sıra, inşasına 3 yıl ara verilen Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi ne ait kazı şevlerinin varlığı söz konusudur. 136

148 (GK) Şekil 8.5. Çift doğrusal yenilme zarfı esas alınarak yapılan analizlerden elde edilen sonuçlara göre şev açısı ( ) güvenlik katsayısı (GK) grafiği. Şekil 8.6. Doğrusal yenilme zarfı esas alınarak yapılan analizlerden elde edilen sonuçlara göre şev açısı ( ) güvenlik katsayısı (GK) grafiği. (a) 137

149 (b) Şekil 8.7. (a) İnceleme alanındaki 1 no.lu örnekleme yeri olan Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi binasının temel inşaatına ait kazı şevi ve (b) 2 no.lu örnekleme yerinde açılmış olan yaklaşık 4 m yüksekliğindeki inşaat kazısından birer görüntü. Mines Branch [93], şev tasarımında doruk makaslama dayanımının esas alınması durumunda ve insan yaşamı ve yapılar için tehlike beklenmesi koşulunda güvenlik katsayısının 1.5 olarak alınmasını önermektedir. Hoek ve Bray [94] ise, uzun süreli duraylı kalmalarına gerek duyulmayan şevler için 1 ile 1.3 arasında değişen güvenlik katsayısı değerlerinin seçimini önermişlerdir. İnceleme alanındaki bu üç şev için güvenlik katsayılarının 1.5 tan yüksek olduğu belirlenmiştir (Şekil 8.9). 138

150 Gerek bu tezin eş danışmanının Isparta da volkanik zeminde açılan kazılarda yapmış olduğu daha uzun süreli, gerekse tez çalışması süresince zaman zaman yapılan gözlemlere göre, uzun süre inşasına ara verilen Isparta Ticaret ve Kültür Merkezi nin şev kazısında 3 yıl boyunca herhangi bir duraysızlık sorunu yaşanmadığı belirlenmiştir. İnceleme alanındaki bu şevlerde duraysızlık sorunuyla karşılaşılmamış olması, tez çalışmasında önerilen güvenlik katsayısına ilişkin grafikleri (Şekil 8.5, 8.6 ve 8.9) desteklemektedir. Şekil 8.8. Isparta Kültür Merkezi inşaatına ait bir görüntü. Şekil 8.9. İnceleme alanında farklı yüksekliklerdeki (3, 4, 8 m) dik ( =90 0 ) kazıların Şev yüksekliği- GK grafiği. 139

151 9. İNCELENEN VOLKANİK ZEMİNİN BENZER VOLKANİK ZEMİNLERLE KARŞILAŞTIRILMASI Tez çalışmasının bu bölümünde Isparta daki volkanik zemin ile uluslararası literatürdeki volkanik zeminlerin bazı fiziksel özellikleri ile dayanımları karşılaştırılarak volkanik zeminlerin mühendislik özellikleri için genel bir değerlendirme yapılmaya çalışılmıştır. O Rourke ve Crespo [2], inceledikleri volkanik zeminde volkan camının veya camın bozunması sonucu oluşan türevlerinin bağlayıcı malzeme olarak bulunduğunu belirtmişlerdir. Cecconi ve Viggiani [3], Cattoni vd. [12] ve Cecconi vd. [27], araştırdıkları volkanik zeminlerin cüruf özelliğinde bağlayıcı malzeme içerdiklerini ifade etmişlerdir. Hürlimann vd. [9] ise, bağlayıcı malzemenin sıcak piroklastik çökellerin soğuyarak taşlaşması ve daha sonra zeminin lav akıntılarıyla ısıl alterasyona uğraması sonucu oluştuğunu belirtmişlerdir. Orense vd. [11] tarafından incelenen az konsolide olmuş ve çimentolanmamış volkanik zeminler bağlayıcı malzeme içermemektedirler. Bu tez çalışmasında elde edilen sonuçlara benzer şekilde, O Rourke ve Crespo [2], Cecconi ve Viggiani [3], Hürlimann vd. [9], Cattoni vd. [12] ve Cecconi vd. [27], inceledikleri volkanik zeminlerdeki zayıf bağlayıcı malzemenin zeminin dayanımı kontrol eden en önemli özellik olduğunu belirtmektedirler. O Rourke ve Crespo [2], SEM çözümlemeleri yaparak inceledikleri volkanik zeminin gözenekli bir yapıya sahip olduğunu ve zeminin içerdiği tanelerin arasını bağlayıcı malzemenin doldurduğunu belirlemişlerdir. Cecconi ve Viggiani [3] ise, araştırdıkları zemindeki yarı köşeli ve farklı büyüklükteki tanelerin birbirleriyle köprü tipi dokanaklar ile bağlanmış olduğunu SEM çözümlemeleriyle gözlemlemişlerdir. Aynı araştırmacılar, inceledikleri volkanik zeminin kendine özgü bir mikro yapıya sahip olduğunu ve zeminin düşük derecede pekişmiş olmasından dolayı örnek hazırlamada ve deneylerin yapılmasında güçlüklerle karşılaşıldığını ifade etmişlerdir. Bunların yanı sıra Hürlimann vd. [9], doğal (örselenmemiş) ve üzerinde doğrudan makaslama deneyi yapılmış olan örneklerin deney sonrasındaki mikro yapılarını SEM tekniğiyle görüntülemişlerdir. Hürlimann vd. [9], volkanik zeminin açık mikroyapıya sahip olduğunu ve doğal haldeki zemin örneklerinde taneler arasındaki bağların sağlam (intact) olduğunu belirtmektedirler. 140

152 Bununla birlikte bu araştırmacılar, yüksek makaslama gerilmelerine maruz kalmış zeminde taneler arasındaki dokanakların tahrip olduğunu ve bağ dayanımının azaldığını da belirlemişlerdir. Bu tez çalışmasında yapılan SEM çözümlemelerinden de, volkanik zeminin açık mikroyapıya sahip olduğu ve doğal (örselenmemiş) haldeki zeminde tanelerin arasını bağlayıcı malzemenin doldurduğu gözlenmiştir. Bunun yanı sıra, çökme ve doğrudan makaslama deneylerine tabi tutulmuş örnekler ile doğal örneklerin mikroyapıları arasında önemli farklılıklar olduğu belirlenmiştir. Çökme ve doğrudan makaslama deneylerine tabi tutulmuş örneklerde taneler arasındaki bağların koptuğu ve bağlayıcı malzemenin parçalanarak tahrip olduğu da gözlenmiştir. Bu tez çalışmasında ve yukarıda değilen önceki çalışmalardaki SEM çözümlemelerine ait sonuçlar değerlendirildiğinde, volkanik zeminlerin benzer mikroyapısal özelliklere sahip oldukları anlaşılmaktadır. Volkanik zeminlerin tane boyu içeriklerinin genel değerlendirmesinin yapılması amacıyla, bu çalışmada incelenen volkanik zemin ile diğer araştırmacıların [2, 9, 12] inceledikleri volkanik zeminlerin tane boyu dağılımı eğrileri tek bir grafikte birlikte sunulmuştur (Şekil 9.1). Cattoni vd. [12] tarafından incelenen volkanik zemin diğer zeminlere göre daha fazla çakıl içermektedir. Bu tez çalışmasında ve Hürlimann vd. [9] tarafından incelenen volkanik zeminler az miktarda kil içerirken, diğer araştırmacıların inceledikleri zeminler kil tane boyutunda malzeme içermemektedirler. Şekil 9.1 de verilen tüm volkanik zeminlerin tane boyu dağılımları incelendiğinde, volkanik zeminlerin önemli ölçüde kum ve silt tane boyutundaki malzemeden oluştukları anlaşılmaktadır. Bu çalışmada ve uluslararası literatürdeki çalışmalarda [2, 3, 9, 27] incelenen volkanik zeminlerin fiziksel özellikleri, tek eksenli sıkışma dayanımları, doruk kohezyon ve içsel sürtünme açısı değerleri Çizelge 9.1 de karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Bu çizelgeden volkanik zeminlerin yüksek gözenekliliğe ve düşük kuru birim hacim ağırlığa sahip oldukları görülmektedir. Volkanik zeminlerin incelendiği diğer çalışmalarda hidrolik iletkenlik katsayısı belirlenmemiş olup, bu çalışmadaki volkanik zeminin hidrolik iletkenlik katsayısı 3.5x10-7 m.s -1 dir. 141

153 Şekil 9.1. Bu çalışmada incelenen volkanik zemin ile önceki çalışmalarda incelenen benzer volkanik zeminlerin tane boyu dağılımı eğrilerinin karşılaştırılması. Bu çalışma dışında sadece O Rourke ve Crespo [2] ve Cecconi ve Viggiani [3] volkanik zeminler üzerinde tek eksenli sıkışma deneyleri yapmışlardır. O Rourke ve Crespo [2], örneklerin tek eksenli sıkışma dayanımlarının orta derecede çimentolanmış kumların tek eksenli sıkışma dayanımına yakın olduğunu belirtmişlerdir. Cecconi ve Viggiani [3] ise, inceledikleri volkanik zeminin toprak zemin ile kaya arasında geçiş türünde bir zemin olduğuna dikkat çekmişlerdir. Çizelge 9.1 de görüldüğü gibi, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminin tek eksenli sıkışma dayanımı O Rourke ve Crespo [2] ve Cecconi ve Viggiani [3] tarafından incelenen volkanik zeminlerin tek eksenli sıkışma dayanımlarından daha düşüktür. Tezin 7. Bölümü nde belirtildiği gibi, bu çalışmada incelenen volkanik zemin örneklerinin doygunluk derecesinin artmasına koşut olarak tek eksenli sıkışma dayanımı artış göstermekte ve belirli bir doygunluk derecesinden daha yüksek doygunluklarda tek eksenli sıkışma dayanımı önemli ölçüde azalmaktadır (bkz. Şekil 7.6). Bu tez çalışmasında elde edilen ilişkiye benzer bir ilişki O Rourke ve Crespo [2] tarafından da belirlenmiş olup (bkz. Şekil 1.1a), karşılaştırma yapılabilmesi amacıyla her iki çalışmada elde edilen doygunluk derecesi ile tek eksenli sıkışma dayanımı arasındaki eğrisel ilişkiler aynı grafikte sunulmuştur (Şekil 9.2). 142

154 143 Çizelge 9.1. Bu çalışmada ve uluslararası literatürde yayımlanmış bazı çalışmalarda incelenen volkanik zeminlerin fiziksel Araştırmacı O Rourke ve Crespo [2] Cecconi ve Viggiani [3] Hürlimann vd. [9] Cecconi vd. [27] Bu çalışma özellikleri, tek eksenli sıkışma dayanımları ve makaslama dayanımı parametreleri. İncelenen zemin (Ülke) Az pekişmiş volkanoklastik çökel veya volkanik zemin (Ekvador ve Kolombiya) Piroklastik zayıf kaya veya yapılı sert volkanik zemin (İtalya) Az pekişmiş kalıntı volkanik zemin (Kanarya Adaları) Piroklastik zayıf kaya (pozzolanelle) (İtalya) Az pekişmiş piroklastik çökel veya volkanik zemin (Isparta,Türkiye) Gözneklilik n* (%) Doğal birim hacim ağırlık n (kn/m 3 ) Kuru birim hacim ağırlık d *Zemin özelliklerine ait değerler ortalama ya da değişim aralığı olarak verilmiştir. **Özellik ilgili çalışmada belirlenmemiştir. (kn/m 3 ) Özgül ağırlık G s Hidrolik iletkenlik katsayısı k (m/s) Tek eksenli sıkışma dayanımı c (kpa) Doruk makaslama dayanımı parametreleri c p (kpa) ** x p 143

155 Şekil 9.2 deki ilişkiler incelendiğinde, O Rourke ve Crespo [2] nun belirlediği tek eksenli sıkışma dayanımları bu çalışmadaki değerlerden daha yüksek olmakla birlikte, her iki çalışmada da ortak şekilde tek eksenli sıkışma dayanımları birbirlerine yakın doygunluk derecelerinde artma ve azalma eğilimi göstermektedirler. Her iki çalışmada elde edilen benzer sonuçlar dikkate alındığında, volkanik zeminlerin su içeriğinin ya da doygunluk derecesinin değişimi dayanım açısından önem kazanmaktadır. Bölüm 5.5 de belirtildiği gibi, doğrudan makaslama deneyleri sonucunda düşük ve yüksek normal gerilmeler altında farklı eğimlere sahip iki yenilme zarfı elde edilmiş ve volkanik zeminin genelleştirilmiş çift doğrusal yenilme zarfları çizilmiştir (bkz. Şekil 5.39). Hürlimann vd. [9], düşük ve yüksek normal gerilmeler altında gerçekleştirdikleri iki farklı doğrudan makaslama deney sonucunu aynı Normal gerilme - Makaslama gerilmesi grafiğinde birleştirerek değerlendirmişlerdir (bkz. Şekil 1.6). Bu çalışmadaki sonuçlara benzer şekilde, Hürlimann vd. [9] de düşük ve yüksek gerilmeler altında farklı eğimlere sahip iki yenilme zarfı elde etmişlerdir. Hürlimann vd. [9], düşük normal gerilmelerde içsel sürtünme açısının 45 0 olup, yüksek normal gerilmelerde ise 30 0 ye düştüğünü ve inceledikleri zeminlerin kohezyonsuz olduğunu belirtmişlerdir. Çizelge 9.1 de verilen çalışmaların tümünde araştırmacılar inceledikleri zeminlerin kohezyon ve içsel sürtünme açısı değerlerini üç eksenli sıkışma ya da doğrudan makaslama deneyleriyle tayin etmişlerdir. Çizelge 9.1 deki değerler incelendiğinde, bu tez çalışmasında incelenen volkanik zeminin Hürlimann vd. [9] tarafından incelenen zemin dışındaki, diğer volkanik zeminlerin kohezyonlarından daha düşük bir kohezyona sahip olduğu anlaşılmaktadır. Bununla birlikte, bu tez çalışmasında belirlenen değerler de dahil olmak üzere, volkanik zeminlerin doruk içsel sürtünme açılarının birbirlerine yakın oldukları ve 30 0 ile 45 0 arasında değiştikleri anlaşılmaktadır. 144

156 Şekil 9.2. Bu çalışmada incelenen volkanik zemin ile O Rourke ve Crespo [2] tarafından incelenen volkanik zemine ait doygunluk dereceleri (S r ) ve tek eksenli sıkışma dayanımları ( c ) arasındaki eğrisel ilişkiler. 145