ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Selim ÖZKAN SALBAŞ (ADANA) KUMTAŞLARININ FİZİKO-MEKANİK VE PETROGRAFİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2006

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FENBİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ SALBAŞ (ADANA) KUMTAŞLARININ FİZİKO-MEKANİK VE PETROGRAFİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Selim ÖZKAN YÜKSEK LİSANS TEZİ Ç.Ü. FENBİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI Bu tez.../.../2006 tarihinde aşağıdaki jüri üyeleri tarafından oybirliği / oyçokluğu ile kabul edilmiştir. İmza:... İmza:... İmza:... Doç. Dr. Ergül YAŞAR Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Doç. Dr. Suphi URAL DANIŞMAN ÜYE ÜYE İmza:... Doç. Dr. Ahmet. M. KILIÇ ÜYE İmza:... Yrd. Doç. Dr. Hakan GÜNEYLİ ÜYE Bu tez Enstitümüz Maden Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Bu çalışma Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje No: MMF YL. 2 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ SALBAŞ (ADANA) KUMTAŞLARININ FİZİKO-MEKANİK VE PETROGRAFİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ SELİM ÖZKAN ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman: Doç. Dr. Ergül YAŞAR Yıl:2006, Sayfa: 105 Jüri: Doç. Dr. Ergül YAŞAR Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Doç. Dr. Suphi URAL Doç. Dr. Ahmet M. KILIÇ Yrd. Doç. Dr. Hakan GÜNEYLİ Bu tez çalışması, Adana-Salbaş civarında yüzeylemekte olan kumtaşlarının mühendislik özelliklerinin belirlenerek, ekonomik olarak kullanılabilirliğini kapsamaktadır. İlk aşamada bölgenin jeolojisi, kumtaşları ve kumtaşlarının kullanım alanları hakkında araştırma yapılmış ve daha sonra çalışma alanını temsil edecek nitelikte kumtaşı örnekleri alınıp bu kumtaşının ekonomik olarak kullanılabilirliği fiziksel, kimyasal, mekanik ve petrografik analizler yapılarak araştırılmıştır. Deney sonuçları arasındaki ilişkiler istatiksel analizlerle yorumlanmıştır. Anahtar kelimeler: Kumtaşı, fiziksel, kimyasal, mekanik ve petrografik özellikler, yapı malzemeleri. I

4 ABSTRACT MSc THESIS EXAMINING PHYSICO-MECHANICAL AND PETROGRAPHIC PROPERTIES OF SANDSTONES OF SALBAŞ (ADANA) SELİM ÖZKAN DEPARTMENT OF MINING ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF CUKUROVA Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Ergül YAŞAR Year: 2006, Page: 105 Jury: Assoc. Prof. Dr. Ergül YAŞAR Assoc. Prof. Dr. Alaettin KILIÇ Assoc. Prof. Dr. Suphi URAL Assoc. Prof. Dr. Ahmet M. KILIÇ Assist. Prof. Dr. Hakan GÜNEYLİ This study covers determining of engineering properties and usability of sandstones of Adana-Salbaş region that is present near surface. First of all, it was searched about geology of the region, properties of sandstones and their use. Then it has taken samples of sandstone from the Salbaş and whether economic importances of these exist is studied doing physical, chemical, mechanical and petrographic analyses. Relations on test results is evaluated with statistical analyses. Key words: Sandstone, physical, chemical, mechanical and petrographic properties, building materials. II

5 TEŞEKKÜR Çukurova Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Anabilim Dalında yapmış olduğum yüksek lisans çalışmamda her türlü yardımı esirgemeyen danışman hocam Sayın Doç. Dr. Ergül YAŞAR a teşekkürü bir borç bilirim. Deneysel çalışmalarım esnasında laboratuar imkanlarından faydalanmama olanak sağlayan, Bölüm Başkanımız Sayın Prof. Dr. Mesut Anıl a, deneyler esnasında yardımlarına başvurduğum ve beni yönlendiren Arş. Gör. Yasin ERDOĞAN, Ahmet TEYMEN, Yusuf Tayfun YÜNSEL ve M. Özgür KESKİN e, kimyasal analizleri yapmamda yardımcı olan Arş. Gör. Mehmet TÜRKMENOĞLU na ve MTA da görevli teknik eleman Ahmet AYKAMIŞ a teşekkürü bir borç bilirim. III

6 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖZ I ABSTRACT II TEŞEKKÜR III İÇİNDEKİLER IV ÇİZELGELER DİZİNİ VII ŞEKİLLER DİZİNİ IX SİMGELER VE KISALTMALAR X 1.GİRİŞ 1 2.KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Kumtaşları Kumtaşlarının Mineralojik Bileşimleri Ana Mineral taneleri Matriks Çimento Kumtaşlarının Sınıflandırılması Çimentolarına Göre Kumtaşlarının Sınıflandırılması 11 (1) Silikat Mineralleri ile Çimentolanmış Kumtaşları 12 (2) Diğer Çimento Mineralleri Kumtaşlarının Dokusal Özellikleri Kumtaşlarının Kullanım Alanları Kumtaşının Doğal Yapı Taşı Olarak Değerlendirilmesi Kumlar 23 (1) Döküm Kumu 26 (2) Cam Kumu 27 (3) Kırma Kumu (Parçalama Kumu) 28 (4) Diğer Özel Amaçlı Kumlar Kumtaşlarının Özellikleri Fiziksel Özellikler 30 IV

7 Mekanik Özellikler Petrografik Özellikler 34 (1) El Örneğinde Yapılacak Görsel Tespitler 34 (2) Petrografik Mikroskop İle Kumtaşında Belirlenebilecek Özellikler ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Çalışma Alanının Genel Jeolojisi Handere formasyonu (Th) Kuzgun Formasyonu (Tku) Kuzgun Üyesi (Tkuk) Salbaş Tüfit Üyesi (Tkus) Memişli Üyesi (Tkum) Çalışma Alanının Jeolojik Evrimi MATERYAL VE METOD Materyal Metod Fiziksel Deneyler Özgül Kütle Hacim kütlesi Ağırlıkça ve Hacimce Su Emme Oranı (Görünür Porozite) Porozite Sonik Hız Deneyi Mekanik Özellikler Tek Eksenli Basınç Dayanımı ve Elastisite Modülü (Young Modülü) 60 (1) Başlangıç Young Modülü (E b ) 63 (2)Teğetsel (Tanjant) Young Modülü (E t ) 63 (3) Kiriş (Sekant) Young Modülü (E s ) 63 (4) Ortalama Young Modülü (E ort ) Brazilian Deney Yöntemi İle Dolaylı Çekme Deneyi Darbe Dayanımı 65 V

8 Nokta Yük Dayanım Deneyi Shore Scleroscope Sertlik İndeksi Laboratuarda Schmidt Darbe Çekici Deneyi Kimyasal Analiz Alkali Ergitiş Yöntemi Gravimetrik Metot ile SiO 2 Analizi Volümetrik (hacimsel) Metot (Titrasyon) ile Kalsiyum ve Magnezyum Analizi Atomik Absorbsiyon Spektrometresi analizi ile Demir ve Alüminyum Analizi Petrografik Analiz ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Örneklerin Kimyasal Analizi Fiziksel Özellikler Mekanik Özellikler Tek Eksenli Basınç Dayanımı Dolaylı Çekme Dayanımı Darbe Dayanımı Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi Nokta Yük Dayanımı Tek Eksenli Basınç Dayanımı ve Diğer Mekanik Özellikler Arasındaki İlişkiler Salbaş Kumtaşının Mekanik, Fiziksel ve Petrografik Özellikleri Arasındaki İlişkiler Petrografik Analiz SONUÇLAR VE ÖNERİLER 99 KAYNAKLAR 103 ÖZGEÇMİŞ 105 VI

9 ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa No Çizelge 2.1. Silis Kırıntılı Kumtaşlarında Yaygın Mineraller ve Kayaç Parçaları 5 Çizelge 2.2. Kırıntılı (klastik) Dokulu Kayaçların Sınıflandırılması 11 Çizelge 2.3.Türkiye de Tespit Edilmiş Kuvarsit Rezervleri 19 Çizelge 2.4.Türkiye deki Kuvarsit Yatakları 19 Çizelge 2.5. Türkiye deki Kuvars Kumu Yatakları 20 Çizelge 2.6. Türkiye de Tespit Edilen Kuvars Kumu Rezervleri ile SiO 2 Miktarları 20 Çizelge 2.7. Doğal Taşların Kullanım Alanlarının Belirlenmesinde Kullanılan Test Yöntemleri İçin Seçim Kılavuzu 21 Çizelge 2.8. ASTM C616, Kuvarslı Ebatlandırılmış Taşların Özellikleri 23 Çizelge 3.9. Adana İli Handere Formasyonu Kumtaşının Mekanik Özellikleri 40 Çizelge Moos-Ouervain a Göre Kayaçların Poroziteye Göre Sınıflandırılması 58 Çizelge Tek Eksenli Basınç Direncine Göre Kayaçların Sınıflandırılması 61 Çizelge Kayaçların Nokta Yük Direncine Göre Sınıflandırılması 67 Çizelge Schmidt Çekici Sertlik İndeksine Göre Kayaçların Sınıflandırılması 71 Çizelge Numunelerin Kimyasal Analizi 77 Çizelge Numunelerin Fiziksel Özellikleri 78 Çizelge Numunelerin Tek Eksenli Basınç Dayanımları 81 Çizelge Numunelerin Dolaylı Çekme Dayanımı 82 Çizelge Numunelerin Darbe Dayanımı 83 Çizelge Numunelerin (90 o ) Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi 84 Çizelge Numunelerin Nokta Yük Dayanımları 85 Çizelge Mekanik Özelliklerin Tesbiti İçin Yapılan Deneyler Sonucu Tabaka Açılarına Göre Elde Edilen Ortalama Değerler 87 Çizelge Regresyon Analizleri Sonucu Elde Edilen Denklem ve Korelasyon Katsayıları 89 VII

10 Çizelge Karot Numunelerinin Fiziksel ve Mekanik Özellikleri 91 Çizelge Numunelerin Deformasyon-Tek Eksenli Basınç Gerilmesi Değerleri 94 Çizelge Karşılaştırılmış deney verileri arasındaki y ve R 2 değerleri 95 VIII

11 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa No Şekil 2.1. Kumtaşlarının Sınıflandırılması 10 Şekil 3.2. Adana Yer bulduru haritası 38 Şekil 3.3. Çalışma Alanının Basitleştirilmiş Jeolojik Haritası 39 Şekil o, 45 o ve 90 o Olmak Üzere Üç Farklı Yönde Alınan Karot Numunelerinin Şematik Gösterimi 80 Şekil 5.5. Numunelerin Tabaka Açılarına Göre Tek Eksenli Basınç Dayanımı 81 Şekil 5.6. Tabaka Açılarına Göre Dolaylı Çekme Dayanımı Sütun Grafiği 83 Şekil 5.7. Düzeltilmemiş Nokta Yük Dayanımı (I s ) Sütun Grafiği 86 Şekil 5.8. Düzeltilmiş Nokta Yük Dayanımı (I s50 ) Sütun Grafiği 86 Şekil 5.9. Tek Eksenli Basınç Dayanımı-Dolaylı Çekme Dayanımı Değerleri Arasındaki İlişki 87 Şekil Tek Eksenli Basınç Dayanımı-Darbe Dayanımı Değerleri Arasındaki İlişki 88 Şekil Tek Eksenli Basınç Dayanımı-Düzeltilmiş Nokta Yük Dayanımı Değerleri Arasındaki İlişki 88 Şekil Tabakalaşma Eksenine Dik Olarak Alınan Karotlar 90 Şekil Tabakalaşma Eksenine 45 o Olarak Alınan Karotlar 90 Şekil Tabakalaşma Eksenine Paralel Olarak Alınan Karotlar 90 Şekil Tabaka Açılarına Göre Shore Scleroscope Sertlik İndeksi-Tek Eksenli Yük Grafiği 92 Şekil Tabaka Açılarına Göre Birim Hacim Ağırlığı-Tek Eksenli Yük Grafiği 93 Şekil Tabaka Açılarına Göre P Dalga Hızı-Tek Eksenli Yük Grafiği 93 Şekil Görünür Porozite-Tek Eksenli Yük Grafiği 94 Şekil Numunelerin Birim Deformasyon- Tek Eksenli Gerilme Grafiği 96 Şekil Hiç yük uygulanmamış ve tek eksenli yük sonucu kırılmış karot numunelerinden alınan ince kesitler 98 IX

12 SİMGELER VE KISALTMALAR d 0 : Özgül kütle (gr/cm 3 ), d k : Hacim kütlesi (Birim hacim ağırlık) (gr/cm 3 ), S k : Taşın kütlece su emme oranı (m/m, %), S h : Taşın hacimce su emme oranı (v/v, %), Pg : Kayacın görünür porozitesi (%), d kort : Ortalama kuru birim hacim ağırlık (ortalama hacim kütlesi) (gr/cm 3 ), d 0ort : Ortalama Özgül kütle (gr/cm 3 ). P : Taşın porozitesi (v/v, %), σ c : Tek eksenli basınç dayanımı, kg/cm 2 F : Numunenin yenilme yük değeri, kg, ε : Boy değişim oranı E : Elastisite modülü E b : Başlangıç Young Modülü E t : Teğetsel (Tanjant) Young Modülü E s : Kiriş (Sekant) Young Modülü E ort : Ortalama Young Modülü σ t : Taşın dolaylı çekme dayanımı, (kg/cm 2 ), D n : Kayacın darbe dayanımı, (kg.cm/cm 3 ). V p : P dalgasının yayılma hızı (m/s), X

13 1. GİRİŞ Selim ÖZKAN 1. GİRİŞ Çapı 1/16 (0,0625 mm)-2 mm arasında olan kum tanelerinin jeolojik süreçler sonucunda birleşmesi ile oluşan kayaca kumtaşı adı verilmektedir. Fakat bu çok genel bir tanımdır ve kumtaşlarının mühendislik (fiziksel, kimyasal, mekanik, petrografik) özellikleri ile bir fikir vermez. Kumtaşının mineralojik bileşenleri ve bu bileşenlerin miktarları, dokusal özellikleri, jeolojik oluşum biçimi değişkendir. Dolayısıyla kumtaşlarının mühendislik özellikleri ve ekonomik olarak kullanılabilirlikleri birbirlerinden farklıdır. Kumtaşlarının doğal taş ve çeşitli endüstri kollarında (cam kumu, inşaat kumu, vb.) öğütülmüş kum olarak iki ana kullanım alanı vardır. Aynı zamanda su, petrol ve doğal gaz için hazne kayaç olabilirler. Ancak yerkabuğunun yaklaşık %10-15 ini kapsamalarına rağmen, bütün kumtaşları kullanım alanı bulamaz veya su, petrol ve doğal gaz için hazne kayaç değildirler. Gerçekte kumtaşlarının istenilen alanda kullanılabilmesi için bazen çok kesin olan sınırlamalar ve şartlar vardır. Bunun için herhangi bir kumtaşının mühendislik özellikleri belirlendikten sonra ekonomik değeri hakkında fikir verilebilir. Gelişmiş ülkeler, kayaçların mühendislik özelliklerinin belirlenmesine büyük önem vermektedir. Böylece malzeme seçiminde daha sağlıklı kararların alınması sağlanmış dolayısıyla; para, zaman ve emek kaybı asgari düzeye, emniyet ise azami düzeye çıkmıştır. Bu çalışmanın ana amacı Adana-Salbaş civarı kumtaşlarının, mühendislik özelliklerinin tespit edilmesiyle bölge kumtaşının ekonomik olarak bir öneme sahip olup olmadığının TSE standartlarına göre değerlendirilmesidir. Deney sonuçları arasındaki olası ilişkiler regresyon analizleri ile değerlendirilerek, kumtaşının anizotropik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca tabakalanma eksenine paralel, eğik ve dik olarak (0 o, 45 o, 90 o ) uygulanan tek eksenli basınç testi sonucu kırılmış karot numunelerinin ve hiç yük uygulanmamış sağlam numunelerin, petrografik analizleri yapılmış ve bunlar karşılaştırılarak, yüklerin değişimi ile petrografik özelliklerdeki farklılıklar incelenmeye çalışılmıştır. 1

14 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Kayaçlar sahip oldukları özelliklere göre birçok şekilde sınıflandırılabilirler. Jeolojik olarak ise oluşum biçimlerine bağlı olarak magmatik, sedimanter ve metamorfik kayaçlar olmak üzere üçe ayrılırlar. Yerkabuğunun derinliklerinde bulunan ve sıcaklığı o C arasında değişen, uçucu bileşenler (gazlar) bakımından doygun bir silikat eriyiği olan magmanın, basınç ve sıcaklığın giderek azalması ve katılaşması/kristalleşmesi sonucu ile soğuması sonucu magmatik kayaçlar oluşur. Dağ oluşum bölgelerinde sedimanların, ayrıca mevcut magmatik ve metamorfik kayaçların değişik nedenlerle yerkabuğunun daha derin kısımlarına inmeleri ve yerkabuğunun bazı yerlerinde meydana gelen yersel sıcaklık ve/veya basınç yükselmeleri, bu kayaçlarda bazı kimyasal reaksiyonların gelişmesine yol açar. Bunun sonucu bu kayaçlar, mineralojik bileşimlerini ve/veya yapı ve dokularını değiştirerek metamorfik kayaçları meydana getirirler. Magmatik, metamorfik ve daha önece oluşmuş sedimanter kayaçlar, yüzeysel koşullar altında (atmosfer, hidrosfer ve biyosfer etkisi ile) fiziksel veya kimyasal bozuşmaya maruz kalırlar. Bozuşma ürünlerinin çeşitli etkenlerle taşınması sonucu sedimanlar oluşur. Başlangıçta gevşek durumda olan sedimanlar üzerinde biriken diğer sedimanların ağırlığı ve buna bağlı olarak sıcaklığın artması sonucu gözenek çözeltilerininde etkisiyle birbirleriyle bağlantılı hale geçer, pekişir ve tıkız bir durum alır. Diyajenez adı verilen bu fiziksel ve kimyasal değişiklikler sonucu sedimanter kayaçlar oluşur (Kurt, 1998). Sedimanter bir kayacın oluşumunda en az dört safha vardır. Bu safhalar; 1. Mevcut kayaçların ayrışması, 2. Kayaçların ayrışması sonucunda meydana gelen malzemenin çeşitli yollarla taşınması, 3. Taşınan malzemenin belli yerlerde birikmesi veya çökeltilmesi, 4. Biriken veya çökelen sedimanların taşlaşma (diyajenez) geçirerek sıkışması, pekişmesi. 2

15 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Sedimanter kayaçlar; kırıntılı (klastik) sedimanter kayaçlar, volkanoklastik çökeller, kimyasal sedimanter kayaçlar ve organik yanıcı (karbonlu) sedimanter kayaçlar olmak üzere dört ana gurup altında sınıflandırılmaktadır (Kurt, 1998). Kırıntılı sedimanter kayaçlar, daha evvelce var olan kayaçlardan türeyen irili ufaklı kırıntıların bir araya gelerek oluşturdukları sedimanter kayaçlardır. Bir bağlayıcı ile taneler birbirlerine bağlı değilse çimentosuz tortul kayaçlar (çakıl, kum, silt, kil), bir bağlayıcıyla taneler tutturulmuşsa çimentolu tortul kayaçlar (çakıltaşı, kumtaşı, kiltaşı) denir. Kırıntılı sedimanter kayaçlardaki irili ufaklı kırıntılar (çakıl, kum, silt, kil) detritik (allojen) mineralleri oluştururlar. Ana kayaçtan koparılan kırıntıların (minerallerin) sularda tuz, kristaloid veya kolloid olarak çözülmesi ve bu çözünen minerallerin sedimanter havzalarda çökelmesi ile otojenik mineraller oluşur. Otojenik mineraller tanelerin çimentolanmasını sağlayan minerallerdir. Ancak her otojenik mineral çimento olarak etki etmez. Kırıntılı kayaçların adlandırılması, tanelerin boyutlarına, türlerine, biçimlerine, yuvarlaklık ve boylanma derecelerine, homojen veya heterojen oluşlarına ve çimento maddesinin bileşimine göre yapılır. Kırıntılı sedimanter kayaçlar tane boylarına göre; Konglomera ve breşler Kumtaşları, Killi ve siltli kayaçlardan, oluşmaktadır Kumtaşları Kumtaşı veya gre terimi klastik tanelerden (1/16-2 mm) meydana gelmiş bir sedimanter kayaç numunesinde sadece ana minerallerin % 50 si silis olduğu zaman kullanılır (Abdüsselamoğlu, 1968). Materyalin cins ve miktarını gözetmeksizin %50 den fazla kum (1/16-2 mm) boyutunda tane içeren kırıntılı sedimanter kayaçlara ise arenit (Latince) veya psamit (Grekçe) denir. Bununla beraber arenit veya psamit terimi yerine kumtaşı deyimi kullanıla gelmiştir. 3

16 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Psamit terimi bol mikalı kumtaşları için de kullanılmaktadır. Klastik Yunanca clastos kelimesinden gelmekte olup kırılmış manasına gelmektedir ve bu terim herhangi bir boyut belirtmez. Bunun için Udden-Wenthworth derecelendirme ölçeği gibi boyut ifade eden cetveller kullanılır (Prothero ve Schwab, 1999) Kumtaşlarının Mineralojik Bileşimleri Kumtaşlarının mineralojik bileşimi onların sınıflandırılmasında kullanılan temel bir özelliktir. Mineralojik bileşim ayrıca kumtaşlarının ekonomik önemini petrol ve gaz hazneleri, doğal taş ve endüstriyel kum olarak kullanılabilirliği açısından etkileyebilir. Mineralojik bileşim kumtaşlarının diajenezi esnasında önemli bir etkiye sahiptir ve dolayısıyla kayaçların nihai porozite ve permeabilitelerini ve dolayısıyla kumtaşlarının petrol ve gaz hazneleri olabilme olasılığını etkiler. Mineralojik bileşim aynı zamanda kumtaşlarının dayanımını da etkilemektedir. Örneğin tanelerin çoğu kuvarstan oluşmuş ve çimentosu kuvarslı olan kumtaşlarının dayanımı çok yüksektir. Ancak porozitesi yüksek ve çimentosu zayıf, az çimentolanmış veya çimentolanmamış kumtaşları çok yüksek kuvars miktarına sahip olsalar bile elde ufalanabilmekte veya suda dağılabilmektedir. Endüstride kum olarak kullanılacak kum veya kumtaşlarında ise, kayacın mineralojisi onun kum olarak kullanılabilirliğini belirler. Kumtaşlarında yaygın biçimde bulunan bileşenler Çizelge 2.1 de görülmektedir (Boggs, 2003). Kumtaşlarının bileşenleri kökenlerine göre detritik veya kırıntılı (detrital) bileşenler ve otojenik bileşenler olmak üzere ikiye ayrılır. Detritik mineraller ana kayaçlardan mekanik ve kimyasal aşınma yoluyla oluşmuştur. Kumtaşlarının bileşenleri kimyasal prosesler ile oluşmuş ise bunlar otojenik minerallerdir. Detritik mineraller, silika mineralleri (kuvars, kalsedon, opal), feldispatlar (alkali feldispatlar ve plajiyoklaz feldispatlar), mikalar (muskovit, biyotit ve klorit), kil mineralleri, ağır mineraller, kayaç parçaları, iskelet kalıntıları ve organik maddelerden oluşmuşlardır. 4

17 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Çizelge 2.1. Silis Kırıntılı Kumtaşlarında Yaygın Mineraller ve Kayaç Parçaları (Boggs, 2005) BAŞLICA MİNERALLER (>~%1-2) Kuvars (Silika) Grubu Mineralleri Kuvars (Monokristal veya Polikristal olarak) Kristobalit ve Tridimit Kalsedon ve Mikrokristalin kuvars Opal Feldispatlar-potasyum feldsipatlar (ortoklaz, mikrolin, sanidin, anortoklaz) ve plajiyoklaz feldispatlar (albit, oligoklaz, andezin, labrodorit, bitovnit, anortit) Kil Mineralleri ve İnce Mikalar-kil mineralleri (kaolinit grubu, illit grubu, smektit grubu ve klorit grubu; ince mikalar genellikle muskovit (serisit) ve biotit. AKSESUAR MİNERALLER (<~%1-2) İri Mikalar-genellikle muskovit ve biyotit Ağır Mineraller (spesifik gravite>2,9) Stabil opak olmayan mineraller-zirkon, turmalin, rutil, anatas Metastabil opak olmayan mineraller-amfiboller, piroksenler, klorit, garnit, apatit, stavrolit, epidot, olivin, topaz, monazit, klinozosit, zoisit, artı yaklaşık 100 adet diğer minör hacimli diğer mineraller Stabil opak mineraller-hematit, limonit Metastabil opak mineraller-magnetit, ilmenit, lökoksen Kayaç Parçaları Magmatik kayaç parçaları Metamorfik kayaç parçaları Sedimanter kayaç parçaları Kimyasal Çimentolar Silikat mineralleri-genellikle kuvars; diğerleri kalsedon opal, feldispatlar ve zeolitler Karbonat mineralleri-genellikle kalsit; (daha az yaygın) aragonit, dolomit, siderit Demir oksit mineralleri-hematit, limonit, götit Sülfat mineralleri-anhidrit, jips, barit Ana kayaçtan koparılan kırıntıların (minerallerin) sularda tuz, kristaloid veya kolloid olarak çözülmesi ve bu çözünen minerallerin sedimanter havzalarda çökelmesi ile otojenik mineraller oluşur. Otojenik mineraller, ya çökelme işleminden kısa bir süre sonra ya da çökel henüz konsolide olmamış durumda iken veya gömülme ve diajenez esnasında, çökeller içerisinde oluşabilir. Otojenik mineraller; 5

18 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN çimento olarak veya çimento olarak etki etmeyen, gözenek boşluklarında kristallenmiş yeni mineraller olarak oluşurlar; ya da orijinal kırıntılı minerallerin veya kayaç kırıntılarının yerini alarak şekillenirler (Üşenmez,1985). Otojenik mineraller başlıca kuvars ve diğer silika mineralleri, feldispat, mika ve kil, glokoni ve kamozit ve diğer mineralleri içerir. Kumtaşları (detritik veya otojenik kökenli); ana mineralleri oluşturan taneler, matriks ve çimento olmak üzere üç temel bileşenden oluşmaktadır. Ayrıca orijinal minerallerin yerini almış mineraller ve gözenek boşlukları bulunabilir. Bu bileşenlerden çimento ve orijinal minerallerin yerlerini almış olan mineraller (kimyasal prosesler ile oluştukları için) otojenik minerallerdir. Bazı ana mineral tanelerin, matriksin veya çimentonun yerini alan otojenik (yeni kristalleşen) mineraller çoğu kumtaşının gözeneklerinde bulunabilir. Fiziksel prosesler ile oluşmuş, ana mineraller ve matriks ise detritik minerallerdir. Kumtaşlarında, kum (0, mm) ve iri silt (0,0625-0,031) boyu arasındaki taneler kumtaşlarının ana minerallerini oluşturur. Kumtaşları keza çeşitli miktarlarda matriks (0,03 mm den küçük malzemeler) ve çimento içerebilir Ana Mineral Taneleri Ana mineral taneleri, kuvars, feldispat, kayaç parçaları, iri tane boylu mikalar ve ağır mineralleri içeren, iri silt ve kum boyunda (0,03-2 mm) kırıntılı taneciklerdir. Kırıntılı taneler herhangi ana kayaçlardan mekanik-kimyasal ayrışma yoluyla oluşmuş bileşenlerdir. Kumtaşlarının çoğu kırıntılı bileşenleri, terijen (terrigenous, karasal/yeryüzeyinden gelen) silis kırıntılı (siliciclastic) taneciklerdir (particle). Bu terijen silis kırıntılı tanecikler; kayaçların bozuşması, volkan patlamaları ve çökelme havzası dışındaki ana kayaçtan sedimentlerin (çökellerin) taşınması işlemleri ile oluşmaktadır. Bununla birlikte bazı volkanik kökenli tanecikler çökelme havzası içerisindeki volkanik bölgelerden kaynaklanmış olabilir. Kumtaşlarındaki az miktarda, iskelet parçaları veya karbonat kırıntıları gibi kırıntılı bileşenler silis kırıntılı tanecikler olmayabilir. Karbonat kırıntıları, resif kütleleri veya diğer 6

19 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN konsolide olmamış veya yarı konsolide olmuş karbonat yapılarının mekanik parçalanması ile çökelme havzası içinde oluşmuşlardır. Kumtaşları, aynı zamanda, kırıntılı çökel boyunca, çökelme bölgesinde ölen organizmaların birikmesi sonucu havza içi biojenik artıklar içerebilir. Kırıntılı bileşenler için kaynak materyaller sağlayabilen magmatik, metamorfik ve sedimanter kayaçların geniş çeşitliliğinden dolayı, kumtaşlarının teorik olarak geniş bir çeşitlilikte mineral grubu içermesi gerekirdi. Bunun gerçekleşememesinin nedeni, taşınma ve çökelme esnasında tanelerin kimyasal bozuşma ve fiziksel-kimyasal işlemlere maruz kalmasına bağlanmaktadır. Bu işlemler kimyasal olarak stabil olmayan ve mekanik olarak zayıf olan kum tanelerinin tahrip olmasına ve tane boylarının küçülmesine neden olmaktadır. Bu yüzden çoğu kumtaşının ana mineral taneleri çoğunlukla kuvars, feldispat ve kayaç parçalarından oluşmuştur. İri mikalar, özellikle muskovit, çoğu kumtaşının ana minerallerinin yüzde bir kaçını oluştururlar. Son olarak ağır mineraller-özellikle kimyasal açıdan stabil zirkon, turmalin ve rutil- kumtaşlarının kırıntılı bileşenler küçük bir yüzdesini oluşturabilirler Matriks Matriks, ana mineral taneleri arasındaki boşlukları dolduran daha ince taneli (<0,03 mm) materyaldir (Boggs,2003). Matriks terimi tane boyutunu ifade etmekte olup bu terim ile bağlayıcı manası kastedilmemesine rağmen zayıfda olsa taneleri birbirine bağlamaktadır. Bağlama kuvveti matriksin bileşimi, bulunduğu derinlik (sıcaklık ve basınç) ve diajenezin safhasına göre değişmektedir. Derinliğin artışı ve diajenezin ileri safhalarında bağlayıcı kuvveti artmaktadır. Diajenez işleminin başlarında ve sığ derinliklerde ise bağlayıcı kuvveti düşüktür. Matriksin mineralojisinin etkisi ise mineral cinsine göre farklılık göstermektedir. Matriksin bağlayıcı kuvvetinin artmasının nedeni sıcaklık ve basınç artışı ile matriks, taneler ve matriks-tane arası kimyasal değişimlerden ileri gelmektedir. Kumtaşlarındaki en yaygın matriks mineralleri, ince taneli silika mineralleri, feldispatlar, mikalar, kil mineralleri ve klorittir. Ana mineral tanelerinden daha fazla matriks içeren silis kırıntılı kayaçlar, şeyl ve çamur kayaçlarıdır. 7

20 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Çimento Çimentolar başlangıçta açık olan gözenek boşluklarını dolduran otojenik minerallerdir. Çimentolanma iki şekilde olmaktadır. Birincisi var olan tanelerin üzerine aynı cins mineralin eklenmesi ile olur. Bu, silisli çözeltilerin kuvars taneleri üzerini orijinal kristal yapısıyla optik süreklilik devam edecek şekilde kaplamasıyla oluşur. İkinci çimentolanma şekli ise süzüntü sularının dokular arasına çökelmesi ile olur. Bunlardan önemlileri sırasına göre silika, demir oksitler ve karbonatlardır. (Blyth ve Freitas, 1984). Çimento mineralleri, herhangi bir boyuta kadar veya doldurdukları gözeneklerden daha büyük olabilirler. Petrografik mikroskop altında görülebilen çimentolar, nadir olarak kumtaşının toplam hacminin %30 undan fazlasını oluştururlar ve genellikle daha az miktardadır Kumtaşlarının Sınıflandırılması Kumtaşları, en geniş haliyle ikiye ayrılır. Bunlardan biri silis kırıntılı (Siliciclastic) kumtaşları (çoğu terijen orijinli) diğeri ise silis kırıntılı olmayan (Nonsiliciclastic) kumtaşları (çoğu karbonatlar ve evaporitler) dır. Silis kırıntılı olmayan kumtaşlarının kumtaşı olarak değerlendirilmesinin nedeni oluşum biçimlerinin kumtaşı ile aynı olması (kırıntıların diğer kayaçlardan aşındırılması, taşınması, çökelme ve diajenez işlemi) ve tane boylarının kum boyutunda olmasındandır. Birçok kaynakta bunlar kumtaşları içerisinde değerlendirilmeyip kendi gruplarında değerlendirilirler. Silis kırıntılı kumtaşları ise epiklastik ve volkanik kırıntılı kayaçlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. Epiklastik kayaçlar, önceden var olan kayaçların kırıntılarından oluşmuştur. Kırıntılar bozuşma (materyalin ana kayaçtan koparılması) ve erozyon (materyalin taşınması) ile meydana gelmiştir. Bu yüzden epiklastik kayaçlar çoğunlukla silikat minerallerinden ve çeşitli türde magmatik, metamorfik ve sedimanter kayaçların parçalarından oluşmuştur. Volkanik kırıntılı kayaçlar, cam dahil olmak üzere özellikle volkanik 8

21 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN malzeme (kum boyu aralığında) açısından zengin kayaçlardır. Çoğu volkanik kırıntılı kayaçlar, doğrudan volkanik patlama sonucu oluşmuş kül veya lapilli gibi piroklastik materyalleri içerirler. Diğer yandan volkanik kırıntılı kayaçlardaki bazı materyaller, eski volkanik kayaçların bozuşması ile oluşmuş epiklastik malzemeler olabilmektedir. Volkanik kırıntılı kayaçlar çoğu kaynakta ayrı olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada da kumtaşları terimi ile epiklastik kökenli kumtaşları kastedilmektedir. Günümüze kadar kumtaşlarının sınıflandırılması üzerinde pek çok çalışmalar yapılmıştır. Sınıflandırma kimyasal bileşim, mineralojik bileşim (ana mineraller, matriks ve çimento), yapısal ve dokusal özellikler, vb. gibi ölçütler esas alınarak yapılmıştır. Bugüne kadar kumtaşlarının gerek sınıflandırılmasında gerekse adlandırılmasında istenilen ölçüde bir birlik sağlanamamıştır (Üşenmez, 1985). Kumtaşlarının iyi bir şekilde sınıflandırılması, kumtaşını oluşturan bileşenlerin çeşitliliği, sınıflandırmayı yapan jeologların kişisel yargıları, vb. birçok nedenden dolayı zordur. Friedman ve Sanders (1978) a göre 1940 yılından bu yana 10 ülkede ve 7 dilde 50 den fazla sınıflandırma sistemi vardır. Bu sistemlerin çoğu sözel bir kısmı ise sayısal sınıflandırmalardır (Boggs, 2005). Bu sayısal sınıflandırmalardan biri, Gilbert ın (Williams vd, 1982) en son versiyonu olan sınıflandırma sistemidir (Boggs, 2005). Bu sistemde matriks içeriği temel alınarak, kumtaşları arenitler (matriks içeriği %5 den az) ve vakeler (matriks içeriği %5 den fazla) olarak ikiye ayrılmaktadır ve matriks içeriği %50 yi aştığında ise kumtaşı kumlu çamurtaşını ifade etmektedir. Ayrıca arenitler (veya vakeler) mineralojik bileşimdeki Kuvars, feldispat ve kayaç parçalarının içeriğine göre; kuvars arenit veya vake (Kuvars>%90), feldispatik arenit veya vake (Kuvars<%90, Feldispat>Kayaç parçaları) ve litik arenit veya vake (Kuvars<%90, Kayaç parçaları>feldispat) olmak üzere 6 gruba ayrılmaktadır (Boggs, 2005). Bu sınıflandırma sistemlerinde arenitlerin veya vakelerin matriks miktarı ve çeşidi, çimento miktarı ve çeşidi, dokusal, yapısal vb. özellikleri farklı olabilmektedir. Örneğin %90 dan fazla kuvarstan oluşmuş bir kuvars arenitin, içeriğindeki kuvarstan dolayı sağlam olması beklenirken, çimentosunun zayıf olması ve porozitesinin 9

22 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN yüksek olması nedeniyle, kayacın elle bile ufalanması mümkün olabilmektedir. McBride (1963) tarafından önerilmiş olan ve sadece ana mineralleri temel alan, matriks in kullanılmadığı sınıflandırma sistemi ise Şekil 2.1. de görülmektedir. Şekil 2.1. Kumtaşlarının Sınıflandırılması (McBride, 1963) Bu sınıflandırma sistemi, Gilbert ve diğer bazı araştırmacının sınıflandırlama sistemine ana mineralleri temel almasından dolayı benzerdir. Arkoz ve grovak genellikle sınıflandırmalarda pek kullanılmayan, fakat jeologlar tarafından yaygın biçimde kullanılan iki kumtaşı terimidir. Arkoz terimi, bazı kumtaşı sınıflandırmalarında ve çoğu jeolog tarafından ise yaygın bir şekilde kullanılır. Bu terimin tam manası belirsizdir. Çünkü terim farklı şekillerde tanımlanmaktadır. Bu terim, el örneklerinde gözle görülebilen miktarlarda feldispat içeren kumtaşları için kullanılabilir veya %20 den, %25 den, %30 dan fazla (yani bu miktarlardan herhangi biri olabilir) feldispat içeren ve granitik kaynak kayaçların tanelerinden oluşmuş kumtaşları için kullanılır. Muhtemelen bir arkoz için 10

23 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN en çok kabul edilen tanımlama; %25 den fazla feldispat içeren feldispatik kumtaşlarıdır. Arkozlar, büyük olasılıkla, feldispat içeriğinden daha düşük miktarda kayaç parçalarına sahiptir (Boggs 2003). Birçok jeolog tarafından kullanılan grovak terimi daha da belirsizdir. Bazı araştırmacılar tarafından bu terimin kullanılmaması gerektiği önerilmişsede halen bu terim kullanılmaya devam edilmektedir. Genelde grovak, koyu gri, yeşilimsi gri veya siyah, bol matriksli, sağlamlaşmış kumtaşları için kullanılır. Crook (1970) a göre bu terimin orijini Werner (1787) a kadar uzanmaktadır ve aslında bu terim, saha özellikleri temel alınan bazı kayaçlara verilmişdir (Boggs, 2003) Çimentolarına Göre Kumtaşlarının Sınıflandırılması Goodman (1989), kaya mekaniğinde kayacın kökeninden çok davranışının önemli olduğunu ve jeolojik sınıflandırma sistemlerinin pek faydalı olmadığını belirtmiştir. Kırıntılı kayaç grubundaki jeolojik kayaç isimleri de çimentonun karakterine dair bir fikir vermedikleri için kaya mekaniğinde çok kullanışlı değildirler. Goodman (1989), bunun için kayaçların; kristalin doku, kırıntılı (klastik) doku, çok ince taneli kayaçlar ve organik kayaçlar olarak sınıflandırılmasının ve bunlarında daha alt sınıflara ayrılmasının daha uygun olacağını belirtmiştir. Kırıntılı (klastik) doku nun alt sınıflandırılması Çizelge 2.2 de görülmektedir. Çizelge 2.2. Kırıntılı (klastik) dokulu Kayaçların Sınıflandırılması (Goodman, 1989). Kırıntılı (klastik) doku Örnekler Duraylı çimentolu Az çözünebilir çimentolu Çok çözünebilir çimentolu Tamamı çimentolanmamış veya zayıfça çimentolanmış Çimentolanmamış Silis çimentolu kumtaşı ve limonitik kumtaşı Kalsit çimentolu kumtaşı ve konglomera Jips çimentolu kumtaşları ve konglomera Ufalanabilir kumtaşları ve tüf Kil bağlayıcılı kumtaşları Değişik kayaçların parçalarından ve muhtelif mineral tanelerinden oluşan kırıntılı kayaçlar özelliklerini, başlıca parçaları birarada tutan çimento veya 11

24 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN bağlayıcıya borçludurlar. Bazıları duraylı ve sıkı çimentolanmış olup kırılgan, elastik bir davranış sunarlar. Diğerleri suda uzunca bekletildiklerinde sedimente dönüşürler. Çimentolarına göre kumtaşlarının sınıflandırılmasında, kumtaşını oluşturan tanelerin cinsine bakılmaksızın sadece çimento bileşimi göz önünde tutulurak sınıflandırma yapılmaktadır (Abdüsselamoğlu,1968). Kumtaşları önceden varolan kayaç, mineral, vb. doğada var olan materyallerin aşınması, taşınması ve biriktirilmesi sonucu oluştuğu için çimento malzemesi olarak herhangi bir minerali veya mineralleri içerebilirler. Bunlar; silikat mineralleri, karbonat mineralleri, demir oksit mineralleri, sülfat mineralleri, kil mineralleri, mika mineralleri, fosfat mineralleri, sülfit mineralleri, organik malzemeler, vb. olabilir. Ancak bu mineral gruplarından kuvars minerali, demir oksitler, kalsit minerali, killer ve mikalar en yaygın olanlarıdır. Diğerlerine nadir olarak tesadüf edilir. (1) Silikat Mineralleri ile Çimentolanmış Kumtaşları Eski akarsu, buzul ve deniz kumlarının sekonder olarak teşekkül eden silisle çimentolanmasından meydana gelir. Bunlarda doku özelliklerine göre isim alırlar. Kuvarslı kumtaşları Kuvarsit kumtaşları Kuvarsitler Kuvarslı kumtaşlarında taneler arası mesafe boşlukludur. Bu boşluklarda sonradan teşekkül eden yani sekonder kuvars tanecikleri yer alır. Klastik olan ilk kuvars tanelerine nazaran sekonder olan kuvars taneleri daha küçüktür. Kuvarsit kumtaşlarında ise klastik kuvarsların etrafını kuşatan sekonder kuvars kuşağı mevcuttur. Bu sekonder kuvars ilk kuvars taneden ince bir hudutla ayrılır. Sekonder kuvars parlaklığı ve içerisinde bulunabilen yabancı maddelerle ilk kuvars tanelerinden ayrılırlar. Kuvarsitlerin kırılma yüzeyleri konkoidal olup yağ parlaklığı gösterirler. Taneler çok sıkışık olup hemen hemen poroziteleri yoktur. Tipik bir kuvarsit örneğinde SiO 2 oranı % 98,95 veya % 99 u bulur. Mevcut organik elemanlar primer 12

25 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN ve sekonder olsun diajenez esnasında yok olmuşlardır. Mikroskopta ince kesitlerine bakıldığı zaman mozaik veya dantelsi bir yapı gösterirler. Çok diajenetik veya metamorfik olarak teşekkül eder. Kuvarsitlerin çimento maddesi genellikle kristalin değildir ve taneler de girift bir durum yoktur. Bu özellikleri ile metamorfik kuvarsitten ayırt edilirler. Kuvarsitlerden, ortokuvarsitler tortul kökenli olup tanelerde korozyon çizgileri vardır. Ağır mineraller bu tip kuvarsitlerde mevcut olabilir. Metakuvarsitler rejional veya kontakt metamorfizma sonucu meydana gelirler. Bu sebeple metamorfizma mineralleri metakuvarsitlerde mühim bir yer işgal eder. Çimentolu Kuvarsitlere nadir tesadüf edilir. Kuvars taneleri silis çimento ortamında dağılmış olup taneler etrafında ayrıca sekonder kuvars zarfı mevcuttur. Opal Çimentolu Kumtaşları daima glokonili, fosilli ve sünger spikülleri bol olan kumtaşlarıdır. Mevcut elemanlar arasında kuvars ve glokoni hakimdir. Ağır mineraller ise diğerlerine oranla çok azdır. Opal çimento tanelerin etrafının kuşatır. Taneler arasında yer yer boşluklara tesadüf etmek mümkündür. Kalsedonit Çimentolu Kumtaşları genellikle yeşil renkli ve sert kayaçlardır. Çimento ya tamamen veya kısmen kalsedonitten müteşekkildir. Silis Çimentolu Kuvars ve Feldispat Taneli Kumtaşları diğer kumtaşlarına benzerlerse de onlardan farklı olarak oranı % 20 ye varan feldispat taneleri ihtiva ederler. Tanelerde aşınma oranı çok azdır. Çimento yapısı kuvarsit kumtaşlarında olduğu gibidir. Yalnız onlardan farklı olarak bir miktar pelitik madde ihtiva ederler. Bu tip kumtaşları mevcut demir oksitten dolayı kırmızı renklidirler. Eğer organik madde karışırsa renk daha da koyulaşır. Köşeli feldispat tanelerinden meydana gelmiş kumtaşına ise Grit denir. Kömür tabakaları altında bulunan ince taneli silisli kumtaşı veya silttaşına ise ganister denmektedir. 13

26 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN (2) Diğer Çimento Mineralleri Karbonat mineralleri genellikle kalsit, daha az yaygın olarak aragonit, dolomit, siderit, magnezit, vb. karbonat grubu mineralleri içerirler. Kalsit çimento ile çimentolanmış kumtaşlarına kalkerli kumtaşları denilmektedir. Demir oksit çimentolu kumtaşları, genellikle kuvars ve daha az feldispat taneleri ile demiroksit bileşimli çimentodan meydana gelir. Bu tip kumtaşları redüktör ortamda oluşurlar. Demir oksit, Hematit, limonit, götit, vb. demir minerallerinden biri olabilir. Sülfat mineralleri ile çimentolanmış kumtaşlarında genellikle anhidrit, jips ve barit minerallerine tesadüf edilir. Kil mineralleri ile çimentolanmış kumtaşlarında, klorit dahil olmak üzere taneler arasında bağlayıcı olarak kil mineralleri bulunur. Mika mineralleri ile çimentolanmış kumtaşları biyotit ve muskovit (beyaz mika) mineralleri bulunabilir. Mikalar, kayaçç boyunca yayılmış veya birkaç santimetre aralıklarla oluşmuş paralel tabaklar halinde çökelmiş olabilirler. Bu yapı kuvars ve mika karışımının suda yavaşça çökelmesi sonucu oluşur. Mika yassı (düz) yapısından dolayı durgun suda kuvarstan daha yavaş çökelir. Bunun sonucu olarak kuvars tanelerinden onların üzerinde tabaka biçiminde oluşarak ayrılır. Şartlar stabil kalırsa bu işlem bir çok defa tekrarlanır. Granitik kütlelerin çatlaması ile bir takım yarıkların meydana gelmesi, bu yarıklarda feldispatların kaolene dönüşmesi ve böylece kuvars ve mikanın açıkta kalması neticesinde kaolenli bir kum yığını meydana gelir. Buna arena adı verilir. Fosfat Çimentolu Kumtaşlarında, çimento fosfat bileşiminde olup glokoni, pirit ve apatit kristalleri ihtiva eder. İnce kesitlerinde fosfat çimento amorf görünür. Organik Çimentolu Kumtaşlarında, sızıntı sularla eriyik halde taşınan organik maddeler kum depoları içinde toplanır ve diajenez esnasında katılaşarak çimentoyu meydana getirirler. Organik çimentolu kumtaşına Alios da denir. 14

27 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Kumtaşlarının Dokusal Özellikleri Doku diğer özelliklerle birlikte, kayaçların karakterize edilmesine birbirlerinden ayrılmasına ve onların korelasyonuna yardımcı olur. Daha da ötesi kumtaşlarının dokusu; porozite, permeabilite, yoğunluk, elektriksel iletkenlik, ses geçirgenliği gibi özellikleri etkileyen faktörlerdendir. Kumtaşlarında doku ile tanelerin boyutsal özellikleri, şekilleri ve birbirleriyle olan ilişkileri yani tanelerin birbirlerine göre konumları kastedilmektedir ve doku kavramının mineraloji ile alakası yoktur. Kumtaşlarında daha önceden var olan kayaçlardan tanelerin aşınması, taşınması ve bir yerde çökelmesi ile oluşan doku kırıntılı dokudur. Ancak kumtaşlarında, otojenik minerallerden dolayı, kristalin doku da bulunabilmektedir. Klastik dokuda taneler birbirleri ya yüzey kontaktı halinde bulunurlar veya aralarında temas yoktur. Taneler birbirleriyle yüzey kontaktı halinde iken veya aralarında temas yok iken, boşluklarda matriks veya çimento mevcuttur. Kristalin dokuda, çoğunlukla bariz kristal yüzeyine sahip parçacıklar birbirleri içine girmiş halde (interlocking) bulunurlar. Klastik veya kristalin doku arasındaki fark taneler arasındaki temas durumuna göre yukarıda belirtildiği şekilde anlaşılabilir. Kumtaşlarında doku üç temel özelliği içerir. Bunlar tane boyu (grain size), tane şekli (grain shape) ve fabrik (fabric) dir. Tane boyu ve şekli tanelerin bireysel özellikleridir. Fabrik ise tane agregatlarının bir özelliğidir. Tane, sınırları gözle veya çeşitli aletlerle (petrografik mikroskop, elektron mikroskobu, vb.) görülebilen, önceden var olan kayaçlardan gelen kırıntılara karşılık gelmektedir. Tanelerin adlandırılmaları boyutlarına göre yapılmaktadır. Sedimantolojistler tarafından en çok kullanılan tane derecelendirme ölçeği Udden- Wentworth ölçeğidir (Wentworth, 1922). Bu ölçekte 256 1/256 mm boyutunda, doğal yollarla oluşmuş tanelere çeşitli adlar verilmektedir. Örneğin 1/16-2 mm boyutundaki taneler kum olarak adlandırılmaktadır. Konsolide olmuş kayaçta kum ve iri silt boyu tanelerin boyutlarını ölçmek için kullanılan geleneksel, teknik petrografik mikroskoba monte edilmiş bir oküler mikrometre ile ince kesitte tane boylarının ölçümüdür. İnce kesitte tanelerin boylarını 15

28 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN ölçmek için kullanılan bir diğer karmaşık ve pahallı yöntem ise imaj analizdir (Erlich et al., 1984; Mazullo ve Kenedy, 1985; Schafer ve Teyssen, 1987). İri silt boyundan daha küçük tanelerin boyları ise ancak elektron mikroskobu kullanılarak ölçülebilir. Parçacık veya tane boylanması, klastik sedimanter kayaçta tane boylarındaki değişimin ifadesidir. Yani bir sedimanter kayaçta bütün taneler aynı boyutta değildir. Örneğin kırıntılı sedimanter bir kayaçta, tanelerin %50 sinden fazlası kum boyutunda ise o kayaç kumtaşıdır. Kumtaşında bütün taneler kum boyutunda olacak diye bir koşul yoktur. Bu diğer kırıntılı sedimanter kayaçlar içinde geçerlidir. Tane şekli parçaçıkların dış morfolojisinin (görünüşünün) tüm yönlerine karşılık gelmektedir. Tane şekliyle tanelerin biçimi, yuvarlaklık veya köşeliliği, yüzey dokusu kastedilmektedir. Petrografik mikroskop ile ince kesitte tanelere bakıldığında, taneler iki boyutta görülebilmektedir. Yuvarlaklık veya köşelilik, bir tanenin köşelilliğinin keskinliğinin bir ölçüsüdür ve iki boyutta ölçülmektedir. Yüzey dokusu, çizikler, çukurluklar gibi klastik parçacıkların yüzeyinde var olan mikro rölyef (tanede bir tarafın diğerinden daha yüksekte görünmesi) özellikleridir. Biçim ve yuvarlaklıktaki değişimler sediment taşınması ve diajenez sonucu oluşmaktadır. Fabrik, tane agregatlarının iki özelliğine karşılık gelmektedir. Bunlar tane paketlenmesi (grain packing) ve tane yönelimi (grain orientation) dir. Tane paketlenmesi, tanelerin boyut ve şeklinin, çökelin kompaksiyonunun ve çökelme sonrası fiziksel ve kimyasal işlemlerin bir fonksiyonudur. Tane paketlenmesinde, tanelerin birbirlerine temas edip etmediği veya taneler birbirine temas ediyorsa bu temasın çeşidi araştırılır. The AGI Glossary of Geology (Bates ve Jackson, 1980), paketlenmeyi Bir sedimentte veya sedimanter kayaçta katı parçacıkların boşluktaki yerleşimi veya düzenleme durumu olarak tanımlamaktadır. Ancak spesifik olarak katı taneciklerin düzenlenmesinde, onlar arasında kristallenebilecek herhangi otojenik tanelerin paketlenme kavramından tamamen ayrı olduğunu belirtmiştir. 16

29 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Tanımı ne olursa olsun, paketlenme birkaç değişkenin veya özelliğin-parçacık boyu ve boylanması, parçacık biçimi, parçacık yönelimi ve düzenlenmesi dahil-bir fonksiyonu olarak kabul edilmektedir. Tane oryantasyonu (yönelimi) çoğunlukla, çökelme zamanında etkili olan fiziksel işlemlerin ve koşulların bir fonksiyonudur. Bununla birlikte tane oryantasyonu çökelme sonrası organizmaların aktiviteleri sonucu (bioturbation) modifiye olabilir ve bir dereceye kadar diajenez esnasında kompaksiyon prosesinden etkilenebilir Kumtaşlarının Kullanım Alanları Kumtaşlarının iki ana kullanım alanı vardır. Bunlardan birincisi kumtaşının doğal yapıtaşı olarak kullanılması, ikincisi ise bileşiminde yüksek miktarda kuvars içeriğine ve diğer bazı koşullara bağlı olarak, değişik endüstriyel alanlarda kum olarak kullanılmasıdır. Kumtaşları aynı zamanda petrol, doğal gaz ve su için hazne kayaç olabilirler. Yapı kumtaşı sağlamlığı ve duraylılığına göre büyük binaların iç ve dış yüzeylerinde ve toplu konut alanlarında, sokaklarda (kaldırım taşı ve kaldırım kenar taşı), köprülerin karada kalan ayaklarında, istinat duvarlarında kullanılır. İyi çimentolanmış kumtaşı beton agregası, demiryolu balastı ve rip-rap biçiminde kırılarak kullanılabilir. Bununla beraber kumtaşı kaba agregat biçiminde diğer kayaçlara nazaran, çok az kullanılmıştır. Ticari olarak kumtaşının çok büyük bir oranı, zayıfça çimentolanmış ve dağılabilir özelliklerinden dolayı cam kumu ve diğer özel amaçlar için kullanılır. Protokuvarsit ve ortokuvarsit eskiden öğütme ve biley taşı olarak önemliydi. Grovak ise ince dilimler halinde yol döşemede, yaya kaldırımında kullanılırdı. Fakat bu kullanım alanı şimdi çok daralmıştır. Birçok özel nitelikli kumlar da yol döşeme ve bina yapımında kullanılan kumlar gibi alınır-satılır ve bunlardan bazısı kum ocaklarında sınırlı miktarlarda bulunur ve özgün niteliklerinden dolayı uzun mesafelere gönderilirler. Bu şekildeki kumlar, endüstriyel kayaçlardan daha çok endüstriyel minerallere benzerler. Yüksek 17

30 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN ısıya dayanıklı (refrakter) tuğlanın yapımı için kullanılan malzeme ortokuvarsittir. Refrakter tuğla kömür fırınlarında ve metalurjik ocaklarda kullanılır. Ortokuvarsit aynı zamanda ferrosilikonun hammaddesidir. Ferro-silikon bir demir-silis alaşımı olup birçok kullanım alanı vardır. Bunlardan biride gravite yoğunlaşmasıdır. Pulverize (toz haline getirilmiş) kuvars, öğütülmüş yüksek silisli kumdan yapılır. Beyaz porselen eşya imalinde, porselen sırlamasında, cam sırlamada, boyada yayıcı ve dolgu olarak, mekanik sabunda (vim, fay gibi) abrazif ve temizleyici olarak kullanılır. Bu gibi amaçlar için kullanmada kum 200 meş (mesh) boyutunda öğütülür (Silt boyu veya daha ince). Türkiye de inşaatlarda çoğunlukla çimentosu karbonatlı ve glokonili olan yeşilimsi kumtaşları kullanılmak için aranır. Bu tip taşların en önemlileri Bilecik in Osmaneli; Elazığ Sal ve İstanbul un Şile kumtaşlarıdır (Erguvanlı,1984). Yurdumuzda süs ve yapı işlerinde pek fazla kullanılmayan kuvarsitler dış etkilere fazla dayanıklı olmaları nedeniyle liman inşaatlarında kullanılmışlardır. İstanbul da Kınalıada dan çıkarılan kuvarsitlere halk Kınalı Taşı der ve bunlar adanın güneyindeki 3-4 ocaktan çıkarılır. Bu kuvarsitler İstanbul da Salıpazarı rıhtımında, Haydarpaşa binasında ve dalgakıran inşaatında kullanılmıştır. İstanbul un doğusunda Pendik yöresindeki kuvarsitler öğütülerek hafif yapı malzemesi yapımında (Ytong) yararlanılmaktadır (Erguvanlı, 1984). Ülkemizde işletilen ilk kumtaşı ise, kumlu kireçtaşı olan Ünye Taşı dır. DPT (2001) e göre ülkemizde tespit edilebilen ve üretimi yapılan Kumtaşı ocakları Afyon (Sincanlı, Sandıklı), Bolu (Göynük), Eskişehir (Sarıcakayaç), Ankara (Bilecik) ve Sarı kumtaşı Ankara (Beypazarı) dır. Onargan ve vd. (2005), kumtaşlarının ülkemizde geniş bir yayılım sunmakla beraber bilinen kumtaşı ocaklarının eskiden beri Ankara, Çanakkale, Yalova, Edirne ve Elazığ yörelerinde bulunduğunu belirtmişlerdir. Sarıgan (1988), ülkemizde İzmir, Aydın, Kütahya, Ankara, Muğla, Çanakkale, Bitlis ve Bingöl de kuvars yatakları olduğunu belirtmiştir (Kuşçu,2001). Türkiye de tespit edilmiş kuvarsit rezervleri Çizelge 2.3 de, Türkiye deki kuvarsit yatakları Çizelge 2.4 de, Türkiye deki kuvars kumu yatakları Çizelge 2.5 te 18

31 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN ve Türkiye de tespit edilen kuvars kumu rezervleri ile SiO 2 miktarları ise Çizelge 2.6 da görülmektedir. Çizelge 2.3. Türkiye de Tespit Edilmiş Kuvarsit Rezervleri (Kuşçu, 2001) Bulunduğu Yer Rezervi Antalya (Gazipaşa, Kaledıran, Meler) Zonguldak (Alaplı, Sapçaköy) Kastamonu (Daday) İstanbul (Beykoz) Adana (Feke, Saimbeyli, Horzum) Yozgat (Çomakdağ) Denizli (Şirinköy) ton Muhtemel ton Gör.+Muh ton Mümkün ton Mümkün ton Gör+Muh ton Gör+Muh ton Gör+Muh. Çizelge 2.4. Türkiye deki Kuvarsit Yatakları (Sarıgan, 1988) Kuvarsit Yatakları Antalya;Kaledıran-Demirtaş,Gazipaşa,Yakacık, Manavgat İstanbul; Beykoz, Pendik, Kartal, Gebze, Istranca Masifi Denizli; Şirinköy Mersin; Taşucu-Ovacık Yozgat; Çamakdağ Afyon; Emirdağ Çankırı; Eskipazar-Ovacık Kayseri; Felahiye Sivas; Doğanbeyli Adana, Osmaniye, Feke, Saimbeyli Aydın Bolu Zonguldak, Alaplı, Sapçaköy, Bartın Kumtaşının Doğal Yapı Taşı Olarak Değerlendirilmesi Doğal taşların kullanılabilirliğinin tesbiti için uygulanan testler, ana başlıklar altında, fiziksel, mekanik ve petrografik testlerdir. Bu ana başlıklar altında yapılabilecek birçok test yöntemi mevcuttur ve hangi testlerin yapılması gerektiği sürekli tartışma konusu olmuş ve bunun sonucu olarak şüphe ve belirsizlikler 19

32 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN doğmuştur. Bu testlerden amaca uygun olanların, kurallarına göre yapılması gerekmektedir. Aksi takdirde zaman, para ve emek kaybı sözkonusu olacaktır. Bu gibi konularda TSE standartlarından yararlanmak veya alıcının belirttiği ek özelliklerin tespit edilmesi daha uygundur. Örneğin Avrupa Birliği ülkelerine yapılacak olan doğal taş ihracatlarında, doğal taşın Avrupa Birliği standartlarına uygun olması gerekmektedir. Çizelge 2.5. Türkiye deki Kuvars Kumu Yatakları (Sarıgan, 1988) Kuvars Kumu Yatakları İstanbul (Yalıköy, Şile, Kilyos, İhsaniye, Pinkılıç, Kabakça, Karamandere, Belgrat) Tekirdağ (Safalan, Saray) Kırklareli [Kıyıköy (podima)] Zonguldak Sinop (Sarıkum) Adana (Kozan) Adapazarı Kapıdağ Yarımadası Çizelge 2.6. Türkiye de Tespit Edilen Kuvars Kumu Rezervleri ile SiO 2 Miktarları (Sarıgan, 1988). İl ve İlçe Rezerv SiO 2 miktarı (%) İstanbul-Şile İstanbul-Çatalca-İhsaniye ton Gör.+Muh ton Gör.+Muh Tekirdağ-Safalan ton Gör.+Muh Sinop-Sarıkum ton Muh Bazı durumlarda TSE veya diğer standartlar yetersiz kaldığında başka kaynaklara başvurulabilir. Örneğin, Onargan ve vd. (2005) tarafından belirtilen, doğal taşların kullanım alanların belirlenmesi için kullanılabilecek test yöntemleri için seçim kılavuzu (Çizelge 2.7), taşın kullanım amacına göre hangi testlerin yapılması gerektiği konusunda bir fikir vermektedir. 20

33 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Çizelge 2.7. Doğal Taşların Kullanım Alanlarının Belirlenmesinde Kullanılan Test Yöntemleri İçin Seçim Kılavuzu (Onargan ve vd., 2005) Test yöntemi Dış Yapı Kaplama Kapak Cephe Taşı Olarak Taşı Olarak taşı Kaplama Kullanım Eşik/Denizlik Çatı Petrografik Analiz Su Emme Yoğunluk Basınç Direnci Eğilme Direnci Sertlik Aşınma Direnci Darbe Dayanımı Termal Genleşme Termal Şok Boyutsal Stabilite Don Direnci Tuz Etkileri Kimyasal Direnç Çizilme Direnci Kaymaya Karşı Direnç Kumtaşları, başlıca tanelerin cinsi ve miktarı, doku, çimentolanma derecesi, matriks içeriği, porozite, hacim kütlesi gibi değişik özelliklerinden dolayı dış etkenlere karşı farklı davranışlar göstermektedir. Bu davranışların bilinmesi ve rakamlarla ifade edilmesi taşın üretimi ve pazarlanması esnasında gereklidir. Herhangi bir kumtaşının ekonomik olarak değerli olup olmadığı mühendislik özellikleri tesbit edildikten sonra karar verilebilir. Çünkü kumtaşı jeolojik olarak yerkabuğunun önemli bir kısmını (%10-15) kapsamasına rağmen her kumtaşı, yapı taşı veya endüstriyel kum olarak kullanılabilecek vasıfları taşımaz ve petrol, doğal gaz ve su için hazne kayaç değildirler. Pek çok ülke, yapı taşlarında aranan özellikleri, yapılması gerekli testleri ve bu testlerin yapılışını standartlaştırmaya çalışmaktadır. Ülkemizde doğal taşlarda uygulanan deney metotları ve bunların yapılışı, en son TS 699 Mart/1978 Doğal Yapı Taşları ve Deney Metotları ile son şeklini almıştır. TS 699 da doğal taşların 21

34 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN fiziksel ve mekanik özellikleri için, deney metotları ve bunların yapılışı anlatılmıştır. TS 699 hangi kayaçlar için ve hangi kullanım alanlarında hangi testlerin yapılacağını belirtmez. Kumtaşı için deney yöntemleri ve deney sonuçlarının değerlendirilmesi, kumtaşı herhangi bir doğal taş kabul edilerek yorumlanmaktadır. Andezit, kireçtaşı, traverten, vs. gibi bazı kayaçlar için, TSE ayrıca standartlar belirlemiştir. Bu standartlarda farklı kullanım amaçları için hangi testlerin yapılması gerektiği ve minimum değerler belirtilmiştir. Kumtaşları için böyle bir standart olmamasına karşın, TS 5694 EN 12670/Nisan 2005 (Doğal Taşlar-Terimler ve Tarifler) de kumtaşları; kuvars kumtaşı ve ortokuvarsit, subarkozik kumtaşı, arkoz, subgrovakımsı kumtaşı, grovak olarak sınıflandırılmış ve tanımları yapılmıştır. Ayrıca TS EN 1467/Nisan 2005 Doğal Taşlar-Ham Bloklar-Özellikler de, kireç bağlayıcılı kumtaşı için minimum basınç dayanımı 350 kgf/cm 2, eğilmede çekme dayanımı (eğilme dayanımı) ise minimum 30 kgf/cm 2 olarak belirtilmiştir. Silis bağlayıcılı kumtaşı ve grovak için ise minimum basınç dayanımı 800 kgf/cm 2, eğilmede çekme dayanımı ise minimum 60 kgf/cm 2 olarak belirtilmiştir. Sonuç olarak ülkemizde kullanılacak kumtaşları için TS EN 1467 ve TS EN 1469 Doğal Taş Mamulleri-Kaplamada Kullanılan Plakalar-Özellikler de belirtilen deneyler yapılmakta ve bu iki standarttaki minimum değerlere göre kumtaşı değerlendirilmektedir. Bu iki standartta yapılması gerekli testlerin nasıl yapılacağı TS 699 da belirtilmiştir. TS EN 1467 ve TS EN 1469 da şu özelliklerin tespit edilmesi gerektiği belirtilmektedir: Doğal Taşın Görünüşü, Atmosfer Etkilerine Dayanıklılık, Tek Eksenli Basınç Dayanımı, Gözeneklilik, Eğilmede Çekme Dayanımı, Hacim Kütlesi, Atmosfer Basıncında Ağırlıkça Su Emme Yeteneği, Dona Karşı Dayanım, 22

35 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Sürtünmeden Dolayı Aşınma, Darbe Dayanımı, Paslanma Tehlikesi Tayini, Asitlere Karşı Dayanıklılık ASTM (American Society for Testing and Materials Standards) ise kumtaşı ile ilgili olarak C616 (Standard Specification for Quartz-Based Dimension Stone/Kuvars Bazlı (kuvarslı) Ebatlandırılmış Taşlar İçin Standart Özellikler) yı yayınlamıştır (Çizelge 2.8). Çizelge 2.8. ASTM C616, Kuvarslı Ebatlandırılmış Taşların Özellikleri (Quick, 2002) I. Kumtaşı II. Kuvarsitik kumtaşı III. Kuvarsit Kuvarslı Yapı Taşları C616 Ağırlıkça su emme C 97 (% max.) Birim hacim ağırlık C97 (kg/m 3, min.) Basınç dayanımı C170 (MPa, min.) 27,6 68,9 137,9 Kopma modülü C99 (MPa, min.) 2,4 6,9 13,9 Eğilme dayanımı C880 (MPa, min.) Aşınma direnci C1353 (H a, min.) Asitlere dayanıklılık C217 (mm, max.) Kumlar Udden-Wenthworth ölçeğine göre çapları (1/16)-2 mm arasında olan parçalara kum, bunların jeolojik proseslerle oluşan kayaca ise kumtaşı adı verilir. Doğada kumtaşları bulunabildiği gibi taneleri birbirinden ayrı olan kumlarda oluşabilir. Kumlar oluş yerlerine göre Deniz kumu, Nehir kumu, Çöl kumu, Buzul kumu gibi isimler alır. Kum deyimi ile tane büyüklüğü anlaşılır. Bileşim tanımlanmaz. Fakat endüstride yalnızca kum denildiği zaman kuvars kumu 23

36 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN anlaşılmaktadır. Aksi halde kireçtaşı kumu, granit kumu, jips kumu, manyetit kumu, olivin kumu gibi kumun baskın minerallerinin ismini söylemek gerekir. Kum türlerinin sayısı olabilir. Kumtaşlarının endüstride kum olarak değerlendirilebilmesi onların gevşek, dağılabilir özellikte olmalarına ve %75-90 gibi yüksek miktarlarda kuvars içermelerine bağlıdır. Doğada zayıf bir çimento malzemesi ile çimentolanmış, az çimentolanmış veya hiç çimentolanmamış kuvars miktarı yüksek kumtaşları endüstride kum olarak kullanılabilir. Ancak kuvars miktarı %90 lardan aşağılara düştükçe kumtaşlarındaki kuvarsın cevher hazırlama yöntemleri ile işe yaramayan malzemeden ayırılması gerekir. Birlikte çimentolanmış taneli agregatlardan oluşmuş kumtaşında, granit, bazalt ve kireçtaşı gibi kayaçların doğasında varolan ve birbirlerine bağlanmış kristallerin bir kütle oluşturmasından meydana gelen sağlamlık ve dayanıklılığın eksikliği göze çarpar. Bununla birlikte kırıcılar ve diğer makineler üzerinde kumtaşı abrazif etki gösterir ve işçilerin sağlığına zararlı olan silis tozunu yaratabilir. Bu nedenden dolayı olivin kumu daha çok kullanılmaya başlanmaktadır. Riprap, tren yolu balastı ve yol materyali, beton agregatı olarak kullanılan kayaçların yokluğunda, birçok iyi çimentolanmış kumtaşı tatmin edici bir şekilde kullanılabilir. Kumların, çoğunlukla deniz kumlarının içinde çok sayıda kavkı bulunur. Bu tip kumlara Kavkılı Kum denir. Eğer kumun içinde fazla, işletilmesi ekonomik olabilecek miktarda maden (altın, demir, zirkon v.s.) bulunursa böyle kumlara da plaser ismi verilir. Deniz kumları akıntı ve rüzgarlarla deniz kenarlarında, körfezlerde, kuytu yerlerde yığılır. Şekilleri yuvarlak ve üzerleri tuzlarla örtülüdür. İçlerinde kavkı parçaları boldur. İnşaat işlerinde, harçta ve sıvada deniz kumu kullanılmamalıdır. Akarsu kumları köşeli, parlak, değişik çapta ve bileşimdedir. Akarsulardaki kum ve çakılların türleri, yağış alanında bulunan taşların bir koleksiyonudur. Kumlardan, inşaatta ve çeşitli endüstride yararlanılır. İnşaatta aranan kum, kil ve silt i %5 den, kömür oranı %1 den az akarsu kumlarıdır. İstanbul da Marmara Ereğlisi civarındaki Sultan çiftliği deresinden ve Üsküdar-Şile yolu arasında Riva deresinden çıkarılan kuvars kumları en iyi ve inşaatçılar tarafından standart olarak 24

37 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN alınan kumlardır. Kuvars kumları, saf ve temiz olduğunda, yapıda harç ve sıvada, betonda, hafif beton yapımında (diğer malzemelerin yanında değirmende öğütülerek), filtrasyon ve yollarda kullanım için ideal bir malzemedir. Çünkü kuvars kumları içindeki kuvars mineralinin, diğer minerallere göre aşınma ve bozuşmasının az olması, başka bir anlamda dayanıklı oluşu tercih sebebidir. Agregalar ve kırma taşlar içinde bulunan mineral veya mineral gruplarından bazıları, bağlayıcı maddenin ayrışmasına neden olarak örneğin, betonun parçalanmasına veya çatlamasına yol açarken, diğer bir kısmı agrega ve kırma taş ile çimento hamuru arasında kuvvetli bir bağlanmanın oluşmasını engelleyerek mukavemetin düşmesine neden olurlar. %3-9 arasında su içeriğine sahip, yoğunluğu ve sertliği kuvarstan daha az olan opal mineralinin iyi etüt edilmesi gerekir. Çünkü opal, zeolit ve diğer agrega-kırmataş kaynaklarındaki alkalilerle reaksiyona girerek mukavemetin azalmasına neden olur. Aynı şekilde kalsedon, tridimit ve kristobalit mineralleri de alkali-agrega reaksiyonuna neden olurlar. Ancak bu mineraller, kırma taş haline getirilerek inşaatlarda mozaik olarak, çimento içine katılarak, kaplama taşı olarak kullanılabilir. Feldispatlar bileşimlerinde K, Na, Ca, Mg, Al ve Si u değişik miktarlarda bulunduran en önemli minerallerdendir. Kum içinde feldispat su etkisi altında özellikle de içerisinde karbon gazı bulunan suların etkisiyle ayrışmaya uğrarlar. Bu esnada kayaçların hacimleri artarak, taşıma güçleri ve basınç mukavemetleri azalır. Bünyelerine aldıkları suyun miktarına bağlı olarak çeşitli kil minerallerinin gelmesine neden olurlar. Bu yüzden beton üretiminde, agrega-kırmataş olarak kullanılacak kumtaşlarının feldispat içeriği yönünden petrografik etüdlerinin iyi yapılması gerekmektedir. Çünkü bozulma ve ayrışma olayı sonucunda beton bileşenlerinin bağlanma yeteneği azalacak ve betonda çatlama ve parçalanma olayları meydana gelecektir. Temiz, demirsiz, saf olan kuvars kumları cam ve seramik endüstrisi için gereklidir. İstanbul da cam ve seramik endüstrisinde, içinde %1 den çok daha az, demir oksit olan Yalıköy ve Kabakça kuvars kumlarından faydalanılır. İçinde %15-20 kadar genişleme özellikli, kil (bentonit) bulunan kuvars kumları Döküm Kumu olarak kullanılır. İstanbul ve Karabük teki döküm 25

38 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN fabrikalarında İstanbul-Küçükköy ve Zonguldak kumları kullanılmaktadır. Bu saf kuvars kumunun içine bentonitik madde konularak yapılmaktadır (Erguvanlı, 1983). (1) Döküm Kumu Döküm kumu, materyal kalıplama kumudur. Kalıpları yapmak için erimiş metal dökülür ve kalıp içerisini kapsayan boşluk şekilleri oluşur, kum burada boşluklar arasında çekirdek vazifesini görür. Bu amaç için kullanılan kumun aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir: 1. Yeterli yapışkanlık (bağlılık) nemlilikle birlikte ele alınmalıdır. Kil genellikle bağlayıcı olarak kullanılır. Doğal çimentolu kumlar yeterli miktarda kil kapsar ve doğal durumuyla kullanılır. Sentetik kalıp kumları, temiz kum ile %5-10 arasında ateş kili veya bentonitle karıştırılarak yapılır. Çeşitli yağlar, tahıl unu ve melaslar gibi bazı organik maddeler özellikle çekirdek kumlarında (core sands) bağlama ajanları olarak kullanılır. 2. Erimiş metalin sıcaklığına direnç için yeterli erimezlik, istenilen ısı dayanıklılığı, dökümdeki metal tipleri ile değişir. Örneğin; çelik için, 1340 o C o C de dökülen metalin sıcaklığına dayanma için, ateş kili bağlamlı yüksek silis kumuna ihtiyaç duyulur. 3. Metalin basıncına tahammül etmek için yeterli dayanıklılık gereklidir. Dayanıklılık bağlayıcının tipi, miktarı ve nem kapsamı ile değişir. 4. Metalin soğuması esnasında oluşan su buharı ve gazların metal içerisine doğru olması yerine, kalıptan dışarıya doğru kaçmasına izin verecek yeterli permeabilitenin olması istenir. 5. Dökümde kalıbın düzgün pürüzsüz yüzeyler oluşturması ve sıcak metal ile reaksiyona girmemesi için uygun bileşim ve doku gereklidir. Kalıplama kumlarının kesin ayrıntılı özelliklerine çok yakın bir biçimde bulunması ve kullanılmasının gerekliliği açıktır. Kalıp kumlarının özelliklerinin devamlılığı laboratuarlarda düzenli bir biçimde kumların özellikleri kontrol edilerek sürdürülür. 26

39 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN (2) Cam Kumu Kuvars kumu camı oluşturan karışımın ağırlık olarak %52 ile %65 ini oluşturur. Diğer başlıca bileşenler soda külü (Na 2 CO 3 ) ve kireçtaşıdır. Cam kumu için ilk gerek yüksek silis kapsamıdır, en azından kumda normal cam için %93 ve optik camlar için ise %99 un üzerinde silis olmalıdır. Cam kumunda uygun silis kapsamı; genellikle küçük fakat çok önemli olan safsızlık (impurite) yüzdeleri ile uğraşan kişiler tarafından verilir. Örneğin; camda demirin renk bozucu özelliğinden dolayı, Fe oksidin %0.06 yı aşmaması gereklidir. Diğer elementler üzerinde de katı ve kesin sınırlamalar mevcuttur. Krom ve kobalt gibi, bunlardan kobalt miktar olarak % yi aştığı zaman çok güçlü bir renklendiricidir de 1 bile fark edilebilir. Karışım içerisinde alüminyuma küçük miktarlarda ihtiyaç vardır, muhtemelen %4 veya %5 e kadar kum içinde bulunabilir (feldispat tanelerinde). Birkaç doğal kum veya kumtaşlarında bu gereksinimlere ve faydalı şeylere rastlanabilir ve gereklidirler. Daha çok beyaz renkli demir oksitsiz (Fe 2 O 3 ) kuvars kumları tercih edilir. Eğer tabiatta demir oksit ve kil bulunduran kuvars, kuvarsarenit veya kuvarsit kullanılmak istenirse öğütülerek arıtma yoluna gidilmektedir. Yani demir oksit ve kil önceden uzaklaştırılmalıdır. Bu endüstride geniş ayrıntılı özellikler, örneğin tane boyutu gibi, yoktur. Fakat cam kumu 30 no lu elekten geçmeli ve 140 no lu elek üzerinde tutulmalıdır (bu değerler ve mm arasındadır). Aşırı incelikteki taneler impurite (işe yaramayan malzeme, kirlilik) taşımaya eğilimli olduklarından dolayı istenmezler ve baca gazlarıyla kaybedilebilirler. Tanklarda köpürmeye neden olduklarına da inanılır. Tanelerin şekli önemli bir faktör olarak göz önüne alınmaz. Cam kumlarının özellikleri ile ilgili TSE, TS 5122/Mart 1987 (Cam Kumu- Cam Üretiminde Kullanılan) ve TS 5124 Mart/1987 (Cam Kumu ve Cam Kumu Hammaddelerinden Numune Alma) standartlarını yayınlamıştır. 27

40 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN (3) Kırma Kumu (Parçalama Kumu) Petrol ve gaz kuyularında verimli zonlara basınçla kum uygulama metodu 1949 yılında geliştirilmiştir ve 1951 yılından beri önemini korumaktadır. Süspansiyon halinde kumlu bir sıvı hızlı bir biçimde kuyudan aşağı doğru gaz ve petrol içeren kayaçlar içerisine pompalanır. Orada kumlu sıvı, mevcut açıklıkları genişletir ve kuyu deliğine doğru daha fazla gaz ve petrol akışına izin veren, büyüyen permeabiliteyle birlikte yeni kırıklar yaratır. Sıvı veya taşıma ajanı sulu veya gaz jeli, ham veya rafine edilmiş petrol ya da sadece sudan oluşmuş bir karışım (emülsiyon) olabilir. Kum veya destekleme ajanı yıkanmış ve sınıflandırılmış kuvars kumudur. Taşıma ajanının fonksiyonu verimli formasyonlara kumu taşımaktır. Kumun işlevi, zayıflık düzlemlerine sokulmak ve taşıma ajanı uzaklaştıktan sonra açıklıkları açık tutmaktır (kapanmasını önlemektedir). Aynı zamanda kum geçtiği kesimleri temizler ve aşındırır. Fakat bu işlemin doğruluğu kesin olarak bilinmez. Bu metod Amerika da üretimi düşmüş olan eski kuyular ile yeni açılmış kuyulardan birkaç binine başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Hazne kayaç (pay zone) içerisinde yeni kırıkların oluşturulması işleminin bu hareketten olduğuna inanıldığından bu işlem formasyon kırıklama (formation fracturing) veya kırıklama (fractureatment) olarak bilinmektedir (birkaç ticari ismi de mevcuttur). Formasyon kırıklamada kullanılan kumun yüksek silisli tip, hidroklorik ve sondaj çamurundaki asitlerde %5 den az eriyebilirliği ve tercihen karbonatsız silikatsız veya diğer oksitlersiz olması gereklidir. Bu işlemlerin çoğunda tanelerin yuvarlak olması tercih edilir. Taneler çeşitli boyutta kullanılır. Fakat şimdi kullanılanların boyutlarının %90 nı veya daha fazlası 20 ile 40 no lu elek açıklıkları arasındadır ( mm). Aynı tane boyutuna sınıflanmış kum, kayaçta farklı tane boyutlarından oluşmuş kumu oluşturduğundan daha iyi permeabilite (geçirgenlik) sağlar. İki veya daha fazla çeşit kumun enjeksiyonlarında başarılı bir biçimde uygulanması 1953 yılında gerçekleştirilen bir değişikliktir. 28

41 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Azami sokulum için normal yuvarlak taneli kum, açıklıkları genişletmek için kabaca yuvarlak kum kullanılır. Köşeli kum ise çatlakları süpürür, düzeltir. Kuyu deliği çevresine minyatür bir çakıl döşenmesi kırıklardan dışarıya gerisin geriye yuvarlak kumların akmasını önler. (4) Diğer Özel Amaçlı Kumlar Abrazif aşındırıcı kum, taş biçmede (kesmede), cam öğütmede, metal parlatmada ve aynı zamanda dökümlerin kum püskürtülerek temizlenmesinde, boyaların, lekelerin ve pasların çıkarılmasında ve taş üzerindeki tasarımları oymada kullanılan kuvars kumları için bir genel terimdir. Bütün bu kullanımların çoğu için istenilen özelliklerde çok ayrıntı istenmez fakat temiz, sert ve dayanıklı tanelerin olması her zaman arzulanır. En çok istenende boyutlarda kesin sınırlamalardır. Tane şekillerinde küçük bir ayrıntı (spesification) vardır. Kum kullanıcılarından bazısı, hızlı kesme yaptıklarından dolayı kumların köşeli olmasını isterler, fakat diğerleri yuvarlaklaşmış tanelerin daha uzun sürede olmasına rağmen daha düz yüzeyler oluşturdukları için, özellikle küçük dökümlerde isterler. Zımpara kağıdı için kullanılan kum çoğunlukla kırılmış kuvars veya kuvarsittir. ABD de ıslak kaygan raylar üzerinde lokomotiflere büyük çekici bir güç verdikleri nedeni ile demir yollarında büyük miktarlarda motor kumu kullanılır. Böyle kum, tane boyutları bakımından eş taneli, sert, killi olmayan, devamlı ve düzenli bir biçimde akabilen şekilde olmalıdır. Tane biçimi ise önemsizdir. Ateş kumu ve yüksek fırın kumu, erimiş metal kapsayan kepçeler ve ocakları astarlamada ve erimiş metalin döküldüğü açık yerlerdeki yapı tabanlarında kullanılır. Ateş kumunun özellikleri (biraz daha kabaca olabilir) genellikle döküm kumu için belirlenen özelliklere benzer olarak istenir. Doğal olarak kil bağlamlı kum kullanılabilir veya plastik ateş kili yıkanmış kuma katılabilir. Kuvars kumu silika tuğla olarak, refrakter tuğla yapımında da kullanılmaktadır. Suyun bakterilerden ve sedimanlardan uzaklaştırılmasında yararlanılan filtre kumunun başlıca kullanıcıları belediyelere ait olan su idareleridir. Bu amaçlı kum 29

42 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN kireçsiz, kilsiz ve organik maddesiz olmalıdır. En az da %98 i hidroklorik asitte erimemelidir. Tanelerin şeklinde tekdüzelik ve tane boyut dağılımı önemlidir. Çoğu filtrasyon kumu, refrakter kum ve döküm kumlarının üretildiği yataklardan üretilir Kumtaşlarının Özellikleri Fiziksel Özellikler Kumtaşlarında renk demirli bileşiklerden, kilden veya karbonatlı maddelerden kaynaklanabilir. Limonit (sulu demir oksit) kumtaşını, soluk sarı kösele renginin değişik tonları, sarı ve sarımsı kahverengi renklerle renklendirir. Hematit (demir oksit) kırmızı veya kırmızımsı kahverengi renklerin açık tonlarını verebilir. Fakat demir eşit olmayan bir biçimde dağılmışsa taşa lekeli bir görünüm verir. Zayıf bir mavimsi veya yeşilimsi renk muhtemelen demir sülfür veya demir karbonattan kaynaklanabilir veya daha nadir olarakçok ince bir şekilde bölünmüş durumda demir silikat bulunabilir. Kil daha sık olarak kumtaşına grimsi ve aynı zamanda bir dereceye kadar donuk veya toprağa benzer görünüşte bir renk verecektir. Karbonatlı malzeme gri veya siyah renklenmeye neden olabilir (Ries, 1912). Kumtaşları kuru oldukları zaman açık, ıslak oldukları zaman daha koyu renkli görünürler. Kayacın ince taneli oluşu onu daha koyu olarak gösterir. Renkli maddeler mineralin bileşimine girebilir, taneler arasına karışır ve tanelerin üzerini sıvayabilir. Kumtaşlarında silikat minerallerinin ve özellikle kuvars oranının artması sertliği arttırmaktadır. Ancak kumtaşlarının sertliği hem çimentolanma durumuna hem de taneciklerin kendilerinin sertliğine bağlıdır. Bu yüzden tamamen kuvarstan oluşmuş fakat çimentosu gevşek olan bir kumtaşı nispeten basınç ve darbelere karşı duraysızdır. Birçok sertlik testinde kayaca az veya çok basınç uygulandığı için çimentosu zayıf, kuvars miktarı yüksek olan kumtaşlarının sertlik değeri düşük çıkacaktır. Kumtaşlarında porozite, kayacın daha çok dokusuna ve kumtaşındaki çimento miktarına, mineralojik bileşimine ve çatlak durumuna bağlıdır. Çimentolanmış kumtaşlarının boşluk miktarı, çimentolanmamış veya az çimentolanmış kumtaşlarına 30

43 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN göre çok daha azdır. Ayrıca diajenez esnasında tanelerin basınç karşısında ezilerek küçülmesi ve bunların gözenekleri doldurması da poroziteyi azaltır. Ancak bunların su karşısındaki davranışı tanelerin cinsine bağlıdır. Çökelin gömülme derinliğinin artması ve bunun sonucu olarak sıcaklık ve basınçtaki artış da poroziteyi azaltmaktadır. Kumtaşları için ortalama bir porozite değerinin verilmesi zordur. Çünkü kumtaşları birbirinden çok farklı dokusal özellikler göstermektedir. Çimentonun cinsi ve miktarı genellikle değişkendir. Ancak iyi çimentolanmış kumtaşlarının %1 2 poroziteye sahip olduğu, orta derecede çimentolanmış kumtaşlarının porozitelerinin ise genellikle %2 15 aralığında olduğu belirtilmekle (Ünsal, 2001) birlikte bu değerler pek kullanışlı değildir. Porozitenin artmasıyla genellikle kumtaşlarının mekanik dayanımları ve kimyasal etkilere karşı mukavemeti (örneğin atmosferik etkiler, tuz etkileri) ve dona dayanımları önemli oranlarda azalmaktadır. Kumtaşlarında su emme değeri diğer kayaçlarda olduğu gibi poroziteyle yakından ilişkilidir. Çünkü suyun büyük bir kısmı kayaç içerisindeki boşluklara girmektedir. Ayrıca taneleri iri ve kuvarssız, jeodları fazla olan kumtaşlarının su emme değeri yüksek olacaktır. Kumtaşları geniş bir aralıkta su emme değerlerine sahiptir. Sert, yoğun olanlar, kuvarsitler gibi, ağırlıklarının %1 inin altında su absorbe ederler. Genellikle, kumtaşları %2 den 3 e kadar çok gözenekli olanlar %10-11 e kadar su absorbe edebilirler (Ries, 1912). Çözülme veya bozunma (weathering) şiddeti her kumtaşında aynı değildir. Kumtaşlarının çözülmesi onların mineralojik bileşim, dokusal özellikler ve çimentolanma durumuna bağlıdır. Porozitenin yüksekliği ve su absorbe etme miktarının fazla oluşu, kimyasal ve fiziksel etkenlere karşı zayıf minerallerin varlığı ve çimentonun zayıf veya az miktarda olması, kumtaşının; atmosferik etkiler, su, tuz ve asidik etkilere karşı mukavemetinin azalmasına neden olacaktır. Kumtaşlarında kuvars çözülme etkilerine karşı en dayanıklı mineraldir. Yağmur suları bileşiminde bulunan gazlar içinde özellikle CO 2, kalkerli kumtaşlarına tesir ederler. Kil tabakalı kumtaşları, devamlı don ortamında yarılırlar. Yumuşak olanların bazısı donma sonucu parçalara ayrılabilir. Mika pulları, eğer tabakalaşma 31

44 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN düzlemi boyunca bol miktarda ise, keza muhtemelen kil gibi sorunlara neden olurlar ve bu tür kumtaşları tabakalaşma düzlemine paralel şekilde çözülme etkilerine karşı zayıftır ve zamanla pul pul dökülmeler meydana gelebilir. Kumtaşları bazen griden soluk sarı kösele rengi veya kahverengiye dönüşebilir. Bunun nedeni taşın atmosfer etkilerine maruz kalmasıyla demirin oksitlenmesi yüzündendir. Bu durum her zaman taşın çözülmeye uğradığını belirtmez (Ries, 1912) Mekanik Özellikler Tane (mineral) şekli, tane boyu, tane yönlenmesi, tane girişiminin derecesi ve paketlenme yoğunluğu (packing density), kayaçların birçok kayaç mühendisliği uygulamalarındaki davranışını etkilediği bilinen dokusal özelliklerdir. Bu anlamda dikkate alınan bileşimsel kayaç özellikleri ise, mineral bileşimi, sert mineral içeriği, kuvars tane boyu, kuvars/feldispat oranı, mafik mineral oranı, mineral tanesi/kayaç parçası oranı (litik oranı), matriks tipi ve miktarı ve çimentolaşma derecesi ve çimento tipidir (Tiryaki vd., 2004) Kumtaşlarının mekanik özellikleri; öncelikle çimentonun/çimentoların bileşimi ve miktarı, kayacı oluşturan taneler (ana mineraller), kayacın dokusu, matriksin bileşimi ve miktarı ve kayaç içerisindeki süreksizliklere bağlıdır. Kayaç dokusu içerisinde taneler arasında teğetsel temas var veya hiç temas yoksa yani tanelerin paketlenme yoğunluğu az ise ve çimento da zayıf veya az miktarda ise kayacın mekanik etkilere karşı dayanımı düşük olacaktır. Taneler birbirlerine girift olmuşsa bu kayacın iyi çimentolandığını ve taneler arasında kristalin bir doku oluştuğunu gösterir ve böyle kumtaşlarının mekanik dayanımı yüksektir. Tane biçimi açısından ise, ince taneli ve köşeli kumtaşlarının mekanik dayanımı arttırıcı etkileri vardır. Kumtaşlarının porozitelerinin fazla olması genellikle dayanımı azaltır. Nadiren poroziteyi oluşturan boşlukların yapılarından dolayı bunların kiriş gibi davranması sonucu mekanik etkilere dayanımda hafif bir artış görülebilmekle birlikte bu seferde atmosferik etkiler gibi kimyasal etkenlere karşı dayanım düşük olacaktır (Erguvanlı, 1973). 32

45 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Kumtaşında kuvars içeriği arttıkça mekanik dayanımın arttığı bildirilmektedir (Fahy ve Guccione, 1979;Shakoor ve Boneli, 1991). Feldispatların; fiziksel, kimyasal ve mekanik etkilere karşı dayanımı, kuvars minerallerine göre daha zayıftır. Kil, marn, jips ve kalker çimentolu kumtaşları sulu ortamlarda basınca karşı az direnç gösterirken, silis çimentolu kuvarsitler dayanıklı olup granit ve bazalt kadar sağlamdır. Basınca karşı direnci az olan yeterince çimentolanmamış kumtaşlarının poroziteleri dolayısıyla su emme kapasiteleri yüksektir (Erguvanlı, 1973). Kumtaşlarında matriks tane boyutunu (malzeme<0,03 mm) ifade etmektedir ve matriksin mineralojik bileşimi/bileşimleri her kumtaşında aynı değildir. Matriks in dayanıma etkisi, matriksin bileşimi ve çökelin derin gömülmesi (üzerine malzeme birikmesi) veya tektonik olaylar sonucu oluşan ısı ve basınç artışı ile meydana gelen kimyasal değişiklilere bağlıdır. Aksi takdirde matriks kumtaşlarının tanelerini kompaksiyon (sıkışma, diajenez safhalrından biri) sonucu zayıf bir biçimde bir arada tutar ve sonuç olarak mekanik dayanım düşük olur. Çimentolanmanın derecesi ve tipi, sedimanter kayaçların dayanımları üzerinde büyük bir etkiye sahiptir (Avedissian et al., 1972). David ve vd., (1998) iki farklı çimento içeriğine sahip sentetik kumtaşı blokları üzerinde yaptıkları çalışmalarda, çimentonun hacim olarak %3 ten %5 e arttırıldığında, bu artışın kayacın mekanik özelliklerini büyük oranda etkilediklerini belirtmiştir (Al Tahini, 2003). Silika çimento en sağlam çimentodur, fakat aşırı miktarda kayaçta bulunursa, kayacı işlenemeyecek kadar sert yapar. Demir oksit keza kumtaşı taneciklerini güçlü bir biçimde bağlayıcı rol oynar, fakat silika çimentodan daha az bir derecededir ve taşa rengini verir. Barit (BaSO 4 ) çok sert bir çimentodur. İngilterede Nottingham civarında ve diğer bazı bölgelerde barit ile çimentolanmış kumtaşlarına rastlanılmıştır. Kalsiyum karbonatlı (kalkerli kumtaşı) çimento yeterince güçlü bir çimento olmasına rağmen sadece yumuşak olduğu için değil, kolaylıkla karbonatlı sularda çözündüğü için bazen tercih edilmez. Nadir olarak, göze çarpan renk bozulmalarına neden olur. Taşa bir damla soğuk tuz ruhu damlatıldığında taşta köpürme yaptığı için kalsiyum karbonat kolaylıkla anlaşılabilir. 33

46 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Kil avantajları ve dezavantajları olan bir çimentodur. İlk olarak diğerleri kadar güçlü bir çimento değildir. Üstelik taşa nemi çeker. Aşırı kil kumtaşının soğuktan dolayı zarar görmesine neden olabilir. Üniform bir şekilde dağılmış ve konsolide olmuş (pekişmiş) az miktarda kil bulunması taşın az çok yumuşamasına neden olur ve yüzeyler bu tür kumtaşı ile kaplanabilir. Kil ince tabakalar halinde bulunursa kayacın yarılmasına veya kil tabakaları boyunca pul pul dökülmesine neden olabilir Petrografik Özellikler Petrografik analiz iki kısımda yapılır. İlk olarak taş görsel olarak çıplak göz, el lensi ve/veya düşük güçte binoküler mikroskop ile incelenir. Daha sonra mikroskobik analiz yapılır. Bunun için kayaçtan ince kesit alınır. Kumtaşları ile kayaçtaki gözeneklerin karakterlerinin incelenmesi önemlidir. İnce kesit için alınan kayaç dilimi öğütülmeden önce yeşil bitkisel kuru reçine ile muamele edilerek gözeneklerin bu madde ile dolması sağlanır. Bu reçine kayaçtaki bütün gözenekleri doldurur (hatta 0,001 mm den küçük) ve mikroskop veya renkli fotoğraflarda hemen tanınabilir. Bu reçine aynı zamanda, çok gözenekli ve tanelerin dağılgan olduğu veya gevrek kayaçlar için, ince kesit alımında dokuların dağılmasını engeller. Zayıf kayaçlarda bu çok dikkat edilmesi gereken bir husustur. Boyutlandırılmış taşın petrografik analizi için öncelikle el örnekleri ile görsel tespitler yapılır daha sonra petrografik mikroskop ile kayaçtan alınmış ince kesitler incelenir (Franklin, 2000). (1) El Örneğinde Yapılacak Görsel Tespitler Herhangi bir kumtaşı el örneğinde aşağıdaki belirtilen özellikler çıplak göz, el lensi ve/veya düşük güçte binoküler mikroskopta mümkün olduğunca tesbit edilmeye çalışılır (Franklin, 2000): 1. Kumtaşının mineralojisinin belirlenmesi; 34

47 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Gözle görülebilen herhangi mineral (örneğin kuvars) ve/veya kayaç parçalarının (örneğin litik parçalar) veya farklı dikkat çeken özelliklerin (örenğin mika, turmalin) tanımlanması, Herhangi bir bağlayıcının doğasının ve miktarının tanımlanması (seyreltilmiş hidroklorik asit karbonat minerallerinin var olup olmadığını tesbit için kullanılabilir), Çökelme sonrası optik süreklilik gösteren kuvarsın üzerine büyümelerinin incelenmesi (genellikle güneş ışığında görülür). Kuvars kristalleri yüzeyindeki görünümün incelenmesi 2. Kayacın dokusunun belirlenmesi Tabakalaşma özellikleri, Mineraloji ile ilgili renk değişimleri, Tane boyu, tane şekli ve yuvarlaklılığı, Makroporozite ve herhangi görülebilir boşlukların boyu ve yaygınlığı. 3. Kumtaşı tabakalarında bulunabilen; Çakıl ve çakıl bantları, Şeyl sokulumları ve lensler, Karbonlu maddeler ve/veya grafit, Demir taşı, karbonat yumruları, kum topları. vb malzemelerin, varlığı ve yaygınlığının belirlenmesi. 4. Gözle görülebilir alterasyon ve bozuşmanın belirlenmesi; Yüzey pürüzlülüğü (el ile), Liç (minerallerin asidik sıvı içinde çözülmesi) veya taşın beyazlaşması, Demir oksit/hidroksil çökelimi dolayısı ile aşırı demir renklenmesi (sarıkahverengiden portakal rengine), Yüzeyin gevrekliği, yüzeydeki çukur veya kumlanmalar, tanelerin el ile ufalanabilirliği, Yapısal hatalar, kumtaşındaki çatlak ve kırıklar, 35

48 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Kumtaşındaki materyalin aşınması sonucu kaynaklanan görünür boşlukların varlığı, pul pul dökülme (kumtaşının yüzeyine yakın veya paralel kısımlarında mekanik kıymıklaşmalar) (2) Petrografik Mikroskop ile Kumtaşında Belirlenebilecek Özellikler 1. Kumtaşında bulunan bütün ana mineral ve kayaç parçalarının tanımlanması ve onların karakteristikleri. 2. Bağlayıcının mineralojisinin belirlenmesi; matriks (örneğin kil mineralleri) ve ikincil çimento (örneğin kuvars, demir oksitler/hidroksitler ve karbonat). 3. Zararlı minerallerin tanımlanması (ör: şişen killer, sülfitler, vs.). 4. Kumtaşı dokusunun analizi- ana mineraller ve bağlayıcının ilişkisi, tane boyu, yuvarlaklık, küresellik, vs. dahil olmak üzere. 5. Porozite ve permeabilitenin analizi-gözeneklerin yaygınlığı ve boyu ve birbirleriyle olan bağlantıları. 6. Bireysel minerallerin alterasyon ve bozuşma (weathering) yaygınlığının tanımlanması ve onların alterasyon ürünleri. 7. Daha önceden var olan materyalin kaldırılmasından (erosion/removal of material) ve mekanik ayrışmadan dolayı kumtaşında oluşan dokusal parçalanmanın belirlenmesi (bireysel mineraller arasındaki ve içindeki mikro çatlak ve süreksizliğin yaygınlığı ve oluşumu). Petrografik Analizin şu avantajları vardır: Analiz için gereken materyal miktarı azdır. Yaklaşık yumruk büyüklüğünde kayaç parçası yeterlidir. Kimyasal analiz ile kayaçta var olan elementler oksit, karbonat, vb. şeklinde çöktürülür. Kayacı oluşturan mineraller belirlenemez. Fakat petrografik analiz ile kayacı oluşturan materyaller tanımlanabilir. Düşük maliyet. Hızlı sonuç alma. Tam bir petrografik analiz yaklaşık 1-1,5 saat alır. Mikroskobik analiz için gerekli ince kesitin hazırlanması 3 gün kadar sürebilir. 36

49 2. KAYAÇLARIN SINIFLANDIRILMALARI Selim ÖZKAN Dezavantajları ise şunlardır: Test için kullanılan küçük materyal, tüm ocağı veya materyalin alındığı bloğu yeterince temsil etmeyebilir. Örnek alma, yapı taşı olarak işletilmesi düşünülen kumtaşının petrografik analizinin güvenilirliğinde en kritik faktördür. Çünkü kumtaşının özellikleri değişken olduğu için her taş ocağı alanı birbirinden bağımsız düşünülerek testler yapılmalıdır. Ocağı veya bloğu temsil edecek şekilde örnek alma bu sebeplerden dolayı çok önemlidir ve sonuçları belirgin şekilde etkileyebilir. Tecrübe, kişisel yargılar ve analizi yapan kişinin yeterliliği petrografik analizi etkiler. Petrografi, tecrübenin önemli bir rol oynadığı, öğrenilen bir bilimdir ve kumtaşları hakkında yorum yapmak oldukça zordur. Petrografik analiz ile kumtaşlarının veya diğer doğal kayaçların mühendislik özellikleri hakkında sayısal bir bilgiye ulaşılamaz. (Örneğin kayacın, basınç dayanımı, eğilme dayanımı gibi mekanik özellikler). Fiziksel ve mekanik özelliklerin standart işlemlerle tespiti petrografik yönteme göre çok daha kolaydır. Sonuç olarak petrografi kumtaşlarının içyapısını belirlemek ve sınıflandırma için kullanılır ve mühendislik özelliklerinin tahmin edilmesinde yardımcı bir araçtır. Bu daha çok doğal taşların mühendislik davranışlarının sebeplerini açıklamaya yöneliktir. Çünkü kayacı oluşturan mineraller ve kayacın dokusu kayacın mühendislik özelliklerini belirler. Fakat petrografik analiz tek başına kumtaşlarının mühendislik özelliklerinin tespitinde kullanılamaz. Kumtaşında var olabilecek zararlı minerallerin tespiti haricinde nadir olarak kullanışlı veri sağlar. Petrografik mikroskop haricinde diğer analitik teknikler de petrografik veriyi tamamlayıcı olabilirler. Örnek olarak X-rey difraksiyon, elektron mikroskobu, katodlüminesans petrografi gibi. Yalnız bu yöntemler pahallı olup başka amaçlar için kullanılırlar. 37

50 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Adana ili Karaisalı ilçesi Salbaş bölgesini (Şekil 3.2.) içine alan birçok çalışma yapılmış ve çalışma alanına ait jeolojik birimler de araştırılmıştır. Stratigrafik açıdan ele alındığında, Kuzgun formasyonu ve bunun üzerine uyumlu ve geçişli olan Handere formasyonunun bölgede hakim olduğu görülmektedir. Bölgenin basitleştirilmiş jeoloji haritası Şekil 3.3 de görülmektedir. Şekil 3.2. Adana Yer Bulduru Haritası (turkoloji.cu.edu.tr) Schmidt (1961), ve Yetiş ve Demirkol (1986), tarafından Handere ve Kuzgun formasyonları incelenmiştir. McBride (1963), Kerey vd. (1985), ise Kuzgun formasyonunu incelemiştir. Yaşar (2000), Handere formasyonundan aldığı kumtaşı örneklerinin mekanik ve petrografik özelliklerini araştırmıştır. Schmidt (1961), Adana bölgesinin genel stratigrafisini çalışmış, yıllarında yapılan sistemli çalışmalar ile 47 kayaç birimini isimlendirmiştir. McBride (1963), Kuzgun formasyonu kumtaşlarının arkoz, arkozik vake ve kuvars arenit bileşiminde olduğunu ve kumtaşlarının %30-40 kuvars, %

51 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN feldspar, %2-5 litik kayaç parçası, %1-3 mika ve %10-15 matriks içerdiğini belirtmiştir (Büyükutku, 2003). Kerey vd. (1985), Adana baseninde görülen litostratigrafik birimlerde Kuzgun formasyonunun menderesli nehir ve sığ denizel ortamlarda çökeldiğini bildirmişlerdir. Yetiş ve Demirkol (1986), Adana Havzası Kuzgun Formasyonunun (Üst Miyosen) Fasiyes ve Ortamsal nitelikleri adlı çalışmalarında Kuzgun formasyonunun doğuda karasal nitelikte olduğunu, batıya doğru ise sığ deniz ortamına geçtiğini bildirmişlerdir. Yetiş ve Demirkol (1986), Adana Baseni Batı Kesiminin Detay Jeolojik Etüdü adlı çalışmalarında Handere ve Kuzgun formasyonları da dahil olmak üzere, bölgenin stratigrafik yapısını, tektonik durumunu, jeoloji evrimini ve ekonomik jeolojisini araştırmışlardır. Şekil 3.3. Çalışma Alanının Basitleştirilmiş Jeolojik Haritası (MTA-1991, Ankara.) 39

52 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN Yaşar (2000), Handere formasyonundan aldığı kumtaşı örneklerinin mekanik ve petrografik özelliklerini araştımıştır. Yaşar (2000), kumtaşı numunelerinin Üst Miyosen-Pliyosen Yaşlı Handere formasyonundan, tabakalanmanın üniform olduğu kısımlardan alındığını belirtmiştir. Kırıntılı tanelere sahip kumtaşında %42 kuvars, %22 kayaç parçası ve %10 feldispat mineralleri tesbit edilmiş ve taneler arasında %18 matriks, %4 çimento, %2 mika, kömür ve kayaç parçaları yer aldığı bildirilmiştir. Yaşar (2000) tarafından tesbit edilmiş bazı fiziksel ve mekanik analiz sonuçları Çizelge 3.9 de görülmektedir. Çizelge 3.9. Adana İli Handere Formasyonu Kumtaşının Mekanik Özellikleri (Yaşar, 2000) Deney Türü Sonuçlar Yoğunluk (g/cm 3 ) 2,65 Gözeneklilik (%) 7,5 Tek Eksenli Basınç Dayanımı (MPa) 81,53 Tek Eksenli Çekme Dayanımı (MPa) 7,1 Young Modülü (GPa) 12, Çalışma Alanının Genel Jeolojisi Stratigrafik açıdan ele alındığında, Kuzgun formasyonu ve bunun üzerine uyumlu ve geçişli olan Handere formasyonunun, bölgede yüzeylenme gösteren formasyonlar olduğu görülmektedir. Kuzgun ve Handere formasyonları Senozoyik devre aittir (Yetiş ve Demirkol, 1986) Handere formasyonu (Th) Schmidt (1961), Adana baseninde üst miyosen-pliyosen yaşlı Adana grubunun en üst birimi olarak Handere formasyonunu ayırtlamıştır. Handere formasyonu, Adana baseninin güney kesiminde havza ölçeğinde oldukça yaygın bir uzanıma sahip bulunmaktadır. Birimin Seyhan baraj gölü 40

53 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN batısındaki yüzleğinin kuzey sınırı yer yer alüvyon tarafından kesilmekle beraber inceleme alanı batısında Karayayla (N34d,b-24) dolayından Ahmetçi yeri (c-3), Tepeçaylak (e-22), Gökkuyu (h-21), Söğütlü (i-20), Fakılar (k-21), Tapan tepe (n-19) kuzeybatısında Seyhan baraj gölü ile kesilmektedir. Birimin güney sınırı ise Adana ovasının alüvyon ve taraçaları ile sınırlanmaktadır. Bu kesimde birim yaklaşık kuzeyden güneye akışlı sular ile sık sık kesildiğinden parçalanmış yer yer dağınım yüzlekler halinde gözlenmektedir. Seyhan baraj gölünün kesimindeki yüzlek Adana şehir merkezi kuzeybatı kesimlerine kadar uzanmaktadır. Birimin Topalak köyü (N34c,c-17) kuzeyinde küçük bir yüzleği bulunmaktadır. Seyhan barajı doğusunda ise birim kuzeyde Karaömerli (N34c,h-15) dolayından Kargakekeç (j-14), Hocalı (n- 11), Bocu (r-11), Torun (s-8) hattı ile kuzeyden sınırlanmaktadır. Birim Çukurova Üniversitesi kampüsünün batı kesiminde şerit şeklinde bir geometriye sahip olup Menekşe köyü (i-19) ve batısındaki Kuyumcu dağı dolayında yaygın yüzleklidir. Balcalı ve Menekşe köyünden doğuya doğru Handere formasyonun yüzleği güneyden Adana ovasının taraçaları ile sınırlandırılmıştır. Bu sınırın güney kesiminde Çınarlı (N34c, l-21), Boynuyoğun (n-22), Akkuyu (n-18), Sofulu (n-23), Beyceli (o-23), Kılıçlı (p-19), Kızılkaş (r-17), Buruk (p-24), Abdülhadi (t-27) dolayında birim ancak Adana ovası taraçalarının derin deşildiği dere boylarında yüzeylemekte ve araziye dendiritik bir görünüm kazandırmaktadır. Büyük dere boylarında alüvyon örtülerinin gelişmesiyle de birim şeritsel geometri sunmaktadır. Handere formasyonu için birimi karakterize edecek tipik bir kesit yeri önerilememiş ve tipik bir kesitte ölçülememiştir. Handere formasyonu, batıda daha çok kaba kırıntılar, doğuda ise ince kırıntılardan oluşan bir litoloji dağılımına sahip bulunmaktadır. Yani batıda; çakıltaşı, kaba-orta kumtaşı yüzdesi; doğuda ise ince kumtaşı-silttaşı yüzdesi daha fazladır. Birim başlıca; çakıltaşı, çakıllı kumtaşı, kumtaşı, silttaşı ve çamurtaşı yapılışlı olup Seyhan baraj gölü batısında alçıtaşı mercekleri kapsamaktadır. İstif batıda, Kuzgun formasyonu Memişli üyesi üzerinde bozca gri, merceksel geometrili, teknemsi çapraz katmanlı, yer yer kaba çakıl boyuna erişen değişik kökenden türemiş kaba çakıltaşı, çakıllı kumtaşı ve kaba kumtaşı ile başlamaktadır. Genellikle aşınmalı bir taban ile başlayan çakıltaşı düzeyleri açık gri renkli, başlıca ofiyolit, radyolarit, kireçtaşı, kuvars,. Karaisalı formasyonundan 41

54 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN türeme maksimum cm boya erişen, oldukça yuvarlak-uzunca, az belirgin imbrikasyonlu ve çok kötü boylanmalıdır. Üste doğru seyrek çakıllı kumtaşı ve kaba kumtaşı açık gri renkli, seyrek çamur topacıklı ve merceksel geometrilidir. İstifin taban kesiminde hakim olan çakıltaşı, kumtaşı yapılışlı dönemler yukarı kesimlerde seyrek, ince, açık gri renkli, paralel laminalı silttaşı düzeyleri, daha üst kesimlerde ise tane boyu incelerek silttaşı-ince çamurtaşı ara katmanlı kumtaşına geçmekte ve daha da üstte taraça ile örtülmektedir. İstifin tabanında kalınlığı değişen, merceksel geometrili olan bu çakıltaşı düzeyleri birkaç düzey halinde bulunurlar. Tane boyunun silt boyuna eriştiği bazı kesimlerde yine merceksel geometrili alçıtaşı uzanımları bulunmaktadır. Bunların üzerinde tekrar çakıllı düzeyler seyrektir. Güneye doğru yeşilimsi-boz renklisilttaşına geçiş sözkonusudur. Çukurova Üniversitesi Fen-Edebiyat fakültesinin kuzeybatısında Baraj gölü su seviyesinden itibaren boz renkli silttaşı-çamurtaşı ile başlayan istif paralel laminalı olup yer yer akıntı ripıllı ve yukarıya doğru çamurtaşına geçmektedir. Bunun üzerine ince kumtaşı bantları içeren silttaşı gelip, daha üstte 10 m kalın başlıca; kireçtaşı, ofiyolit, kuvars, radyolarit vb. den türeme maksimum 15 cm boya erişen, aşınmalı tabanlı oldukça yuvarlak, orta-kötü boylanmalı, eşit bileşimli kum matriks ile tutturulmuş, yayvan çapraz katmanlı çakıltaşı gelmektedir. Belirgin imbrikasyonsuz dönem üste doğru kaba kumtaşı, silttaşı-çamurtaşına geçmektedir. Çamurtaşı; silttaşı ince ara katmanlı, paralel laminalı ve yer yer akıntı ripıllıdır. Bunun üzerine eşitli litolojik özellikler ile yapıya sahip farklı kalınlıkta birbirini ardalayan 5 dönem gelip, istif en üstte taraçaya geçmektedir. Akarsu çökeli niteliğindeki kaba kırıntılar ile başlayan dönemler aşınmalı tabanlı ve özellikle tabandaki ince kırıntılılar üzerinde büyük boyutlu oygu-dolgu yapıları sunmaktadır. Batıda Kuzgun formasyonu Memişli üyesi üzerinde yer yer 100 m kalınlığa erişen kaba elemanlı, sarımsı gri renkli, kalın katmanlı çakıltaşıyla başlayıp ince-orta kumtaşına geçen merceksel geometrili kaba kırıntılılar yanal olarak ince kırıntılı birimler ve Kuzgun formasyonunun Memişli üyesi ile de yanal ve düşey geçişe sahiptirler. Birim altta Memişli formasyonu üzerinde geçişli olup üstte Adana Baseninin yaygın taraça oluşumları ve yer yer de genç alüvyon ile örtülü bulunmaktadır. Birimin taban dokanağı Seyhan baraj gölü batı ve doğusunda yer yer 42

55 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN alüvyon ile kesilmesine rağmen bölgesel ölçekte süreklilik sunmaktadır. Adana Baseninin güney kesiminde Schmidt (1961), üst miyosen-pliyosen yaşı ile Adana grubunun en üst birimi olarak Handere formasyonunu ayırtlamıştır. Daha sonra bölgede çalışan araştırıcılar Schmidt in ayırdını benimseyip birimi çeşitli ad ile haritalayıp incelemişlerdir. Özer ve diğerleri (1974) Adana grubu kumtaşı ve marnlarının Kuzgun kumları üzerine uyumlu olarak geldiğini, istifin kalın jips katmanları halinde gözlenen evaporitik seviyelerle sona erdiğini; İlker (1975), Adana baseninde jips bantları içeren Handere formasyonunun bulunduğunu; Yetiş ve Demirkol (1984), Adana baseninde Adana grubu içinde denizel ince kırıntılılar ile üzerine gelen evaporitlerin yer aldığını; Yalçın ve Görür (1984), Adana baseninde Handere formasyonu ve Evci üye ayırdını; Tanar (1985), Körlü (Tarsus) dolayında miyosen formasyonlarının Handere tarafından örtüldüğünü; Gürbüz (1985), Gürbüz-Gökçen (1985), Gürbüz ve diğerleri (1985), Adana baseninde tuzlu göl-sığ deniz delta ve alüvyal nitelik gösteren Adana grubunu Kuzgun ve Handere formasyonlarına ayırıp, basenin güneyinde üst miyosen-pliyosen arasında yaygın evaporit minerallerinin geliştiğine değinmiştir. Handere formasyonunun tabanına yakın kesimde; yeşilimsi gri, orta kalın katmanlı, gevşek tutturulmuş ince-orta kum boyu ögeli kumtaşı ile belirgin laminalı silttaşı bol miktarda sığ denizel lamellibranş ve gastropod kapsamaktadır. Aynur İNAL ve Erden AĞALAR (MTA Jeoloji Etütleri Dairesi) tarafından birimin taban kesimindeki kumtaşı ve silttaşından elde edilen fosiller tanımlanarak birime üst miyosen-pliyosen yaşı uygulanmıştır. İlker (1975), Adana baseninde Handere formasyonunda bazı fosilleri tanımlanarak birime Pliyosen yaşını uygulamıştır. Yetiş ve Demirkol (1986), Bölgesel ölçekte düşünüldüğünde Handere formasyonunun messiniyen-pliyosen zaman aralığında çökelmiş olması gerektiğini belirtmişlerdir. Handere formasyonu inceleme alanı sınırları içinde Kuzgun formasyonu üzerine uyumlu olarak gelmektedir. Kuzgun formasyonu içindeki akarsu-göl ve sığ deniz ortamına ait çökeller birbiriyle hızlı yanal ve düşey geçişler sunmaktadır. 43

56 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN Kuzgun formasyonu Kuzgun üyesi içinde havzanın bugünkü Çakıt-Seyhan nehirleri dolayında karasal çökellerin, batıya doğru sığ deniz çökellerine geçtiği gözlenmektedir. Memişli üyesi, Kuzgun üyesine nazaran inceleme alanında daha çok sığ deniz çökelleriyle temsil edilmiştir. Memişli formasyonunun kumtaşı-silttaşı düzeyleri üzerine Handere formasyonu sığ deniz ortamını karakterize eden denizel fosilli ince kırıntılılar başlamaktadır. Havzanın doğu kesimlerinde ise çakıltaşıkumtaşı mercekleriyle başlayan dönemler bulunmaktadır. Bu dönemler tane boyu yukarıya doğru incelerek ince kumtaşı, silttaşı ve çamurtaşına geçmektedir. Handere formasyonunun ince kırıntılı kesimlerinde ise merceksel geometrili alçıtaşı uzanımları (Gökkuyu alçı taşı üyesi) bulunmaktadır. Menekşe köyü dolayında Handere formasyonu ince kırıntılıları üzerinde ise merceksel geometrili kaba polijenik elemanlı akarsu çökelleri yukarıya doğru tane boyu incelen dönemler halindedir. Böylece bölgesel ölçekte Handere formasyonu tabandan tavana doğru sığ deniz, akarsu ve göl ortamlarını karakterize eden istifler sunmaktadır Kuzgun Formasyonu (Tku) Adana baseninde kırıntılılar ile kırıntılı karbonatlar ile kireçtaşından oluşma birim Schmidt (1961) tarafından; Kocaveliler, Çaparlı, Kepez, Kurbanlı, Çirbikler ve Sarnelli üyelerine ayrılarak Kuzgun formasyonu adı altında incelenmiştir. Ayrıca Schmidt bölgede kılavuz katman niteliğindeki tüf birimi ile bunun üzerine gelen Sucular formasyonu, Koson şeyli ve Memişli kumtaşını Adana grubu içerinde incelemiştir. Birim tabanında Güvenç formasyonu üzerine gelen sığ denizel ve karasal kırıntılılardan oluşma bir istif ile başlayıp, bunun üzerine gelen Salbaş tüfit üyesi batıda Kıllıcami (N34b, c-18) dolayından doğuda Seyhan baraj gölü doğusundaki Karaömerli (N34c, i-15) kuzeyine kadar oldukça belirgin uzanımlıdır. Bu kesimde birim kamalanarak son bulmaktadır. Kıllıcami-Karaömerli köyü kuzeyinde Salbaş tüfit üyesinin altındaki birim Schmidt in Kuzgun formasyonu, üstündeki birim ise Memişli kumtaşı ve bununla yanal geçişli birimleri oluşturmaktadır. Karaömerli 44

57 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN köyü kuzeyinden daha doğuya doğru Salbaş tüfit üyesinin uzanımı bulunmadığından bu kesime Kuzgun formasyonu ile Memişli kumtaşı arasında bir dokanak çizmek mümkün değildir. İki birim arasında ayırtman bir litoloji değişimi de gözlenememiştir. Birime ait karasal ve sığ denizel nitelikli asfasiyesler tüfit birimini keserek ve ortam koşullarına bağımlı olarak bir birimden diğerine geçilebilmektedir. Kuzgun formasyonunun tabanında sığ denizel-karasal nitelikli asfasiyeslerden oluşma Kuzgun üyesi bulunup bunun üzerine Salbaş tüf üyesi ile Memişli üyesi yer almaktadır Kuzgun Üyesi (Tkuk) Kuzgun üyesi Durak istasyonu güneyi Karayayla mahallesi (N34d,b-22) aralığından kuzeydoğuya doğru Pekmezciler (N34c, t-2), Torun (s-7) aralığına kadar oldukça geniş şerit şeklinde bir yayılıma sahiptir. Bu şeritin genişliği bugünkü Seyhan barajının bulunduğu kesimde maksimum yayılıma sahip olup buradan kuzey doğuya ve güney batıya gidildikçe daha az yayılımlı bulunmaktadır. Kuzgun üyesi başlıca; alacalı renkli, omurgalı kemik ve diş kapsayan karasal kırıntılılar ile yeşilimsi-boz renkli lamellibranş, gastropod ve bol ostrealı sığ denizel çökellerden oluşmaktadır. Batıya doğru karbonat oranının artmasıyla birim kumlu karbonatlara ve kireçtaşı arakatmanlı kırıntılılara geçiş göstermektedir. Birim başlıca sığ denizel ostrea kavkı katmanları ile yer yerde kalkrit oluşumları sunan çakıltaşı, kumtaşı ve çamurtaşı ardalanmasından oluşmaktadır. Kuzgun üyesinin ana asfasiyeslerinden birini yukarıya doğru tane boyu incelen dönemler halinde bulunan yanal yığışım yüzeyleri sunan alüvyon ve menderesli nehir çökeltileri oluşturmaktadır. Bunun üzerine aşınmalı taban üzerindeki kumtaşı arakatmanlı, düşük açılı çapraz katmanlı overbenk kumtaşı ile yine düşük açılı nokta barı kumtaşı gelmektedir. Bazı kesimlerde nehir kanalına bitişik olarak gelmiş set çökelleri kumtaşı ve çamurtaşı ardalanmasından oluşmaktadır. Kuzgun üyesinin sığ denizel çökelleri ise başlıca; yeşilimsi gri renkli, ostrea arakatmanlı kumtaşı, silttaşı ve çamurtaşından ibarettir. Kumtaşı; yeşilimsi-gri renkli, 45

58 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN tekne şeklinde geometrili, aşınmalı bir taban üzerinde fazla miktarda oldukça yuvarlak kuvars tanelerinden oluşmaktadır. Kuzgun formasyonu sığ denizel ve akarsu çökellerinin kanal asfasiyesine ait kumtaşı oldukça fazla oranda SiO 2 kapsamaktadır Salbaş Tüfit Üyesi (Tkus) İlk kez Schmidt (1961), Adana baseninde Üst Miyosen Pliyosen yaşı ile Adana grubu birimlerin tabanını teşkil eden, kılavuz katman niteliğinde uzanımlı bulunan, hafif, gri beyaz renkli, killi karbonatlı tüf birimini ayırtlamıştır. Birim Adana grubunu oluşturan Sucular formasyonu, Koson şeyli, Memişli kumtaşının tabanında yer almaktadır. Birim inceleme alanında 0-10 m kalınlığa erişen şerit şeklinde uzanımlı, değişik uzunlukta birkaç yüzleğe sahiptir Memişli Üyesi (Tkum) Birim Schmidt (1961) tarafından Üst Miyosen-Pliyosen yaşlı Adana grubunun Memişli Kumtaşı olarak ayırtlanmıştır. Sığdeniz-delta nitelikli, Ostrea kavkılı, kumlu, killi, şeyl arakatmanlı birimin yanal olarak Adana grubunun batısında Koson şeyli ve Sucular formasyonu ile geçişli olduğu bildirilmiştir. Bu incelemede Salbaş Tüfit üyesinin üzerinde bulunan ve başlıca kumtaşı yapılışlı birim Kuzgun formasyonunun Memişli üyesi olarak incelenmiştir. Birim inceleme alanı sınırları içinde N34d paftası güney yarısından N34c paftasına doğru doğu-kuzeydoğu yönünde oldukça belirgin bir uzanıma sahiptir. Birimin kuzey sınırı Salbaş Tüfit üyesi ile belirlendiğinden, batıda Çakaltepe (N34d, ba19) dolayından Kıllıcami (c-18), Köyyeri Tepe (d-16), Salbaş (j-15), Kaşoba (o- 14), Çıraklı (o-13), Kaş Tepe (Ş-12), Örçün (N34c, b-13) güneyinden Araplar (e-15) kuzeybatısına kadar uzanmaktadır. Memişli üyesi güneyde Karayayla mahallesi (N34d, b-24) kuzeyinden kuzeydoğuya doğru Tepeçaylak (e-22), Gökkuyu (h-21), 46

59 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN Söğütlü (i-20), Tapan Tepe (n-19) dolayına kadar uzanıp buradan Seyhan barajının Çakıt kolu ile kesilmektedir. Birimin doğudaki diğer bir yüzleği Seyhan barajının Çakıt suyu ve Üçürge deresi kolları arasında yer almaktadır. Birimin daha doğuda Seyhan baraj gölünün Seyhan koluna kadar uzanan kesiminde bir diğer yüzleği bulunmaktadır. Seyhan baraj gölünün doğu kesiminde Karaömerli (N34c, h-15) kuzeyinde Salbaş Tüfit üyesinin birkaç kilometrelik bir uzanımı varsa da, bunun doğuda kamalanması nedeniylede bu kesimdeki Tüfit üyesinin üzerindeki kesim Memişli üyesi olarak ayırtlandırlmıştır. Kuzgun formasyonu Kuzgun üyesinde olduğu gibi değişik asfasiyeslerin hızlı, yanal ve düşey geçişleri nedeniyle Memişli üyesi için verilecek tipik mevki ve tipik kesit yeri birimi tamamıyla temsil edemeyecektir. Kuzgun formasyonunun Memişli üyesi inceleme alanı sınırları içinde Kuzgun üyesinde gözlendiği gibi karasal nitelikli akarsu çökelleri, göl çökelleri ve sığ deniz nitelikli çökellerden oluşmaktadır. Karasal nitelikli çökeller alacalı renkli, aşınmalı taban ile başlayıp yukarıya doğru tane boyu incelen dönemler halinde bulunmaktadır. Kanal dolgusu asfasiyesini oluşturan çakıllı kumtaşı ve kaba kumtaşı, merceksel geometrili, tekne şeklinde çapraz katmanlı ve kötü boylanmalıdır. Çakıl ve kum boyundaki bileşenler başlıca; kireçtaşı radyolarit, ofiyolit, çört, kuvars vb. yapılışlıdır. Bunun üzerine ince-orta katmanlı, mika pullu,düşük açılı tekne şeklinde çapraz katmanlı kumtaşı, daha üstte kırmızımsı kahverengi, alacalı renkli silttaşı ve çamurtaşı gelmektedir. Memişli üyesinin sığ denizel çökelleri ise seyrek çakıllı kumtaşı ile ince-orta kumtaşı, silttaşı-çamurtaşı yapılışlıdır. Kumtaşı-seyrek çakıllı kumtaşı düzeylerinin tabanı keskin olup yukarıya doğru tane boyu incelen dönemler halindedir. Kumtaşı düzeylerinde genelde çok belirgin yayvan tekne şeklinde çapraz katmanlanma gözlenip daha üst düzeylerde paralel laminalanım, katman tavanında da belirgin dalga kırışıkları yer almaktadır. Açık kahve-boz renkli ince kumtaşında yer yer küresel ayrışma ve dalgalı laminalanma belirgindir. Silttaşı tabanda ince kumtaşı ile başlayıp yukarıda çamurtaşına geçmektedir. Bunlarda da yayvan tekne şeklinde çapraz katmanlanma gözlenmektedir. Bozca-gri renkli çamurtaşı yer yer silttaşı arakatmanlıdır. Birimde genel olarak bol ostrea kavkı katmanı düzeyleri ile, değişik düzeylerinde lamellibranş ve gastropodlu kesimler yer almaktadır. Batıya 47

60 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN doğru karbonat oranının artmasına bağımlı olarak içinde yer yer karbonatlı kumtaşı düzeyleri ve resifal kireçtaşı mercekleri bulunmaktadır. Birim, Çakıt çayı ile Seyhan baraj gölü alanında maksimum yayılıma ve dolayısıyla kalınlığa erişmektedir. Buradan batıya doğru yayılımı azalmaktadır. Birimin kalınlığı Schmidt (1961) tarafından Memişli kumtaşında 850 m olarak verilmiştir. Memişli üyesi, Kuzgun üyesinde ayırtlanan kara, göl ve sığ deniz fasiyesleri ile yanal ve düşey geçişlidir. Birimin tavanında Handere formasyonu ile düşey ve yanal geçişli bulunmaktadır. Seyhan baraj gölü doğusunda üyenin taban dokanağını oluşturan Salbaş Tüfit üyesi kamalandığından birim Kuzgun formasyonunun diğer asfasiyesleri ile yanal ve düşey geçişlere sahip bulunmaktadır. İnceleme alanı sınırları içinde Salbaş Tüfit üyesinin yüzeylediği yerlerde birim oldukça belirgin bir taban dokanağına sahiptir. Bu dokanak batıdan doğukuzeydoğuya doğru Çakal tepe (N34d, b-19) dolayından Kıllıcami (c-18), Köyyeri tepe (d-16), Tekerlek sırtı (e-16), Salbaş (j-15), Narlıca tepe (k-14), Kaşoba (ö-13), Çıraklı (p-13), Kesik tepe (s-13), Örçün (N34c, b-13) güneyi, Araplar (e-15) kuzeyine doğru bir uzanıma sahiptir. Birimin tabanında kılavuz katman niteliğindeki Salbaş Tüfit üyesi ile Kuzgun formasyonu içinde Kuzgun ve Memişli üyelerine ayrılmış ise de Tüfit birimi boyunca iki birim ayırtlanan asfasiyesler ile yanal ve düşey hızlı fasiyes değişimlerine sahip bulunmaktadır. Tavan dokanağında birim Handere formasyonu ile üzerlenip geçişli bir dokanak ilişkisine sahiptir. Bu dokanak batıda Karayayla mahallesi (N34c, b-24) kuzeybatısında Ahmetçiyeri tepe (b-23), Tepeçaylak (e-22), Gökkuyu (h-21), Söğütlü (i-20), Fakılar (k-21)ve buradan da Tapan tepe (o-19) kuzeybatısına kadar oldukça belirgin uzanımlıdır. Bazı yerlerde Memişli üyesi üzerine çakıltaşı ile başlayan Handere formasyonu bazı yerlerde kumtaşı ve bazı yerlerde de miltaşı, şeyl ile uyumlu olarak gelmektedir. Handere formasyonunun tabanındaki çakıltaşı ve kumtaşı düzeyleri genellikle merceksel geometri sunduklarından iki birim arasındaki dokanak ilişkisi yanal ve düşey geçişli olmalıdır. Handere formasyonun tabanında çakıltaşı ve yanal olarak kumtaşına geçtiği kesimlerde Handere formasyonu ile Memişli formasyonu arasındaki dokanağı izlemek oldukça kolay iken silttaşı-çamurtaşı düzeylerinin olduğu kesimlerde iki 48

61 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN birim arasında dokanak ayırdı oldukça güçleşmektedir. Topalak (N34c, c-17) kuzeyinde Memişli üyesi üzerine Handere formasyonunun çakıllı kumtaşı ve kaba kumtaşı gelmektedir. İlker (1975), Schmidt (1961) in Üst Miyosen Pliyosen yaşı ile ayırtladığı, tabanda kılavuz katman niteliğinde Tüfit bantı ile başlayan Adana grubu içindeki Memişli kumtaşını Memişli formasyonu; Koson şeylini Koson formasyonu olarak ;Sucular formasyonunu ise değiştirmeden aynen kullanmıştır. Yetiş-Demirkol (1984), Kuzgun formasyonu üzerinde Tüfit kılavuz katmanı ve daha üstte ince kırıntılılar ile daha sonra evaporitlerden oluşma Adana grubundan bahsetmişlerdir. Tanar (1985), Gürbüz (1985), Schmidt (1961) Memişli kumtaşını Memişli formasyonu olarak kullanmışlardır. Yalçın-Görür (1984), Schmidt (1961) in Adana grubu ayırımını üst Tortoniyen Messiniyen olarak inceleyip Sucular formasyonu, Koson Şeyli ve Memişli kumtaşı ayırımını aynen kullanmışlardır. İnceleme alanı dışında batı ve kuzeydoğuda Adana baseninde ayırtlanan Kuzgun formasyonu ve üyelerinin eşdeğeri olabilecek kırıntılı birimler bildirilmemiştir. Kozan-Kadirli dolayında Panpal (1983) ın Tortoniyen yaşı ile Afşarlar formasyonu olarak ayırtladığı kırıntılılar daha çok Kuzgun üyesinin eşdeğeri olmalıdır. Daha üstte herhangi bir birimin bulunduğu belirtilmemiştir. Amanos dağlarında ise Derman (1979), Üst Miyosen in üst kesimlerinde kırıntılıların arttığı Jipsli düzeylerden bahsetmiştir. Bununda üzerinde Pliyosen in sığ karakterli kumtaşı ve kumtaşı-marn ardalanması bulunduğunu bildirmiştir. Miyosen in bu üst kesimlerinin Akdeniz havzasındaki Kuzgun formasyonuna karşılık gelebileceği bildirilmiştir. Memişli üyesi Kuzgun formasyonu üzerinde geçişli bulunduğu ve önceki çalışmacılar tarafından birimden çokça numune derlenerek detaylı tanıtımlar yapıldığı yönle bu çalışmada paleontolojik tanıtım için fazla numune derlenmemiştir. Aynur İNAL (MTA Jeoloji Etütleri Dairesi) bazı fosilleri tanımlayarak birimin Orta Miyosen yaşında olduğunu bildirmiştir. Ancak Orta Miyosen e karşılık gelen Langhiyen-Serravaliyen Güvenç formasyonunu temsil edip, bunun üzerine gelen Kuzgun formasyonu Kuzgun üyesinin Üst Serravaliyen-Tortoniyen yaşında olduğu kabul edilerek Memişli üyesi Tortoniyen-Messiniyen evresinde çökelmiş olmalıdır (Yetiş ve Demirkol, 1986). 49

62 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN Adana baseninde çalışan Schmidt (1961) Adana grubuna Üst Miyosen- Pliyosen yaşını uygulamıştır. İlker (1975) Adana basenindeki Memişli formasyonunda önemli bir tanıtım vermemiştir. Ancak bununla yanal geçişli olan Koson formasyonundan tanıtımları yapılan bazı fosiller ile birime Üst Miyosen yaşını uygulamıştır. Yalçın-Görür (1984) birime Üst Tortoniyen-Messiniyen yaşını; Görür (1986) Adana basenindeki Kuzgun ve Handere formasyonlarına Messiniyen yaşını uygulamıştır. Bölgesel ölçekte düşünüldüğünde Kuzgun formasyonunun Üst Serravaliyen- Tortoniyen yaşlı Kuzgun üyesi üzerinde eş zaman düzeyi niteliğindeki tüfit bantı ile geçişli olan Memişli üyesi Tortoniye-Messiniyen evresinde çökelmiş olmalıdır(yetiş ve Demirkol, 1986). Kuzgun formasyonu Memişli üyesi, Kuzgun üyesinde ayırtlanan fasiyes modeline bağımlı olarak akarsu, göl ve sığ deniz ortamlarını karakterize etmelidir. Henüz değerlendirme aşamasında olan kesitlerden edinilen bilgiler ile Kaşoba (N34d, o-14) batısında akarsu ortamı-sığ deniz ortamlarının ardalandığı ve tüfit üyesi ile birlikte sığ denizel çökellere geçildiği gözlenmiştir. Örçün (N34c, b-13) güneyinde Salbaş Tüfit üyesi üzerinde, istif göl çökelleri ile başlayıp daha güneyde deniz ortamına ait çökellere geçmektedir. Karaömerli kuzeyinde akarsu, göl ortamı çökelleri ile tüfit bantına geçen istif üstte tekrar akarsu ve göl çökellerine geçip, istifin bundan sonraki kesimi tamamen sığ denizel özellikler sunmaktadır. Kara ortamını belirleyen akarsu çökelleri alacalı renkleri ve kendilerine özgü fasiyesleri, göl ortamı çökelleri ise özgün litoloji, sedimanter yapı ve ince kavkılı fosil kapsamları ile belirgindir. Memişli üyesindeki akarsu ve göl ortamına ilişik çökeller fazlaca yer tutmazlar. Memişli üyesini oluşturan çökeller çoğunlukla sığ deniz-delta ortamını karakterize eden çakıllı kumtaşı, kumtaşı, silttaşı ve çamurtaşı yapılışlı olup yaygın tekne şeklinde çapraz katmanlı irili ufaklı denizel lamellibranş ve gastropod ile yer yer ostrea kavkı katmanlarından oluşmaktadır. Görüldüğü gibi Kuzgun formasyonu Kuzgun üyesinin sığ deniz-delta ortamına ait çökelleri, Salbaş Tüfit bantı gözetilmediğinde Memişli üyesine geçmekte ve buda eşitli ortam koşullarını yansıtmaktadır. İnceleme alanı sınırları içinde Karaömerli-Akkuyu alanında Gürbüz 50

63 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN (1985), Gürbüz-Gökçen (1985) Memişli formasyonunun deltayik-sığ deniz ortamı ürünü olduğunu; Gürbüz ve diğerleri (1985) ise Memişli formasyonunun sedimanter verilerin yanı sıra delta ortamını karakterize eden; Cyprideis ruggieri, Cyprideis sarmatica, Cyprideis cf. Mehesi ile sığ deniz ortamını karakterize eden Globorotalia mediterranea ve Globigerinoides sicanus a göre birimin delta-sığ deniz ortamı koşullarında çökeldiğini bildirmişlerdir. Görür (1986), Messiniyen yaşında olduğunu bildirdiği Kuzgun ve Handere formasyonlarının tuzlu göl-sığ deniz, delta ve akarsu ortamında çökeldiklerini işaret etmişlerdir Çalışma Alanının Jeolojik Evrimi Bölgede (Adana baseninde) Miyosen denizi regresyonu ve bu evredeki salınımlara bağlı olarak da Güvenç, Kuzgun (Kuzgun, Salbaş ve Memişli üyeleri), Handere (Gökkuyu alçıtaşı üyesi) formasyonları çökelmiştir. Üst Serravaliyen-Messiniyen yaşlı Kuzgun formasyonu kuzeydoğudan güneybatıya doğru sürekli uzanımlı bulunmaktadır. Formasyon; Kuzgun, Salbaştüfit ve Memişli üyelerinden oluşmaktadır. Birim başlıca; çakıltaşı, kumtaşı, çamurtaşı ve sığ denizel ostrealı düzeylerin ardalanımından oluşmaktadır. Kuzgun üyesi menderesli ve düşük sinüslü menderesli nehir nitelikli dönemli ardalanımlı karasal çökeller ile sığ denizel çökellerden ibarettir. Karasal çökellerde herbir dönemin tabanında kanal dolgusu çökelleri olarak çakıltaşı ile çakıllı kumtaşı bulunmaktadır. Kumtaşı-çamurtaşı ardalanımından oluşan set çökelleri ana kanalların yakınında yer almaktadır. Taşkın ovası asfasiyesini ise ince taneli, az belirgin laminalı, bol miktarda kalkrit çökelleri içeren çamurtaşı oluşturmaktadır. Sığ denizel çökelleri; kumtaşı, silttaşı, çamurtaşı ve ostrea kavkı katmanları meydana getirmektedir. Her bir dönemin taban kesimi keskin olup, üst kesimleri dalga kırışıkları ile canlı yuvaları kapsamaktadır. Kuzgun formasyonu Kuzgun üyesinin bulunduğu kesimde bugünkü Seyhan nehrine yakın kesimler tamamıyla karasal çökellerden ibaret olup batıya doğru karasal çökeller ile sığ denizel çökeller ardalanmalı ve daha da batıda istif tamamen 51

64 3. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Selim ÖZKAN sığ denizel çökellere geçmektedir. Böylece Burdigaliyende (Oligosen-Alt Miyosen aralığı) başlayan Adana baseni Miyosen denizi trangresyonu büyük bir olasılıkla Serravaliyen ve Serravaliyen sonlarına doğru Atik orojenik fazı nedeniyle regresif bir deniz özelliğine geçmiştir. Salbaş tüfit üyesi Tortoniyen evresinde yakın civardaki volkanik bir faaliyeti işaret eden kılavuz katman niteliğindedir. Memişli üyesi ise inceleme alanında Seyhan baraj gölü-salbaş alanındaki taban kesimi hariç çoğunlukla sığ denizel kırıntılılardan oluşan bir istifi sunmaktadır. Böylece Tortoniyen-Messiniyen evresinde bölge büyük ölçekte tekrar sığ deniz karakteri kazanmıştır. Handere formasyonu inceleme alanı batısında kaba kırıntılılar, doğuda ise ince kırıntılılardan oluşan litoloji dağılımına sahip bulunmaktadır. Çalışma alanı batısında birim; çakıltaşı, kaba-orta kumtaşı yüzdesi, doğuda ise ince kumtaşı-silttaşı yüzdesi daha fazladır. Başlıca; çakıltaşı, çakıllı kumtaşı, kumtaşı, silttaşı yapılışlı olan birim Seyhan baraj gölü batısında alçıtaşı mercekleri kapsamaktadır. Birim haritalama alanı batı kesiminde tane boyu incelerek üstte ince kırıntılılara geçerken, doğu kesimde ise ince kırıntılılar üzerinde kaba çakıltaşı-kumtaşı ardalanmasından oluşan karasal çökellere geçmektedir. Böylece Messiniyen-Pliyosen evresinde bölgesel ölçekte alttan üste doğru sığ deniz, akarsu-göl ortamlarını karakterize eden çökeller bulunmaktadır. Pliyosen sonuna doğru Akdeniz in çekilmesine paralel olarak eğim gradyanındaki büyük artış ile akarsu, büyük çapta kıyı kesimleri ve kıta sahanlıkları su yüzne çıkmıştır. Eğim derecesinin bu şekilde hızlı artışına paralel olarak genç akarsu sistemleri gelişmiştir. Böylece akarsu çökelleri niteliğindeki kaba malzemelerden oluşma yaygın taraça birimi gelişmiştir. Ardından akarsular vadilerini kazarak hızla denize doğru ilerlemiş, taraça birimi ile birlikte Handere formasyonunu boydan boya keserek Adana ovasını oluşturmuştur. Bölgenin jeomorfolojik konumu ile iklim şartlarına bağımlı olarak taraça birimi içerisinde yaygın şekilde kaliçi gelişmiştir. 52

65 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN 4. MATERYAL VE METOD 4.1. Materyal Adana ili Karaisalı ilçesi Salbaş köyünün konumu; 1/ ölçekli Türkiye paftalarında ( paftalarda), yaklaşık olarak 37 o 5 2 enleminde ve 35 o 8 0 boylamında yer almaktadır (DBR Atlas Harita, 2004). Adana şehir merkezinden Salbaş köyüne uzaklık karayoluyla yaklaşık 35 km dir ve şehrin kuzey-kuzeybatısı arasında yeralmaktadır. Salbaş yöresi kumtaşlarının mühendislik özelliklerinin tesbiti için, bölgeden 3 farklı lokasyondan kumtaşı örnekleri alınmıştır. Daha sonra bu örnekler Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Maden Mühendisliği bölümüne getirilmiş ve kayaç numuneleri üzerinde yapılan tüm işlemler bölüm laboratuarlarında yapılmıştır Metod Kumtaşının özelliklerinin tespit edilmesi amacıyla numuneler üzerinde fiziksel, mekanik, kimyasal ve petrografik analizler, TSE ve ISRM (1977) standartlarına uygun olarak yapılmıştır Fiziksel Deneyler Özgül Kütle Özgül kütle veya yoğunluk (Density) taşın tüm hacmindeki katı parçaların kütlesidir. Özgül kütle (ağırlık), değişmez kütleye (taşın 110 o C ± 5 o C sıcaklıktaki etüvde birbirini izleyen 4 er saatlik kurutmalar sonunda bulunan kütleleri arasındaki farkın, son tartımın % 0,1 i kadar veya daha az olduğu andaki kütlesi) kadar kurutulmuş taşın, boşlukları hariç olmak üzere birim hacminin kütlesinin tespit 53

66 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN edilmesi ile bulunur. En az 3 deney numunesi üzerinde yapılır. Çalışma sahasının değişik yerlerinden alınan temsili 2 kg lık numuneler, 0,2 mm. açıklığı olan eleklerden geçecek şekilde öğütülür ve sabit ağırlığa gelene kadar 105 o C sıcaklıkta etüvde kurutularak, oda sıcaklığına kadar desikatör içinde soğutulur. Deney esnasında; Piknometre, Pipet, Etüv, Terazi, Desikatör kullanılır. Piknometre kurutulur ve 0,01 gr duyarlılıkta tartılır (W 1 ). Desikatör kapağı açılır ve kurutulup-soğutulmuş olan öğütülmüş numune konileme-dörtleme yöntemiyle azaltılarak, 250 gr numune alınır ve hemen piknometre içerisine konularak tartılır (W 2 ). Sıcaklığı, deney sırasındaki ortalama oda sıcaklığından ± 2 o C farklı olan su, yaklaşık yarısı dolana kadar piknometreye konur ve içindeki hava kabarcıklarının çıkarılması amacıyla pipet (cam çubuk) ile iyice karıştırılır. Bundan sonra, piknometre su ile tamamen doldurulur. Piknometre dış yüzeyi iyice kurulandıktan sonra, 0,01 gr hassasiyette tartılır (W 3 ). Piknometre boşaltılır, iyice temizlenir ve kurutulup soğutulduktan sonra oda sıcaklığındaki su ile tamamen doldurulur. Piknometre, dış yüzeyi yeniden kurutulduktan sonra 0,01 gr hassasiyetle tartılır (W 4 ). Yukarıdaki işlemler diğer numuneler için yapılır ve ortalama özgül kütle numunelerin her birinin özgül kütlelerinin aritmetik ortalaması alınarak hesaplanır. Yapılan deney sonrası beher numunenin özgül kütlesi (d o ), Eşitlik 1 den faydalanılarak hesaplanır; d 0 Wpn Wp = (1) (W W ) (W W ) pn p pns ps 54

67 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Burada; d 0 = Özgül kütle (gr/cm 3 ) W p = piknometre ağırlığı (gr) W pn = piknometre+deney numunesi ağırlığı (gr) W pns = piknometre+deney numunesi ağırlığı+su ağırlığı (gr) W ps = piknometre+su ağırlığı (gr) Bulunan sonuçlar, yüzdebir hanesinde yuvarlatılarak gösterilir Hacim kütlesi Birim hacim ağırlığı, kayacın havada tartılmış ağırlığının hacmine oranıdır ve kayacı oluşturan minerallerin ve boşlukların içindeki (su, hava, vb.) maddelerin yoğunluklarına bağlıdır. Erguvanlı (1973), birim hacim ve kütle ilişkisi için kuru birim hacim ağırlık, doğal birim hacim ağırlığı ve yaş (doygun) birim hacim ağırlığı olmak üzere üç kavram belirtmiştir. Doğal birim hacim ağırlığın hesaplanmasında numunenin doğal haldeki ağırlığı, yaş (doygun) birim hacim ağırlığında ise numunenin suya doygun haldeki ağırlığı esas alınır. Kuru birim hacim ağırlık ve TS 699 da belirtilen hacim kütlesi (TSE) terimleri birbirlerinin yerlerine kullanılabilen terimlerdir. Birim hacim ağırlığının çeşitli kaynaklarda kütle (m)/hacim (V) (ör:gr/cm 3 ) veya kuvvet (F)/hacim (V) (ör:n/m 3 ) birimlerinde kullanıldığı fakat hacim kütlesi (veya hacim kütlesi) terimi için sadece kütle/hacim biriminin kullanıldığı görülmüştür. Kütle/hacim (ör:gr/cm 3 ) ve kuvvet /hacim (ör:n/m 3 ) birimleri arasındaki tek fark kütle nin yerçekimi ivmesi (g=9,81) ile çarpılıp kuvvet in elde edilmesidir (F=m.g). Hacim kütlesi deneyi, TS 699/Ocak 1987 ye göre, karot veya küp numunelerin boşlukları ile birlikte hacim kütlelerinin tayini amacıyla yapılır. Hacim kütlesi, değişmez kütleye kadar kurutulmuş taşın, boşlukları dahil olmak üzere birim hacminin kütlesinin tespit edilmesi ile bulunur ve birimi kütle/hacimdir. En az üç deney numunesi kullanılmalıdır. 55

68 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Deneyde; Ölçüm kumpas aleti, Terazi (0,1 gr hassasiyette), Etüv (105 ±5 o C kapasiteli) kullanılır. Deney numunelerinin yüzleri sert bir fırça ile fırçalanıp su ile yıkanarak temizlenir ve değişmez kütleye gelinceye kadar etüvde kurutulurlar. Değişmez kütle; taşın,110 o C±5 o C sıcaklıkta, etüvde birbirini izleyen 4 er saatlik kurutmalar sonunda bulunan kütleleri arasındaki farkın, son tartımın %0,1 i kadar veya daha azolduğu andaki kütlesidir. Daha sonra numuneler desikatörde oda sıcaklığına kadar soğutulduktan sonra 0,1 gr hassasiyetle tartılır (W k ). Deney numunelerinin hacimleri, boyutlarından hesaplanarak bulunur. Deney numunelerinin boyutlarının herbiri, birbirine dik doğrultuda olmak üzere ikişer defa 0,5 mm hasssasiyetle ölçülüp bunların aritmetik ortalamaları alınarak bulunur. Bulunan ortalama boyutlardan deney numunelerinin hacimleri hesaplanır (V k ). Eşitlik 2 den faydalanılarak hacim kütlesi değerleri her bir numune için bulunur. Bulunan değerler 0,5 cm 3 e yuvarlatılarak kaydedilir ve aritmetik ortalamaları alınarak yüzde bir hanesinde gösterilir. W k d k = (2) Vk d k : Hacim kütlesi (gr/cm 3 ) W k : Numunenin kuru ağırlığı (gr) V k : Numunenin kurutulduktan sonraki hacmi (cm 3 ) Ağırlıkça ve Hacimce Su Emme Oranı (Görünür Porozite) Su emme, kayaçların kuru durumda bünyelerine aldıkları suyun hacminin veya ağırlığının, kayacın tüm hacmine veya ağırlığına oranıdır. Bu özellik kayaçtaki 56

69 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN boşlukların ve doğal zayıflık düzlemlerinin (dilimlenme, mikro çatlaklar, fissürler, vb.) tahmininde faydalıdır. Ayrıca taşın ayrışma (bozuşma) derecesi hakkında temel bir bilgi sağlar. Kütlece su emme oranı, değişmez kütleye kadar kurutulmuş taşın, absorbe edebildiği su kütlesinin taşın kütlesine oranının bulunması ile sayısal olarak ifade edilir. Hacimce su emme oranı ise, değişmez kütleye kadar kurutulmuş taşın, absorbe edebildiği su hacminin taşın boşlukları dahil hacmine (bütün hacim) oranıdır. En az 3 deney numunesi üzerinde yapılır. Ağırlıkça (kütlece) ve hacimce su emme deneyi, kayaç örneklerinin ağırlıklarına ve hacimlerine oranla, boşluklarının alabileceği su miktarının saptanması amacıyla yapılır. Deney için numunenin değişmez kütleye kadar suya doyurulduktan sonraki ağırlığı bulunur. Bunun için numuneler 48 saat suda bekletilir ve tartılır, sonra tekrar su içerisine daldırılır ve 24 saat sonra bir kez daha tartılır. İlk ve son kütle arasında %0,1 den fazla fark bulunmazsa bu kütlenin değişmez kütle olduğu kabul olunur, değilse bu işlem 24 saat aralıklarla devam ettirilir. Daha sonra kurutulduktan sonraki ağırlığı ve hacmi bulunur. Taşın kütlece (ağırlıkça) ve hacimce su emme oranı Eşitlik 3 ve 4 den bulunabilir. S k Wy Wk = 100 (3) W k S h Wy Wk = 100 (4) V k S k : Taşın kütlece su emme oranı (m/m, %) S h : Taşın hacimce su emme oranı (görünür porozite) (v/v, %) W y : Numunenin yaş ağırlığı (gr) W k : Numunenin kuru ağırlığı (gr) V k : Numunenin kurutulduktan sonraki hacmi (cm 3 ) 57

70 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Porozite Porozite, kayaçta var olan boşlukların hacminin kayacın tüm hacmine oranıdır. Kayaçların porozitesi sadece kayaç içindeki gözeneklerden ibaret olmayıp kayaç içindeki mikro çatlaklar, kayacı oluşturan minerallerin içyapılarındaki boşluklar, vb. gibi etkenlerden kaynaklanmaktadır. Moos-Ouervain kayaçları porozitelerine göre sınıflandırmış (Çizelge 4.10) olup (Tarhan,1989), porozite bu sınıflandırmaya göre sözel olarak ifade edilebilir. Ayrıca çeşitli standartlarda (TSE, ASTM, vb.) yer alan değerlere göre, porozite sayesinde kayaçların mühendislik açısından durumu tesbit edilebilir. Çizelge Moos-Ouervain a Göre Kayaçların Poroziteye Göre Sınıflandırılması (Tarhan,1989) Porozite (%) Kayaç sınıfı <1 Çok kompakt 1-2,5 Az boşluklu 2,5-5 Orta boşluklu 5-10 Oldukça boşluklu Çok boşluklu >20 Çok fazla boşluklu Porozite, değişmez kütleye kadar kurutulmuş taşın boşluk hacminin, boşlukları dahil hacmine (bütün hacim) oranının tespit edilmesiyle bulunur. Bunun için numunelerin hacim kütlesi bulunur. Daha sonra numunelerin özgül kütlesi piknometre ile tesbit edilir. Hacim kütlesi ve özgül kütle değerleri Eşitlik 5 de yerine konularak, numunelerin porozitesi tesbit edilir. P d 1 d = o h 100 (5) 58

71 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Burada ; P : Taşın porozitesi (v/v, %), d k : Hacim kütlesi (gr/cm 3 ), d 0 : Özgül kütle (gr/cm 3 ), Bulunan sonuçlar, yüzde bir hanesinde yuvarlatılarak gösterilir Sonik Hız Deneyi Bu deneyde kullanılan cihaz ; Elektronik sinyalleri mekanik sinyallere dönüştüren bir verici, Mekanik sinyalleri elektrik sinyaline dönüştüren bir alıcı, Gönderici ve alıcı arasındaki bağlantıyı sağlayan bir çevirici ünitesinden oluşmaktadır. Bu deneyde çapı 31 mm ve daha büyük karotlar kullanılmaktadır. Örneklerin gönderici ile temasta olacak alt ve üst yüzeylerinin son derce düz ve birbirine paralel şekilde hazırlanmış olması gerekir. Deneyler kuru örnekler üzerinde yapılacak ise bu amaçla desikatör kullanılmalı, doygun koşullarda yapılacak deneyler için ise, örnekler deney anına kadar su içinde tutulmalıdır. Deney tabi tutulacak örnek sayısı her kayaç türü için en az üç adet olmalıdır. Alt ve üst yüzeyleri hassas şekilde düzeltilmiş örneklerin, boyları ve çapları birbirine dik iki ayrı yönde kumpasla 0,1 mm hassasiyette duyarlılıkta ölçüldükten sonra bunların ortalaması alınarak çap ve boy belirlenir. Önce alıcı verici uçlar arasına gres sürülmüş standart kalibrasyon silindiri yerleştirilerek dalganın (impuls) geçme süresine (t o ) bağlı olarak sismik hız ölçüm aletinin kalibrasyonu yapılır. Sonrasında, deney numuneleri alıcı-verici uçları arasına yerleştirilerek, P (sıkışma) dalgalarının örneğin bir ucundan diğer ucuna geçmesi için gerekli net süre (t p ) belirlenerek kaydedilir. Deney her örnek için tekrarlanır. Yayılma hızı Eşitlik 6 dan hesaplanır: 59

72 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN L V p = (6) T p Burada; V p : P dalgasının yayılma hızı (m/s), L : Silindirik deney örneğinin boyu (sinyalin katettiği mesafe, mm) T p : (t p -t o ); P dalgasının etkin ilerleme zamanı (µs) t p : P dalgasının ölçülen yayılma zamanı (µs) t o : Ölçülen sıfır (başlangıç) zamanı (µs) Mekanik Özellikler Tek Eksenli Basınç Dayanımı ve Elastisite Modülü (Young Modülü) Basınç dayanımı, kayaçların belirli ve farklı doğrultularda etkiyen gerilmeler karşısında davranışları ve kırılmaya karşı gösterdiği direnç karakteristiğidir. Basınç dayanımının tesbiti ile kayaçların kırılmadan önceki dayanma yeteneği yani yük taşıma yeteneği tesbit edilmiş olur. Ayrıca kayaçlar tek eksenli basınç direncine göre sınıflandırılabilir. Örneğin, Deere ve Miller (1966) kayaçları, tek eksenli basınç direncine göre, sözel bir anlam ifade edecek şekilde sınıflandırmıştır (Tarhan, 1989). Bu sınıflandırma Çizelge 4.11 de görülmektedir. Bu deneyde amaç, L/D oranı 2-2,5 olan düzgün geometrik biçimli kayaç örneklerinin (silindir, küp veya prizma şeklinde), tek eksenli ve düşey olarak uygulanan yükler altında dayanım sınırlarının bulunmasıdır. Kayaçların basınç dayanımlarının bulunması hem sınıflama hem de tasarım açısından oldukça çok gereklidir. Kayaçların dayanımı denilince genellikle Tek Eksenli Basınç Dayanımı anlaşılmaktadır ve simgesi (σ c ) dir. Tek eksenli basınç deneyinden kayaçların içsel sürtünme açısı (φ) ve kohezyonu da (c) yaklaşık olarak bulunabilir. Ayrıca deformasyon ölçüm aleti ile düşey kısalma (deformasyon) oranlarının ölçümü ile 60

73 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN deformasyon-gerilme diyagramları elde edilebilmekte ve buradan kayacın elastisite özellikleri (Young modülü) belirlenebilmektedir. Çizelge Tek Eksenli Basınç Direncine Göre Kayaçların Sınıflandırılması (Deere ve Miller, 1966) Kayaç sınıfı Tek eksenli basınç direnci (kg/cm 2 ) Çok yüksek dirençli >2000 Yüksek dirençli Orta dirençli Düşük dirençli Çok düşük dirençli <250 Deneyde; Numune üzerine düşey olarak yük uygulayabilecek ve bu yükleri ölçebilecek bir hidrolik test makinesi, Test makinesine monteli küresel başlık veya karot çapına uygun küresel yüzeyli çelik diskler veya silindirler, Gerektiğinde yükleme hızının kontrolü için kronometre, 0,1 mm hassasiyetinde kumpas, Kayaçların elastisite (Young) modüllerinin belirlenebilmesi için tek eksenli basınç deneyinin yapıldığı sırada test cihazına ilave olarak, boyca uzamakısalmayı ölçmek için en az 2 mm boy değişimini 0,002 mm hassasiyetle ölçebilen, ibreli veya dijital deformasyon ölçüm aleti (dial gauge) kullanılır. Deney için düzgün, herhangi bir kırık ve çatlak içermeyen, silindir veya küp şeklinde numuneler kullanılır. Numune sayısı minimum 5 tercihen 10 adet olmalıdır. Tabakalı (şistozite düzlemine sahip olan) yapı içeren kayaçlardan alınmış numuneler tabakalaşma düzlemine paralel ve dik doğrultuda olmak üzere iki farklı doğrultuda hazırlanmalıdır. Numune çapı kayacın tane yapısına bağlı olarakkayaçtaki en iri tane boyutunun 10 katı değerinden daha büyük olmalıdır. Numuneler doğal nemini koruyacak biçimde saklanmalı ve bu süre en fazla 30 gün olmalıdır. 61

74 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Deney yapılacak numunenin boyu ve çapı kumpas ile birbirlerine dik yönde, 0,1 mm hassasiyetle, ayrı ayrı ölçülerek ve bu değerlerin ortalaması alınarak kesit alanı hesaplanır. Deformasyon ölçüm aleti pres tablasına uygun şekilde yerleştirilir. Daha sonra numune, test makinesinin ortasındaki yükseltme plakasının üzerine merkezlenerek yerleştirilir. Eğer test makinesinin tavanına monte edilmiş büyük küresel başlık yoksa küçük boyutlu ve küresel yüzeyli iki çelik silindir, numunenin üzerine konur ve plakalar ile numune arasında boşluk kalmayacak şekilde numune test makinesine sabit bir şekilde yerleştirilir. Önce 10 kgf (100 N) lik bir kuvvet uygulanarak numune sıkıştırılır ve deformasyon ölçer alet sıfırlanır. Numuneye 5-10 dakika arasında yenilecek şekilde (saniyede 5-10 kg/cm 2 ), darbesiz ve sürekli olarak sabit bir gerilme hızında yük uygulanır. Bu arada deformasyon ölçerde boy değişimleri takip edilir ve genellikle 500 kgf (5000 N) yük artışlarındaki boy değişimleri ( L) en az 0,002 mm hassasiyetle kaydedilir. Numune yenildiği anda yükleme durdurulup yenilme yükü göstergeden okunur. Çalışma bittikten sonra kırılma açısı ölçülür. Örneklerin tek eksenli basınç dayanımı (σ c ) ile bunlara tekabül eden boy değişim oranları Eşitlik 7 ve 8 kullanılarak hesaplanır: F σ c = (7) A L ε = (8) L Burada; σ c : Tek eksenli basınç dayanımı, kg/cm 2 F : Numunenin yenilme yük değeri, kg, A : Numunenin yüzey alanı, cm 2, L : Boy değişimleri, cm (mm), L : Deney numunesinin başlangıç yüksekliği, cm (mm) ε : Boy değişim oranı 62

75 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Bulunan ε değerleri apsiste, σ c değerleri ise ordinatta gösterilmek suretiyle gerilme-kısalma oranı eğrisi çizilir. Boy değişim oranı (kısalma oranı) negatif bir değer olmakla beraber, gerilme-kısalma oranı (gerilme-deformasyon) eğrisinin çiziminde bu oran pozitif olarak alınınr. Düşük ve yüksek gerilmelere karşılık gelen bölgelerde grafik doğru şeklinde değildir. Bu sebeple Elastisite modülü (E), aşağıda gösterilen değişik metodlar kullanılarak hesaplanır. (1) Başlangıç Young Modülü (E b ) σ c - ε eğrisinin başlangıç kısmının eğrisidir (Eşitlik 9). E b = ( σ) b / ( ε) b (9) Başlangıç Young Modülü her zaman gözlenmeyebilir. Bu ölçüm gözenekliliği yüksek kayaçlarda belirgindir. (2)Teğetsel (Tanjant) Young Modülü (E t ) σ c - ε eğrisinin belirli bir gerilme seviyesindeki eğimidir. Bu gerilme seviyesi genellikle tek eksenli basınç dayanımının yaklaşık %50 sidir (Eşitlik 10). E t = σ/ ε (10) (3) Kiriş (Sekant) Young Modülü (E s ) σ c - ε eğrisinde, belirli bir gerilme seviyesinde, eksenel gerilmenin eksenel birim deformasyona oranıdır (Eşitlik 11). 63

76 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN E s = σ/ ε (11) (4) Ortalama Young Modülü (E ort ) σ c - ε eğrisinin doğrusal kısmının eğimidir (Eşitlik 12). E ort = σ/ ε (12) Brazilian Deney Yöntemi ile Dolaylı Çekme Deneyi Silindir şeklinde, boy/çap oranları 0,5-1,0 arasında olan, çapı 50 mm den az olmayan düzgün yüzeyli 5 adet numune kullanılır. Tabakalı taşlarda deney, tabakalanma doğrultusuna dik ve paralel yük uygulanacak şekilde ayrı ayrı yapılır. Taşın kullanılma yerinin özelliğine bağlı olarak numuneler; havada kurutulumuş, suya doyurulmuş, etüvde kurutulmuş veya arazi şartlarında muhafaza edilmiş şekilde, uygun görülenlere göre hazırlanır. Deneyde; Deney için yükleme çeneleri (çenelerin yarıçapı örnek yarıçapının 1.5 katı olmalı), Ölçüm kumpası (0.1 mm hassasiyetinde), Yükleme presi (yükleme hızı ayarlanabilen tipte), tercihen küresel yükleme başlığı kullanılır. ve yarılmanın gerçekleştiği yük değeri kaydedilir. Kayacın dolaylı çekme dayanım değeri Eşitlik 13 ten bulunur. 2.F σ t = (13) π.d.l Burada; 64

77 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN σ t : Taşın dolaylı çekme dayanımı, kg/cm 2 (N/mm 2 ), F : Kayacın yarılma yük değeri, kgf (N), D : Numunenin çapı, cm, L : Numunenin kalınlığı, cm Darbe Dayanımı Darbe dayanımı; standart boyutlardaki kayaçların belirli bir doğrultuda darbelere karşı gösterdiği dirençtir. Kayacın kullanım alanlarının belirlenmesinde darbe dayanımının bilinmesi önemli bir konudur. Kayacın darbe dayanımlarının belirlenmesi için, şistozite düzlemine paralel ve dik konumda olmak üzere her iki yön için 5 er adet, 40x40x40 mm boyutlarındaki küp numuneler kullanılmaktadır. Numune darbe dayanımı deney düzeneğinde örsün üzerindeki örnek yuvasına yerleştirilir ve bunun üzerine çelik plaka, düzlem kısmı deney numunesinin üstüne, bombeli kısmıda tokmağın üstüne gelecek biçimde konularak deney tokmağı Eşitlik 14 ten hesaplanan yükseklikten düşürülür. H=0,04.V (14) Burada; H: Tokmağın düşme yüksekliği (cm) V: Deney numunesinin hacmi (cm 3 ) Birinci darbeden sonraki takip eden her darbede düşme yüksekliği, bir önceki yüksekliğin, ilk düşme yüksekliği kadar arttırılmasıyla elde edilir. Deney numunesi kırılıncaya kadar bu işleme devam edilir ve darbe sayısı tesbit edilir. Düşme yüksekliğinin arttırılmasına rağmen geri sıçrama miktarı artmaz veya azalırsa; kırılma, çatlama veya pullanma olursa deney numunesi kırılmış sayılır. Bu son darbe, darbe sayısının hesaplanmasında dikkate alınmaz. Darbe dayanımı Eşitlik 15 ile belirlenebilmektedir. 65

78 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN D n =n(n+1) (15) Burada; D n : Kayacın darbe dayanımı, (kg.cm/cm 3 ). n: Kırılmaya sebep olan darbe sayısı Nokta Yük Dayanım Deneyi Nokta yük dayanım deneyi ilk olarak Protodyokonov tarafından muntazam olmayan parçaların mukavemetlerinin tayininde kullanılmıştır (Arıoğlu-Bilgin, 1978). Bu deneyin ucuz ve pratikliği yanında arazide yapılabilir ve şekilsiz numunelere de uygulanabilir olması, deneyi devamlı uygulanabilir bir deney haline getirmiştir. Nokta yük deneyi kayaçların nokta yük indeksine göre sınıflandırılması veya tek eksenli basınç dayanımını tahmin etmek için uygulanır (McFeat ve Tarkoy, 1979). Bieniawski (1975), nokta yük direncine göre kayaçları şu şekilde sınıflandırmıştır (Çizelge 4.12). Kayaçların nokta yükleme kuvvetlerinin indeksleri genellikle 50 mm çapındaki karot numuneleri için standartlaştırılarak Is 50 ile ifade olunurlar. Bu denyde karot numuneleri eksenine ve çapına test edildikleri gibi düzensiz ve prizma şeklindeki numunelere de kolayca uygulanır (ISRM, 1977). Deney sonucu esas alınarak kayacın nokta yük dayanım indeksi ve dayanım anizotropi indeksi hesaplanır. Deneyin yapımında; Standart nokta yükleme aleti (yükleme pompası, yük göstergesi, gövdesi, konik başlıkları ve ölçüm cetvelinden oluşur.), Kumpas (0.1 mm hassasiyetinde) kullanılmaktadır. Bu deney için silindirik karot örneklerinin yanısıra, blok ve düzensiz şekilli örnekler de kullanılabilir. Ayrıca, karot örneği konik yükleme başlığı altına, karot eksenine dik ve paralel konumda yerleştirilebilir. Bu nedenle nokta yükleme deneyi; 66

79 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Çapsal deney (karotun uzun eksenine dik yönde yapılan yükleme) Eksenel deney (karotun uzun eksenine paralele yönde yapılan yükleme) Blok ve düzensiz örneklerde yapılan deney olmak üzere üç farklı şekilde yapılabilmektedir. Çizelge Kayaçların Nokta Yük Direncine Göre Sınıflandırılması (Bieniawski, 1975) Kayaç sınıfı Nokta yük Direnci (I s(50) ) Çok yüksek dirençli >80 Yüksek dirençli Orta dirençli Düşük dirençli Çok düşük dirençli <10 Genel amaçlı bir sınıflama için yapılan deneylerde, numuneler ya doğal nem oranını korumalı ya da suya doygun hale getirilerek yapılmalıdır. Kayaç örneği heterojen ve anizotrop ise en az 10 deney yapılmalıdır. Çapsal deney için karot numunesinin uzunluğunun (L) çapına (D) oranı birden büyük olmak zorundadır. Çapı kumpas ile ölçülen karot numunesi uzun eksenine dik olacak şekilde konik uçlar arasına yerleştirilir. Numune üzerine devamlı bir yük etkisi verilerek, numunenin saniye içinde kırılması sağlanır ve yenilme yük değeri (P) kaydedilir. Eğer yenilme sırasında oluşan kırık karot yüzeyinde tek bir yükleme noktasından geçiyorsa deney iptal edilir. P değeri kullanılarak öncelikle düzeltilmemiş nokta yük indeksi (I s ) Eşitlik 16 dan hesaplanır. P I s = (16) D 2 e 67

80 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Burada D e eşdeğer karot çapı olup, çapsal deneyde D ye eşittir. I s değeri çapsal deneyde D nin fonksiyonu olarak değişir. Bu nedenle I s değerinin eşdeğer bir karot çapına (D=50 mm) göre düzeltilmesi gerekir. Buna göre düzeltilmiş nokta yük dayanım indeksi Eşitlik 17 den hesaplanır. I s(50) =F.I s (17) Burada boyut düzeltme faktörü (F) Eşitlik 18 den hesaplanır. F 0.45 D e = (18) 50 Ortalama I s(50) değeri, en az 10 veya daha fazla sayıdaki geçerli deney sonucu arasındaki en yüksek ve en düşük ikişer değer iptal edilerek geriye kalan değerlerin ortalamasının alınması ile bulunur Shore Scleroscope Sertlik İndeksi Shore Scleroscope, sertlik değeri tespitinde kullanılan bir alettir ve belirli bir ağırlığa sahip elmas ucun sabit bir yükseklikten test yüzeyine düşürülmesi sonucu okunan zıplama yüksekliği, shore sertliği olarak tanımlanır. Zıplama mesafesi kayacın yapısına göre değişik olur. Her zıplamadan sonra yüzey kompaktlaştığından sertlik değeri belirli bir zıplama sayısına kadar yükselir ve sabit kalır (Bilgin, 1989). Shore sertliği hem laboratuarda hem de yerinde (arazide) deneylerle saptanabilmektedir. Shore sertliği deneyi için en az 10 cm 2 lik düzgün yüzeyli ve en az 1 cm kalınlıkta numuneler gerekmektedir. Sertlik ölçen bu aletin 0 dan 120 ye kadar bölünmüş ve buna göre sertliği gösteren ölçeği (skalası) vardır. Kayaç test yüzeyine dikey olarak belirli bir yükseklikten bırakılan elmas uçlu çekicin (0.03 inç. çapında) vurma sonucunda ölçekte yükseldiği yer sertlik değeri olarak alınır. Numune üzerinde değişik noktalarda en az 20 kere ölçüm yapılmalı ve yapılan bu 20 68

81 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN ölçümün ortalaması alınmak suretiyle shore sertlik değeri tespit edilmelidir (Bölükbaşı, 1986) Laboratuarda Schmidt Darbe Çekici Deneyi Bu deney Schmidt Darbe Çekici kullanılarak, kayaç yüzey sertliklerinin ölçülmesi ve dolaylı olarak tek eksenli basınç dayanımlarının saptanması amacıyla yapılır. Deney örneğinin dolaylı yoldan tek eksenli basınç dayanımı (σ c ), örneğin birim hacim ağırlık (γ) ve Schmidt sertliği değerleri çekicin deney sırasındaki konumu esas alınarak bunun için hazırlanmış grafikten (Deere ve Miller, 1966) faydalanılarak bulunabilir. Ancak Deere ve Miller (1966) atarafından hazırlanmış bu grafiğin pek kullanışlı olmadığı belirtilmektedir (Tarhan,1989). Schmidt Darbe Çekici ile yüzey sertlik ölçümü, tam esnek olmayan iki cismin çarpışması ve çarpışma anında oluşan deformasyonun tekrar eski durumuna gelmeye çalışması ile oluşan tepki prensibine dayanmaktadır (Gündüz, L., Şentürk, A., Tosun, Y.İ., Sarıışık, A., 1996). Bu olgu kapsamında elde edilen tepkime kuvveti ile kayaç yüzey sertlik indeksi belirlenebilmektedir. Schmidt çekici, çok zayıf ve çok sert kayaçlarda sağlıklı sonuçlar vermemektedir (Xu vd., 1990). Kayacın elastik ve dayanım özelliklerine bağlı olarak, Schmidt indeksi değeri; yüzey pürüzlülüğü, yüzeyin nem içeriği, kayaç sertliği, kayaç kütlesi ve çevre basıncı, test yüzeyinin boyutu, klivajlar, yataklanma düzlemleri ve test yüzeyinin hava etkisiyle değişmesi ve süresinden etkilenmektedir. Bu deneyde kullanılan aletler şunlardır: Çekicin N ve L tipi türleri olup, kayaçlar için 0.74 Nm çarma enerjisine sahip L tipi çekiç tercih edilir. Standartlara uygun üretilmiş U veya V şeklindeki çelik karot beşiği veya kanalı Sertlik standardı belli örs (çekicin kalibrasyonu amacıyla kullanılmak üzere) Hassas terazi (0.01 gr duyarlılıkta) 69

82 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Deneye başlamadan önce, çekici üreten firmanın sağladığı örs kullanılarak Schmidt çekicinin kalibrasyonu yapılır. Bunun için örs üzerinde 10 sertlik değerinin ortalaması alınır ve bu değer kalibrasyon örsünün standart sertlik değerine bölünürek düzeltme faktörü bulunur. Mümkün olduğu durumlarda, deney için büyük karot parçaları kullanılmalıdır. Çekiç en az NX çapındaki karot örnekleri veya bir kenarı en az 6 cm olan blok örnekler üzerinde kullanılmalıdır. Karot veya bloğun yüzeyleri düzgün olmalı ve herhangi bir çatlak içermemelidir. Çekiç, düşey yönde aşağı doğru, düşey yönde yukarı doğru ve yatay yönde olmak üzere üç farklı konumda kullanılabilir. Laboratuar deneylerinde ise çekicin ucu, örnek yüzeyine dik olacak şekilde konumlandırılmaktadır. Deney örneği beşiğin içine uzunlamasına yerleştirilir. Çekicin ucu örnek yüzeyine dik konumda olacak şekilde yavaşça bastırılır ve çekicin içindeki yaydan geri tepme sesi geldiği anda, çekicin gövdesi üzerindeki gösterge sabitleme tuşuna basılarak, geri sıçrama değeri çekicin gövdesindeki göstergeden okunur. Aynı işlem, deney örneği üzerinde birbirinden uzaklığı en az çekicin uç çapına eşit olan, en az 20 farklı noktada tekrarlanarak kaydedilir. Deney sırasında numunede herhangi bir çatlak oluşması veya gözle görülebilir diğer bir yenilmenin gerçekleşmesi halinde o numune iptal edilir. Laboratuarda elde edilen geri sıçrama sertlik değerleri, en büyükten en küçük değere doğru sıralanır ve bu değerlerin en küçük %50 si iptal edilir. Geri kalan sertlik değerlerinin aritmetik ortalaması alınır. Kayacın veya süreksizlik yüzeyinin Schmidt sertliği, bu ortalama değer ile düzeltme faktörünün çarpımı ile elde edilir. Eğer çekicin kalibrasyonu ile ilgili bir kuşku yoksa ortalama değere düzeltme uygulanmaz ve bu değer doğrudan Schmidt sertliği olarak alınır. Schmidt çekici sertlik indeksi, sınıflandırma parametresi kabul edilerek yapılan en kullanışlı kayaç sınıflaması De Beer (1967) tarafından verilmiştir (Çizelge 4.13). 70

83 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Çizelge Schmidt Çekici Sertlik İndeksine Göre Kayaçların Sınıflandırılması (De Beer, 1967) Kayaç sınıfı Schmidt çekici sertlik indeksi Fevkalede sert kayaç >60 Çok sert kayaç Sert kayaç Yumuşak kayaç Çok yumuşak kayaç Çok sert (katı) toprak Kimyasal Analiz Alkali Ergitiş Yöntemi Öğütülmüş kurutulmuş örnekten gr hassasiyetli platin krozeye 0.5 gr civarında tartım alınır. Örneğin 7-8 katı kadar sodyum karbonat+potasyum karbonat (Na 2 CO 3 +K 2 CO 3 ) karışımı platin krozeye ilave edilir. Platin kroze düz bir zemin üzerinde daireler çizilerek karıştırılır. Daha sonra karbonatların platin krozeden dışarıya sıçramadan erimesi için kısık bek alevinde bir müddet ısıtılır. Bek alevinden alınan platin kroze 1000 o C fırında dakika bekletilir. Fırından alınan platin kroze soğutulupiçerisinde ml lik saf su bulunan 250 ml lik behere alınır. Beher içerisine birkaç damla saf etil alkol ve damla damla ml konsantre hidroklorik asit (HCl) ilave edilir. HCl örneğin çözünürlüğüne göre çoğaltılabilir. Çözünen örnek içerisindeki platin kroze bir baget yardımıyla saf su ile yıkanmak suretiyle alınır. Daha sonra örnek kum banyosu veya su banyosunda kuruyana kadar buharlaştırılır. Kuruyan örnek kum banyosundan alınıp soğutulur. Üzerine ml HCl beherin kenarlarından süzdürülerek ilave edilir. 100 ml civarında saf su ilave edilip kum banyosunda tekrar çözünmesi için bekletilir. Çözünen örnek içerisinde katı parçalar varsa bunlar muhtemelen silisyumdur. Kum banyosundan alınan örnek mavi bant filtre kağıdından 400 ml lik behere süzülür. 71

84 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN Filtre kağıdı sıcak saf su ile en az üç defa yıkanır. Her yıkamada filtre kağıdında bir önceki yıkamadan su kalmaması lazımdır. Yıkama işlemi bitiminden sonra filtredeki silisyum filtre kağıdıyla birlikte katlanarak silisyum analizi için saklanır. 400 ml lik beherde toplanan süzüntü içerisine 0.5 ml civarında nitrik asit (HNO 3 ) ilave edilip çözelti bir baget yardımıyla karıştırılır. Böylece demirlerin ve ph 8 de demirle birlikte alümiyum unda çökmesi sağlanır. Amonyak ilavesi demir çökelmesi sona erene kadar devam ettirilir. Demir çökelmesi bittikten sonra çözelti içerisine 1-2 ml amonyak ın fazlası ilave edilip dakika örnek dinlendirilir. Daha sonra beyaz bant filtre kağıdından 500 ml lik balon joj a süzülür. Süzüntü sıcak saf su ile en az 3 defa yıkanır. Her yıkamada bir önceki yıkamadan su kalmaması lazımdır. Yıkama işlemi bittikten sonra balon joj soğutulup hacim markasına saf su ile tamamlanıp kalsiyum magnezyum vb analizleri yapılır (A çözeltisi). Filtre üzerinde kalan demir çökeleği 1/1 HCl ile yıkanarak 250 ml lik balon joj a aktarılır. 400 ml lik demir çöktürmesi yaptığımız beherde 1/1 HCl ile yıkanarak 250 ml lik balon joj üzerine ilave edilir. Filtre kağıdında sarılık kalmayıncaya kadar sıcak saf su ile yıkanır. Balon joj soğutulup hacim markasına saf su ile tamamlanır. Demir-Alüminyum vb analizler yapılır (B çözeltisi). Demir çöktürmesi yapılmadan önce 400ml lik beherde toplanan örnek 500 ml lik balon joj a aktarılıp balon joj hacim markasına tamamlanıp %7-10 a kadar konsantrasyonu olan elementler Atomik Absorbsiyon Spektrometre sinde çalışılabilir. Alkali ergitiş yönteminde ortama Sodyum ve potasyum ilavesi yapıldığı için Na ve K analizleri yapılamaz Gravimetrik Metot ile SiO 2 Analizi SiO 2 analizi için saklanan filtre kağıdı platin krozeye konur. Filtre kağıdındaki SiO 2 kristalleri platin krozenin önce bek alevinde daha sonra 1000 o C de kül fırınında yakılmasıyla platin kroze içinde kalır. Tartım alınarak kalıntının miktarı belirlenir. 15 ml HF (hidroflorik asit) 1-2 damla perklorik asit eklenerek silisyum 72

85 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN SiF 4 şeklinde uzaklaştırılır. İlk tartımdan çıkarılarak uçan kısım %SiO 2 olarak hesaplanır Volümetrik (hacimsel) Metot (Titrasyon) ile Kalsiyum ve Magnezyum Analizi CaO (kalsiyum oksit) veya CaCO 3 (kalsiyum karbonat) analizi için öncelikle, erlen içine balık diye tabir edilen plastik kaplı mıknatıs konur. A çözeltisinden 50 ml çekilir ve erlene katılır. Üzerine biraz saf su, 20 ml KOH (potasyum hidroksit), 10 ml ph 9,5-10 tampon çözeltisi ve 1 spatül (küçük boyutlu spatül) müreksit indikatörü eklenir. Erlen manyetik karıştırıcı üzerine konur. Büretteki EDTA çözeltisi damla damla sıvının rengi pembeden menekşe mor rengine dönüşene kadar ilave edilir ve harcanan EDTA miktarı büretin skalasından okunur. %Ca (kalsiyum) şu formülle hesaplanır. Sıvının karıştırılması işlemi, manyetik karıştırıcının balığı sıvı içinde askıda döndürmesi ile sağlanır. Yüzde CaO miktarı Eşitlik 19 dan, yüzde CaCO 3 miktarı ise Eşitlik 20 den bulunur. a.b.c.d %CaO = 100 (19) e.f %CaO.1,7857=CaCO 3 (20) Burada; a : Harcanan EDTA miktarı (ml) b : EDTA nın molaritesi (0,049) c : CaO atomik eşdeğer ağırlığı d : Balon joj hacmi (ml) e : Çekilen hacim (ml) f : Deney başlangıcında platin krozede öğütülmüş numunenin ağırlığı (gr) 73

86 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN MgO (magnezyum oksit) analizi için, öncelikle erlen içine balık diye tabir edilen plastik kaplı mıknatıs konur. Sonra erlen içine A çözeltisinden 50 ml katılır. Üzerine biraz saf su ve 20 ml ph 9,5-10 tampon çözeltisi ve 1,5-2 spatül (küçük boyutlu spatül) erio krom black-t indikatörü eklenir. Erlen manyetik karıştırıcı üzerine konur. Büretteki EDTA çözeltisi damla damla sıvının rengi menekşe mor renginden maviye dönüşene kadar ilave edilir ve harcanan EDTA miktarı büretin skalasından okunur. Sıvının karıştırılması işlemi, manyetik karıştırıcının balığı sıvı içinde askıda döndürmesi ile sağlanır. Yüzde MgO miktarı Eşitlik 21 de yerine konularak bulunur. Hesaplamalarda burada harcanan EDTA miktarından, Ca analizi için yapılan EDTA miktarı çıkarılmalıdır. a.b.c.d %MgO = 100 (21) e.f Burada; a : Harcanan EDTA miktarı-ca analizi için harcanan EDTA miktarı (ml) b : EDTA nın molaritesi (0,049) c : MgO atomik eşdeğer ağırlığı d : Balon joj hacmi (ml) e : Çekilen hacim (ml) f : Deney başlangıcında platin krozede öğütülmüş numunenin ağırlığı (gr) Atomik Absorbsiyon Spektrometresi analizi ile Demir ve Alüminyum Analizi Atomik Absorbsiyon spektrometresi ile suda çözünmüş metaller ve yarı metaller belirli konsantrasyon aralıklarında nicel olarak ölçülebilmektedir. Aranılan elementin analizi için o metalden yapılmış katot lambası kullanılmaktadır. Asetilenhava karışımı kullanılarak elde edilen 2300 o C deki alev üzerine püskürtülen örnek (B çözeltisi) içerisindeki metaller burada atomlaşarak katot lambasından gelen 74

87 4. MATERYAL VE METOD Selim ÖZKAN spesifik dalga boyundaki ışığı absorbe etmektedir ve ışığın şiddetindeki düşüş dedektör tarafından algılanarak absorbans olarak kaydedilmektedir. Analizden önce hazırlanmış olan elemente ait belli konsantrasyon değerlerindeki standart çözeltiler okunarak absorbans ile konsantrasyon arasındaki lineer ilişkiyi gösteren doğru denklemi elde edilir. Örneklerde okunan absorbans değerleri bu denklemde yerlerine konarak örnekler içerisindeki metal konsantrasyonları hesaplanır Petrografik Analiz Numunelerin petrografik analizi için kayaçlar önce çıplak gözle incelenmiş rengi ve dış görünümü, çatlaklılık durumu, pürüzlülüğü, vb. incelenmiştir. Daha sonra tabakalaşma yönlerine göre (tabakalaşma düzlemine dik, paralel ve 45 o ) hiç yük uygulanmamış ve tek eksenli basınç testi sonucu kırılmış olan karot numunelerinden altı adet ince kesit alınmıştır. Daha sonra bu kesitler alttan aydınlatmalı petrografik mikroskop ile incelenmiştir. İnceleme için, kırılmış ve sağlam numunelere ait kesitlerdeki dokusal ve alterasyon değişiklikleri karşılaştırılarak; mineralojik bileşim, alterasyon durumu, dokusal özellikler (mineral tanelerinin yuvarlaklıkları veya köşeliliği, tanelerin birbiri ile temas durumu) incelenmiş ve fotoğraflar çekilmiştir. 75

88 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Adana-Salbaş civarındaki kumtaşlarının bazı mühendislik özelliklerinin tespiti için bölgede 3 farklı lokasyondan kumtaşı örnekleri alınmıştır. Bu örnekler Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümüne getirilmiştir. Örneklerin hazırlanması ve deneyler bölüm laboratuarlarında yapılmıştır. Lokasyonlardan birine ait kumtaşı örnekleri, sert ve grimsi renkte olup iri boyutta kum tanelerinden oluşmaktadır. Bu örneklerin karot alma çalışmaları esnasında dağılgan, yeterince konsolide olmamış olduğu ve karot örneklerinin su ile temasından bir süre sonra karotlarda paslanma gözlemlenmiştir. Diğer bir lokasyondan alınan örnekler ise yumuşak ve kirli sarımsı-mavimsi ve gri renklere sahiptir. Karot alma çalışmları esnasında bu örneklerin çok ince boyutta kum tanelerinden oluştuğu, dağılgan olduğu ve karot alındıktan bir süre sonra bazı karotların çatladığı, karotlarda pul pul dökülmeler oluştuğu görülmüştür. En son lokasyondan alınan örnekler ise açık sarı ve grimsi renklere sahip olup, taneler diğer iki lokasyondan alınan örneklere göre orta iriliktedir. En uygun silindirik ve kübik numuneler bu lokasyondan alınan kumtaşı örneklerinden elde edilebilmiştir. Sonuç olarak 3 farklı lokasyondan alınan kumtaşı örneklerinden ancak birinden alınmış örneklerde, verimli karot ve kübik numuneler alınabilmiş, diğer iki lokasyondan alınmış kumtaşı örneklerinden ise verimli karot ve kübik örneklerin alınması mümkün olmamıştır. Deneyler bu lokasyondan alınmış kayaç numuneleri üzerinde yürütülmüştür. Numuneler üzerinde kimyasal, fiziksel ve mekanik testler yapılmıştır. Ayrıca bazı karot numunelerine tek eksenli basınç, sonik hız, shore sclerescope, görünür porozite ve petrografik analiz testleri uygu yapılarak fiziksel, mekanik ve petrografik özellikler arasındaki ilişkiler incelenmeye çalışılmıştır. Deney sonuçları arasındaki olası ilişkiler ise regresyon analizleriyle incelenmiştir. 76

89 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN 5.1. Örneklerin Kimyasal Analizi Kumtaşı numunelerinin kimyasal bileşiminin tesbiti için, 3 örnek üzerinde kimyasal analizler yapılmıştır. Kimyasal analiz sonuçları Çizelge 5.14 de görülmektedir. Çizelge Numunelerin Kimyasal Analizi SiO 2 CaCO 3 MgO Örnek No (%) (%) (%) Al 2 O 3 (%) Fe 2 O 3 (%) TOPLAM 1 44,18 39,7 0,78 4,43 3,35 92,4 2 42,80 41,4 0,79 7,43 3,05 95,5 3 46,41 39,4 1,98 6,63 2,69 97,1 Ortalama 44,5±1,8 40,2±1,1 1,2±0,7 6,2±1,5 3±0,3 95,1±2,4 Çizelge 5.14 den görülebileceği üzere örneklerin ortalama değerleri; silisyum dioksit (SiO 2 ) %44,5±1.8, Kalsiyum karbonat %40,2±1.1, Magnezyum oksit (MgO) %1,2±0.7, II Alüminyum III oksit (Al 2 O 3 ) %6,2±1.5 ve II Demir III oksit (Fe 2 O 3 ) %3±0,3 dür de görülen değerler kayacın gerçek mineralojik bileşimini ifade etmez. Çünkü kimyasal analiz kumtaşında var olan minerallerin tespitinde faydalı değildir. Örneğin Çizelge 5.14 de bulunmuş olan SiO 2 değerleri, kuvars, çört veya feldispat minerallerinin herhangi birisinden gelebilmektedir. Bu tür belirsizlikler Çizelge 14 deki diğer kimyasal bileşikler içinde geçerlidir. Fakat Çizelge 14 deki kimyasal analiz sonuçlarından bazı çıkarımlar yapılabilir. Çizelge 5.14 deki SiO 2 değerleri kumtaşının kuvars oranının düşük olduğunun göstergesidir. Çünkü gerçek kumtaşları en az %50 kuvars (mineralojik bileşim olarak) içermektedirler. Kuvars oranının düşük olması kayacın cam kumu, döküm kumu, kırma kumu, filtrasyon kumu, vb. gibi alanlarda endüstriyel kum olarak kullanılamıyacağını gösterir. Yine kuvars oranının düşük olması ve kalsiyum karbonat miktarının yüksek olması gibi nedenlerden dolayı, inşaat kumu olarak kullanımı uygun değildir. 77

90 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN 5.2. Fiziksel Özellikler TS 699 da belirtilmiş olan normlar çerçevesinde kumtaşı numunelerinin fiziksel özelliklerinden: Hacim Kütlesi, Özgül Kütle, Atmosfer basıncı altında Kütlece Su Emme Oranı ve Hacimce Su Emme Oranı (Görünür Porozite), Porozite tesbit edilmiştir. Deney sonuçları ile TS EN 1467 ve TS EN 1469 da belirtilmiş olan fiziksel özelliklerin değerleri, aynı çizelgede verilmiştir (Çizelge 5.15). Çizelge Numunelerin Fiziksel Özellikleri Kayaç Örneği Hacim Kütlesi (gr/cm 3 ) Özgül Kütle (gr/cm 3 ) Ağırlıkça Su Emme Oranı (%) Porozite (%) Görünür Porozite (%) K-1 2,3 2,66 4,4 14,5 11,1 K-2 2,2 2,67 5,0 17,5 12,3 K-3 2,2 2,71 5,4 17,9 13,5 Ortalama 2,2±0,06 2,68±0,03 4,9±0,5 16,6±1,86 12,3±1,2 TS EN ,55 - <1,8 - - TS EN ,55 - <0,75 <2 - Örneklerin; ortalama hacim kütlesi 2,2±0.06, tanelerin ortalama özgül kütlesi 2,68±0.03, ortalama atmosfer basıncı altında ağırlıkça su emme yeteneği (kütlece su emme oranı) %4,9±0.5, ortalama porozitesi %16,6±1,86 ve ortalama görünür porozitesi %12,3±1.2 dir. 78

91 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Örneklerin fiziksel özelliklerinden hacim kütlesi, porozite ve kütlece su emme oranının TS EN 1467 ve TS EN 1469 deki standartlara uygun olmadığı görülmektedir. Bu kayacın TS a göre yapı taşı olarak kullanılamıyacağını gösterir. ASTM ye göre ise (I. Kumtaşı) hacim kütlesi ve ağırlıkça su emme değerleri standart değerlerdedir. Moos-Ouervain in porozite sınıflandırmasına göre ise, kumtaşı numuneleri çok boşlukludur (%10-20). Kumtaşı numunelerinin bu denli yüksek poroziteye sahip olmaları, kumtaşı tanelerinin, diajenez esnasında güçlü bir bağlayıcı madde ile (silisli, demirli, kalkerli çimentolar gibi) bağlanmadığının bir göstergesidir Mekanik Özellikler Örneklerin mekanik özelliklerinden, TS 699 ve ISRM (1977) de belirtilen şekilde; Tek Eksenli Basınç Dayanımı Dolaylı Çekme Dayanımı (Brazillian), Darbe Dayanımı Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi, Nokta Yük Dayanımı tesbit edilmiştir. Tek Eksenli Basınç ve Dolaylı Çekme Dayanımı, Nokta Yük Dayanımı deneyleri, tabaka eksenine paralel (0 o ), tabaka eksenine 45 o (45 o ) tabaka eksenine dik (90 o ), ve olmak üzere üç farklı yönde alınan karot numuneleri (Şekil 5.4) üzerinde yapılmıştır. Darbe dayanımı 0 o, 45 o ve 90 o olarak alınmış kübik numuneler üzerinde uygulanmıştır. Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi deneyinde ise, 0 o ve 45 o örneklerin deney esnasında kırılması sonucu, yalnızca 90 o lik numunelerin Schmidt Çekici değerleri verilmiştir. 79

92 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Tabaka Eksenine Paralel (0 o ) Tabaka Eksenine Eğik (45 o ) Tabaka Eksenine Dik (90 o ) 45 o Şekil o, 45 o ve 90 o Olmak Üzere Üç Farklı Yönde Alınan Karot Numunelerinin Şematik Gösterimi Tek Eksenli Basınç Dayanımı Kumtaşı numunelerinin tabaka eksenlerine 0 o, 45 o ve 90 o olmak üzere üç farklı yönde karot numuneleri alınmış ve tek eksenli basınç dayanımı uygulanmış olup deney sonuçları Çizelge 5.16 da görülmektedir. Numunelerin tek eksenli basınç dayanımları ortalama olarak; 0 o için 141 kg/cm 2, 45 o için 192 kg/cm 2 ve 90 o için 277 kg/cm 2 dir. Bu sonuçlara göre numunelerin tek eksenli basınç dayanımı TS EN 1467 de belirtilen değerlerin altındadır ve dolayısıyla kumtaşı numunelerinin bu standarda göre doğal taş olarak kullanılması uygun değildir. ASTM ye göre ise standart değere (27,6 MPa=281,4 kg/cm 2 ) en yakın örnekler, ortalama 277 kg/cm 2 ile 90 o lik karotların tek eksenli basınç değerleridir ve bu gruba ait bazı karotlara ait sonuçlar standart değerleri sağlamaktadır. Deere ve Miller (1966) ın sınıflandırmasına göre 0 o ve 45 o lik numuneler çok düşük dirençli sınıfına 90 o lik numuneler ise düşük dirençli sınıfına girmektedir. Deney sonuçları Şekil 5.5 teki sütun grafikte incelendiğinde, kumtaşı örneklerinin anizotropiden dolayı 90 o lik numunelerde en yüksek, 45 o lik 80

93 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN numunelerde orta, 0 o lik numunelerde ise en düşük dayanıma sahip olduğu görülmektedir. Bu kumtaşlarında, tabakalaşmanın ve tabakalar içindeki tanelerin yöneliminin basınç dayanımını önemli şekilde etkilediğini göstermektedir. Çizelge Numunelerin Tek Eksenli Basınç Dayanımları Tek Eksenli Basınç Tek Eksenli Basınç Tek Eksenli Basınç Örnek No Dayanımı Dayanımı Dayanımı (kg/cm 2 ) (kg/cm 2 ) (kg/cm 2 ) (0 o ) (45 o ) (90 o ) Ortalama 141±12 192±39 277±14 Tek Eksenli Basınç Dayanımı (kg/cm 2 ) o 45 o 90 o 141 (ort.) (ort.) (ort.) Tabaka yönleri-derece (0 o ) Şekil 5.5. Numunelerin Tabaka Açılarına Göre Tek Eksenli Basınç Dayanımı 81

94 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Dolaylı Çekme Dayanımı Tabaka eksenine 0 o, 45 o ve 90 o olmak üzere üç farklı yönde alınmış karot numunelerinin Dolaylı Çekme Dayanımı Çizelge 5.17 de görülmektedir. Buna göre numunelerin ortalama dolaylı çekme dayanımı; 0 o lik numuneler için 6,2 kg/cm 2, 45 o lik numuneler için 8,1 kg/cm 2 ve 90 o lik numuneler için ise 13,7 kg/cm 2 dir. Numunelerin ortalama dolaylı çekme dayanımları, basınç dayanımlarına göre yaklaşık kat daha düşüktür. Çizelge Numunelerin Dolaylı Çekme Dayanımı Dolaylı Çekme Dolaylı Çekme Dolaylı Çekme Örnek No Dayanımı Dayanımı Dayanımı (kg/cm 2 ) (kg/cm 2 ) (kg/cm 2 ) (0 o ) (45 o ) (90 o ) 1 5,3 7,7 11,6 2 5,9 7,8 12,4 3 6,4 7,9 13,5 4 6,5 8,4 15,2 5 6,9 8,7 15,9 Ortalama 6,2±0,62 8,1±0,43 13,7±1,82 Şekil 5.6 daki sütun grafikte görüleceği üzere, 90 o lik karot numunelerinde dolaylı çekme dayanımı en yüksek, 45 o lik numunelerde orta, 0 o lik numunelerde ise en düşüktür. Bu durum kumtaşının anizotropik özelliklerinden kaynaklanmaktadır Darbe Dayanımı Tabaka eksenlerine 0 o, 45 o ve 90 o olarak alınmış kübik numunelerin darbe dayanımları Çizelge 5.18 de görülmektedir. Çizelge 5.18 den anlaşılacağı üzere, örnekler neredeyse tamamen ilk darbede kırılmıştır. TS EN 1469 a göre, darbe dayanım deneyi uygulandığında kırılma darbe sayısı en az 5 olmalıdır. Buna göre numuneler standart değerlere uygun değildir. 82

95 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Dolaylı Çekme Dayanımı (kg/cm 2 ) o 45o 90o 5,3 5,9 6,2 (ort.) 6,4 6,5 6,9 7,7 7,8 8,1 (ort.) 7,9 8,4 8,7 11,6 12,4 13,7 (ort.) 13,5 15,2 15, Tabaka Yönleri-Derece (0 o ) Şekil 5.6. Tabaka Açılarına Göre Dolaylı Çekme Dayanımı Sütun Grafiği Çizelge Numunelerin Darbe Dayanımı Darbe Dayanımı Darbe Dayanımı Darbe Dayanımı Örnek No (kg.cm/cm 3 ) (kg.cm/cm 3 ) (kg.cm/cm 3 ) (0 o ) (45 o ) (90 o ) Ortalama 2±0 2,8±1,8 3,6±2,2 Kumtaşlarında kayacın sağlamlılığı ve duraylılığının büyük oranda çimentonun türü ve miktarına bağlı olduğu gözönüne alındığında darbe dayanımının bu kadar düşük olmasının sebebi bölge kumtaşının sağlam bir çimento malzemesi ile çimentolanmamasından kaynaklanmaktadır. Tabaka açılarına göre darbe dayanımındaki farklılıklar ise kumtaşının anizotropisi ve tanelerin yönelimlerinden kaynaklanmaktadır. 83

96 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi 0 o lik ve 45 o lik karot numuneleri Schmidt çekici deneyi esnasında kırılmıştır. Bu yüzden yalnızca 90 o lik numuneler üzerindeki Schmidt çekici deneyi değerleri gözönüne alınmıştır. Buna göre 90 o lik numunelerin ortalama Schmidt yüzey sertlik indeksi değerleri Çizelge 5.19 da görülmektedir. Schmidt yüzey sertlik indeksi, numune yüzeyinde farklı noktalarda 20 vuruşun ortalamasının alınması ve bunun düzeltme katsayısı ile çarpımı sonucu elde edilmiştir. Çizelge Numunelerin (90 o ) Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi Örnek No Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi (90 o ) Ortalama 24±2 Yukarıdaki çizelgeden de görülebileceği üzere tabaka eksenine dik olarak alınmış numunelerin ortalama Schmidt yüzey sertlik indeksi değeri 24 dür. Beer (1967) ın Schmidt yüzey sertlik indeksini temel alarak hazırladığı kayaç sınıflandırmasına göre, numunelerin Schmidt yüzey sertlik indeksi değerleri 90 o lik kumtaşı numunlerinin çok yumuşak kayaç sınıfında olduğunu göstermektedir. Bu örneklerin basınç dayanımlarının düşük olacağının bir göstergesi olarak kabul edilebilir Nokta Yük Dayanımı Tabaka eksenine 0 o, 45 o ve 90 o olarak alınmış karot numunelerinin nokta yük dayanımları Çizelge 5.20 de görülmektedir. 84

97 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Çizelge Numunelerin Nokta Yük Dayanımları Örnek Açısı 0 o 45 o 90 o I s I s(50) I s I s(50) I s I s(50) Örnek (kg/cm 2 ) (kg/cm 2 ) (kg/cm 2 ) (kg/cm 2 ) (kg/cm 2 ) (kg/cm 2 ) No 1 17, ,9 26,7 28,9 26,7 2 23,1 21,4 33, ,1 27,8 3 28,9 26,7 41,6 38,5 40,5 37,4 4 28,9 26,7 46,2 42, ,1 5 34,7 32,1 46,8 43,3 63,6 58,8 Ortalama 26,6±6,6 24,6±6,1 39,4±7,9 36,5±7,4 43±14,8 39,8±13,7 Çizelgedeki değerler incelendiğinde ve Bieniawski (1975) nin Nokta Yük Direncine Göre Kayaçların Sınıflandırılması çizelgesi ile karşılaştırıldığında kumtaşı örneklerinin orta dirençli olduğu görülmektedir. Numunelerin gerçek çaplarına göre ve standartlaştırılmış 50 mm çapa göre nokta yük dayanım sütun grafikleri (Şekil 5.7 ve 5.8) incelendiğinde, ortalama değerler arasında 90 o lik numunelerin en yüksek, 45 o olanların orta ve 0 o olan numunelerin ise en düşük olduğu görülür. Bu, kumtaşının anizotropisinin nokta yük dayanımı üzerindeki etkisinin bir sonucudur Tek Eksenli Basınç Dayanımı ve Diğer Mekanik Özellikler Arasındaki İlişkiler Numunelerin testler sonucu elde edilen mekanik özelliklerinin ortalama değerleri Çizelge 5.21 de görülmektedir. Ayrıca tek eksenli basınç dayanımı ile diğer mekanik özellikler (darbe dayanımı, dolaylı çekme dayanımı, nokta yük dayanımı) arasında bir ilişki olabileceği düşüncesi ile regresyon analizleri yapılmıştır. Yapılan regresyon analizleri ile oluşturulmuş grafikler Şekil 5.9, 5.10, 5.11 de görülmektedir. 85

98 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN 70 0o 63,6 Nokta Yük Dayanımı Is (kg/cm 2 ) o 90o 17,3 23,1 26,6 (ort.) 28,9 28,9 34,7 28,9 33,5 39,4 (ort.) 41,6 46,2 46,8 28,9 30,1 43 (ort.) 40, Tabaka Yönleri-Derece (0 o ) Şekil 5.7. Düzeltilmemiş Nokta Yük Dayanımı (I s ) Sütun Grafiği 70 0o Nokta Yük Dayanımı Is50 (kg/cm 2 ) o 90o 21,4 24,6 (ort.) 26,7 26,7 32,1 26, ,5 (ort.) 38,5 42,8 43,3 26,7 27,8 39,8 (ort.) 37,4 48,1 58, Tabaka Yönleri-Derece (0 o ) Şekil 5.8. Düzeltilmiş Nokta Yük Dayanımı (I s50 ) Sütun Grafiği 86

99 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Çizelge Mekanik Özelliklerin Tesbiti İçin Yapılan Deneyler Sonucu Tabaka Açılarına Göre Elde Edilen Ortalama Değerler Deney türü Tabaka açılarına göre ortalama değerler 0 o 45 o 90 o Tek eksenli basınç dayanımı Dolaylı çekme dayanımı 6,2 8,1 13,7 Darbe dayanımı 2 2,8 3,6 Nokta yük dayanımı (I s ) 26,6 39,4 43 Nokta yük dayanımı (I s50 ) 24,6 36,5 39, Tek Eksenli Basınç Dayanımı (kg/cm 2 ) y = 7,5083x + 173,79 R 2 90 = 0,9854 y = 18,289x + 28,005 R 2 0 = 0,8401 y = 88,919x - 528,04 R 2 45 = 0, derece 45 derece 90 derece Dolaylı Çekme Dayanımı (kg/cm 2 ) Şekil 5.9. Tek Eksenli Basınç Dayanımı-Dolaylı Çekme Dayanımı Değerleri Arasındaki İlişki 87

100 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN 300 Tek eksenli Basınç Dayanımı (kg/cm2) Darbe Dayanımı 45 derece 90 derece 0 derece y = 5.5x R 2 90= y = 4.75x R 2 45 = Şekil Tek Eksenli Basınç Dayanımı-Darbe Dayanımı Değerleri Arasındaki İlişki Tek Eksenli Basınç Dayanımı (kg/cm 2 ) Düzeltilmiş Nokta Yük Dayanımı (I s50 ) 0 derece 45 derece 90 derece y = 1,7883x + 97,443 R 0 2 = 0,7888 y = 4,4865x + 28,621 R 2 45 = 0,7236 y = 0,9698x + 238,24 R 2 90 = 0,9336 Şekil Tek Eksenli Basınç Dayanımı-Düzeltilmiş Nokta Yük Dayanımı (I S50 ) Değerleri Arasındaki İlişki 88

101 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Şekil 5.9, 5.10 ve 5.11 de yapılan regresyon analizleri sonucu elde edilen denklem ve korelasyon katsayıları Çizelge 5.22 de verilmiştir. Bu çizelgeden kumtaşlarının tek eksenli basınç dayanımı ve diğer mekanik özellikleri arasında kuvvetli ilişkilerin olduğu görülmektedir. Çizelge Regresyon Analizleri Sonucu Elde Edilen Denklem ve Korelasyon Katsayıları Karşılaştırılan deney verileri Tek eksenli basınç dayanımı- Dolaylı çekme dayanımı Tek eksenli basınç dayanımı- Darbe dayanımı Tek eksenli basınç dayanımı- Düzeltilmiş nokta yük dayanımı (I s50 ) Denklem ve R 2 değeri Tabakalanma açısı y=18,289x+28,005 R 2 0=0,84 0 o y=88,919x-528,04 R 2 45=0,97 45 o y=7,5083x+173,79 R 2 90=0,98 90 o - 0 o y=4,75x+263,5 R 2 45=0,38 45 o y=5,5x+257 R 2 90=0,77 90 o y=1,7883x+97,443 R 2 0=0,79 0 o y=4,4865x+28,621 R 2 45=0,72 45 o y=0,9698x+238,24 R 2 90=0,93 90 o Salbaş Kumtaşının Mekanik, Fiziksel ve Petrografik Özellikleri Arasındaki İlişkiler Örneklerin bazı mühendislik özelliklerinin birbirleriyle olan ilişkisini gösterebilmek amacıyla; üç değişik yönde [tabakalaşma eksenine dik (KA), 45 o (KB) ve paralel (KC),] alınan karotların (Şekil 5.12, 5.13 ve 5.14) öncelikle doğal birim hacim ağırlıkları tesbit edilmiştir. Daha sonra tek eksenli basınç aletinde, 0 KN dan başlanarak ve her karot örneğinde 5 er KN luk yük artışı ile en son karot kırılana kadar yük uygulanmıştır. Bu karotların P dalga hızları ve Shore Scleroscope değerleri ve görünür gözeneklilikleri tesbit edilmiştir (Çizelge 5.23). Tabakalaşma 89

102 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN eksenine paralel, dik ve 45 o alınmış olan karotların hiç yük uygulanmamış (0 KN) ve kırılmış olanlarından ince kesitler alınarak bunların petrografik analizi yapılmıştır. Ayrıca kırılan karotların Elastisite modülleri tesbit edilmiştir. Şekil Tabakalaşma Eksenine Dik Olarak Alınan Karotlar (90 o ) Şekil Tabakalaşma Eksenine 45 o Olarak Alınan Karotlar Şekil Tabakalaşma Eksenine Paralel Olarak Alınan Karotlar 90

103 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Çizelge Karot Numunelerinin Fiziksel ve Mekanik Özellikleri Doğal Uygulanan Shore P Dalgası Birim Kayaç Kuvvet Scleroscope Hızı Hacim Örneği (σ c ) Sertlik (V ağırlığı p ) (KN) İndeksi (gr/cm 3 (km/s) ) K90 o Görünür Porozite (%) ,1 2,31 3,82 8, ,3 2,37 3,85 7, ,35 2,32 3,90 7, ,3 2,33 3,94 7, ,4 2,34 3,98 7, ,9 2,37 3,99 7, ,5 2,38 4, ,85 2,40 4,15 5,7 9 37,7 (max) 29,6 2, K45 o ,2 2,16 3,3 12, ,65 2,20 3,4 10, ,65 2,23 3,4 8, ,6 2,28 3,7 8, ,65 2,31 3, ,2 (max) 25,85 2, K0 o ,05 2,34 4,5 9, ,39 4,4 8, ,25 2,39 4,7 8, ,15 2,38 4,9 7,6 5 18,9 (max) 22,6 2,

104 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Uygulanan Tek Eksenli Basınç Kuvvetine karşı Shore Scleroscope (Şekil 5.16), Doğal birim hacim ağırlığı (Şekil 5.17), P dalga hızı (Şekil 5.18) ve Görünür porozite (Şekil 5.19) değerlerinden elde edilen grafiklerde regresyon analizleri yapılmıştır. Grafikler incelendiği zaman uygulanan kuvvet arttıkça, Shore scleroscope, Doğal birim hacim ağırlığı ve P dalga hızları artmakta, Görünür porozite değerlerinin ise azaldığı ve mekanik özelliklerden bazıları arasında kuvvetli ilişkiler olduğu görülmektedir Yük (kg/cm 2 ) y = 2,858x - 44,551 R 2 0 = 0,9649 y = 1,8473x - 25,995 R 2 45 = 0, Shore Scleroscope Sertlik İndeksi y = 2,2912x - 29,211 R 2 90 = 0,9469 Şekil Tabaka Açılarına Göre Shore Scleroscope Sertlik İndeksi-Tek Eksenli Yük Grafiği 92

105 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN y = 137,65x - 297,58 R 2 45 = 0,9919 y = 310,48x - 712,65 R 2 90 = 0, derece 45 derece 90 derece Yük (kg/cm 2 ) y = 231,04x - 540,57 R 2 0 = 0, ,1 2,15 2,2 2,25 2,3 2,35 2,4 2,45-10 Birim Hacim (gr/cm 3 ) Şekil Tabaka Açılarına Göre Birim Hacim Ağırlığı-Tek Eksenli Yük Grafiği 45 0 derece 45 derece 90 derece Yük (kg/cm 2 ) y = 112,89x - 429,27 R 2 90 = 0,9461 y = 29,762x - 95,357 R 2 45 = 0,8929 y = 25,424x - 110,08 R 2 0 = 0, ,5 4 4,5 5 P dalga hızı (km/s) Şekil Tabaka Açılarına Göre P Dalga Hızı-Tek Eksenli Yük Grafiği 93

106 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Yük (kg/cm2) derece 45 derece 90 derece y = -6,9909x + 68,495 R 2 0 = 0,9647 y = -4,4722x + 52,754 R 2 45 = 0,9034 y = -13,266x + 115,83 R 2 90 = 0, Görünür porozite (%) Şekil Görünür Porozite-Tek Eksenli Yük Grafiği Her bir yön için tek eksenli basınç deneyi sonucu kırılan üç numunenin (Çizelge 5.23) deformasyon-tek eksenli basınç gerilmesi grafiği için kullanılan değerler 5.24 de, deformasyon-tek eksenli basınç gerilmesi grafiği ise Şekil 5.20 de görülmektedir. Çizelge Numunelerin Deformasyon-Tek Eksenli Basınç Gerilmesi Değerleri Gerilme (KN/m 2 ) Birim Deformasyon L/l o (10-5 ) Gerilme (KN/m 2 ) Birim Deformasyon L/l o (10-5 ) Gerilme (KN/m 2 ) Birim Deformasyon L/l o (10-5 ) 0 o 45 o 90 o

107 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Şekil 5.15, 5.16, 5.17 ve 5.18 de görülen y ve R 2 değerleri Çizelge 5.25 de görülmektedir. Çizelge Karşılaştırılmış deney verileri arasındaki y ve R 2 değerleri Tabakalanma Karşılaştırılan deney verileri Denklem ve R 2 değeri açısı y=2,858x-44,551 R 2 0=0,96 Yük-Shore Scleroscope Sertlik y=1,8473x-25,995 İndeksi R 2 45=0,96 y=2,2912x-29,211 R 2 90=0,95 y=231,04x-540,57 R 2 0=0,62 y=137,65x-297,58 Yük-Birim Hacim Ağırlığı R 2 45=0,99 y=310,48x-712,65 R 2 90=0,69 y=25,424x-110,08 R 2 0=0,76 y=29,762x-95,357 Yük-P Dalga Hızı R 2 45=0,89 y=112,89x-429,27 R 2 90=0,95 y=-6,9909x+68,495 R 2 0=0,96 y=-4,4722x+52,754 Yük-Görünür Porozite R 2 45=0,90 y=-13,266x+115,83 R 2 90=0,74 0 o 45 o 90 o 0 o 45 o 90 o 0 o 45 o 90 o 0 o 45 o 90 o 95

108 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN Tek Eksenli Gerilme (KN/m 2 ) o 45 o 90 o Birim Deformasyon (x10-5 ) Şekil Numunelerin Birim Deformasyon-Tek Eksenli Gerilme Grafiği Yukarıdaki şekilde, 0 o eğrisinde 4. ve 6. noktalar arası eğim bulunarak 0 o lik numune için, teğetsel elastisite modülü Eşitlik 22 de hesaplanmıştır. σ E = ε t = = = E t 8,4 KN/m (22) 45 o eğrisinde 5. ve 8. noktalar arası eğim bulunarak TE45 o numune için, teğetsel elastisite modülü Eşitlik 23 de hesaplanmıştır. σ E = ε t = = = E t 10,4 KN/m (23) 90 o eğrisinde 6. ve 10. noktalar arası eğim bulunarak TED numune için teğetsel elastisite modülü Eşitlik 24 de hesaplanmıştır. σ E = ε t = = = E t 13,8 KN/m (24) 96

109 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN 5.4. Petrografik Analiz Petrografik analiz için, öncelikle Adana-Salbaş yöresinden alınan kumtaşı örneklerinden TED (tabakalaşma eksenine dik), TEP (tabaklaşma eksenine paralel) ve T.E.45 o (tabakalaşma eksenine 45 derece) olmak üzere üç farklı yönde alınan karot numunelerinden ikişer adet yani toplam 6 adet karot numunesi seçilmiştir. Üç farklı yönde alınan bu karot numunelerinden birer tanesi tek eksenli basınç deneyi uygulanarak kırılmış diğer karot numunelerine ise karşılaştırma amacıyla hiç yük uygulanmamıştır. Sonuç olarak her bir yön için hiç yük uygulanmamış ve kırılmış karot numuneleri elde edilmiş ve ince kesit alımı için bu karot numunelerinden kayaç parçaları alınmıştır. Daha önceki deneysel çalışmalardan kayacın zayıf olduğu anlaşıldığı için, alınan kayaç parçaları reçine ile muamele edilmiş, böylece kayaç dokularının sağlam kalacağı düşünülmüştür. Ancak ince kesit yapım aşamasında, kayaç parçaları reçine ile muamele edilmesine rağmen, bazı kesitlerin dokuları dağılmaya başladığı için bazı ince kesitler gerekli olan 0,03 mm kalınlığa inceltilememiştir. İnce kesitler alttan aydınlatmalı polarizan mikroskopta incelenmiştir. Şekil 5.20 de Hiç yük uygulanmamış ve tek eksenli yük sonucu kırılmış karot numunelerinden alınan ince kesitler görülmektedir. İnce kesitlerden kayacın kırıntılı bir dokuya sahip olduğu ve kayaç kırıntılarını oluşturan minerallerin öz şekilli ve yarı öz şekilli olduğu görülmektedir. İnce kesitte tespit edilen ana mineraller kuvars, feldispat ve ferromagnezyen minerallerdir. Kuvars, kesitin en fazla miktarda bulunan ana minerali olup, tane büyüklükleri birbirinden farklıdır ve çoğu hipidiyomorf görünümdedir. Taneler arasındaki boşlukları, kalsit, alümina silikatlardan oluşmuş bir hamur maddesi doldurmaktadır. Hamur maddesi içerisinde mikrokristalen kuvars tanecikleri yer yer gözlenmektedir. Kalsit daha çok hamur maddesi içerisinde mevcut olup tane büyüklükleri içinde değişkendir. Feldispat, kesitin diğer bir ana minerali olup, polisentetik ve karlsbat ikizlenmeleri ile belirgindir. Ferromagnezyen mineraller, kesitin üçüncü ana mineralidir ve alterasyonları ile kesitin içerisinde demir açığa 97

110 5. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Selim ÖZKAN çıkmıştır. Ayrıca ince kesitte, aksesuar miktarlarda opak mineral mevcut olup, bunlar demir mineralleridir. Bunların pirit veya kromit olduğu sanılmaktadır. Tabaka Açısı Örnek şekli 0 o 45 o 90 o Sağlam karot numunesinden alınmış ince kesit Tek eksenli basınç deneyi sonucu kırılmış karot numunesinden alınmış ince kesit 0,2 mm Şekil Hiç yük uygulanmamış ve tek eksenli yük sonucu kırılmış karot numunelerinden alınan ince kesitler Yük uygulanmamış ince kesitlerden tanelerin birbirine teğetsel olarak temas ettiği veya bir hamur maddesi içinde dağıldığı görülmektedir. Yük uygulanmış ince kesitlerden, uygulanan basınç sonrası kayacın dokularının dağıldığı ve tanelerin deforme olduğu görülmektedir. Taneler öz şekillerini kaybederek katalastik doku görünümü kazanmışlardır. Ayrıca minerallerin kristal yapılarının çatlaklar-kırılmalar ile bozulduğu, tanelerde yer değiştirmeler oluştuğu ve tanelerin birbirlerine girift olduğu gözlenmektedir. Ancak ince kesitler yeterince inceltilemediği için kesitlerden yeterli derecede faydalanılamamıştır. 98

111 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Selim ÖZKAN 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu çalışmada Adana ili Karaisalı ilçesi Salbaş köyü civarı kumtaşlarının mühendislik özellikleri arazi ve laboratuar çalışmalarıyla araştırılmış ve araştırma sonuçlarına göre bölge kumtaşının ekonomik öneminin olup olmadığı değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar aşağıda sıralanmıştır. 1. Kumtaşı örnekleri 3 farklı lokasyondan alınmıştır. Lokasyonların ikisinden alınan kumtaşı örneklerinden verimli karot ve kübik numuneler alınamadığı için sadece tek bir lokasyondan alınan kumtaşı örnekleri üzerinde deneyler yapılmıştır. 2. Kumtaşı numunelerinin fiziksel, kimyasal, mekanik ve petrografik özellikleri tespit edilmiştir. 3. Seçilen üç numunenin kimyasal analizi sonucu, numunelerin ortalama olarak; %44,5±1,8 SiO 2, %40,2±1,1 CaCO 3, %6,2±1,5 Al 2 O 3, %3,03±0,3 Fe 2 O 3, %1,2±0,7 MgO içerdiği bulunmuştur. Kayacın SiO 2 miktarı, kumtaşı numuneleri içerisindeki kuvars grubu mineraller, feldispatlar ve kayaç parçalarından kaynaklanmış olabilir. Dolayısıyla buradaki % SiO 2 miktarı kayacın gerçek yüzde kuvars içeriği değildir ve gerçek kuvars içeriği büyük olasılıkla ortalama %44,5 den daha düşüktür. Ayrıca gerçek kumtaşlarının %50 ve üzeri kuvars içerdikleri düşünüldüğünde, kumtaşı örneklerinin kuvars içeriğinin düşük olduğu söylenebilir. Bu sonuçlardan kumtaşı örneklerinin endüstride kum olarak kullanılması mümkün değildir. Çünkü endüstride kullanılan kumlar genellikle yüksek miktarda kuvars içeren zayıf çimentolu kumtaşları veya kumlardır. Ayrıca kumtaşı örneklerinin CaCO 3, Fe 2 O 3 miktarları çok yüksek düzeydedir. 4. Yapılan fiziksel deneyler sonucu numunelerin ortalama; hacim kütlesi (kuru birim hacim ağırlık) 2,2±0,06 gr/cm 3, özgül kütlesi 2,68±0,03 gr /cm 3, ağırlıkça su emme oranı %4,9±0,5, gerçek porozitesi %16,6±1,86 ve görünür porozitesi (hacimce su emme) ise %12,3±1,2 olarak tespit edilmiştir. Hacim kütlesi ve ağırlıkça su emme oranı değerleri, TS EN 1467 ve TS EN 1469 da belirtilen değerlerle uyuşmamaktadır. Gerçek porozite değerleri ise TS EN 1469 da belirtilen değerin çok üstündedir. Sadece porozite değeri, numunelerin doğal taş 99

112 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Selim ÖZKAN olarak TSE ye göre kullanılamayacaklarını işaret etmektedir. ASTM ye göre ise hacim kütlesi ve ağırlıkça su emme değerleri standart değerlere uygundur. Numuneler, Moos-Ouervain porozite sınıflandırmasına göre çok boşluklu kayaç sınıfına girmektedir. Kumtaşı numunelerinin porozite değerlerinin bu kadar yüksek olması, kumtaşının yeterince çimentolanmamasından veya gözeneklerde var olan malzemenin çözünmesinden kaynaklanmaktadır. 5. Numunelerin TED, T.E.45 o ve T.E.P ortalama tek eksenli basınç dayanım değerleri 277±14 kg/cm 2, 192±39 kg/cm 2 ve 141±12 kg/cm 2 dir. Bu değerler TS EN 1467 ye uygun değildir. ASTM (I.Kumtaşı için) değerlerine en yakın değerler, TED numunelerinden elde edilmiştir. Hatta bazı tek eksenli basma deneyleri standarda uygundur. 6. Numunelerin TED, T.E.45 o ve T.E.P ortalama dolaylı çekme dayanım değerleri sırasıyla 13,72±1,82 kg/cm 2, 8,1±0,43 kg/cm 2 ve 6,2±0,62 kg/cm 2 dir. Numunelerin ortalama dolaylı çekme dayanımları, basınç dayanımlarına göre yaklaşık kat daha düşüktür. Kumtaşının anizotropik özelliklerinden dolayı TED den TEP ye doğru dolaylı çekme dayanım değerleri azalmıştır. Çünkü TED örneklerde tabakalar veya taneler birbirlerini desteklerken, TEP örneklerde tabaka düzlemlerine paralel uygulanan kuvvet tabakaları birbirinden ayırmaktadır. 7. Numunelerin TED, TE45 o ve TEP ortalama darbe dayanımları sırası ile 3,6±2,2, 2,8±1,8 ve 2±0 kg.cm/cm 3 dür ve bu değerler TS EN 1469 a uygun değildir. Numunelerin anizotropik özelliklerinden dolayı darbe dayanımı değerleri TED örneklerde en yüksek, TE45 o örneklerde orta, TEP örneklerde ise en düşüktür. 8. Numunelerin TED Schmidt Yüzey Sertlik İndeksi ortalama 24±2 dir. Beer (1967) ın hazırladığı sınıflandırmaya göre kumtaşı numuneleri çok yumuşak kayaç sınıfındadır. Bu düşük değer kayacın basınç dayanımının düşük olacağının bir göstergesidir. TE45 o ve TEP kumtaşı örnekleri Schmidt deneyi esnasında kırıldıkları için bunlara ait deneyler iptal edilmiştir. 9. Numunelerin TED, T.E.45 o ve T.E.P düzeltilmiş ortalama nokta yük dayanımları I S50 değerleri ise sırasıyla 39,8±13,7 kg/cm 2, 36,5±7,4 kg/cm 2 ve24,6±6,1 100

113 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Selim ÖZKAN kg/cm 2 dir. Bu değerler Bieniawski (1975) sınıflandırması ile karşılaştırıldığında kumtaşı numuneleri orta dirençli sınıfındadır. Anizotropiden dolayı TED örneklerden TE45 o ve TEP örneklere doğru nokta dayanım değerleri düşmektedir. 10. Yapılan kimyasal ve fiziksel ve mekanik analizler neticesinde, Salbaş bölgesi kumtaşının endüstriyel kum veya doğal taş olarak TS değerlerine uygun olmadığı ve kuvars oranının düşük olması iyi çimentolanmamış olması nedeni ile zayıf bir yapıda olduğu tesbit edilmiştir. Ancak 90 o numunelerde; ağırlıkça su emme, birim hacim ağırlık ve tek eksenli basınç dayanımı değerleri ASTM (I. Kumtaşı) standartlarına uygundur. 11. Örneklerin ortalama tek eksenli basınç dayanımı-dolaylı çekme dayanımı arasındaki R 2 değerleri 90 o, 45 o ve 0 o için sırası ile 0.98, 0.97 ve 0.84 dür. Tek eksenli basınç dayanımı-darbe dayanımı arasındaki R 2 değerleri 90 o ve 45 o için sırası ile 0,77 ve 0,38 dir. Tek eksenli basınç dayanımı-düzeltilmiş nokta yük dayanım indeksi (I s50 ) arasındaki değerleri arasındaki R 2 değerleri 90 o, 45 o ve 0 o için sırası ile 0.93, 0,72 ve 0,84 dür. 12. Örneklerin fiziksel, mekanik ve petrografik özellikleri tabakalaşma düzlemine dik, 45 o ve paralel alınan karotların öncelikle doğal birim hacim ağırlıkları tesbit edilmiştir. Daha sonra tek eksenli basınç aletinde, 0 KN dan başlanarak ve her karot örneğinde 5 er KN luk yük artışı ile en son karot kırılana kadar yük uygulanmıştır. Bu karotların P dalga hızları ve Shore Scleroscope değerleri ve görünür gözeneklilikleri tesbit edilmiştir. Tabakalaşma eksenine paralel, dik ve 45 o alınmış olan karotların hiç yük uygulanmamış (0 KN) ve kırılmış olanlarından ince kesitler alınarak bunların petrografik analizi yapılmıştır. Ayrıca kırılan karotların elastisite modülleri tesbit edilmiştir. Sonuç olarak uygulanan kuvvet arttıkça, Shore scleroscope, doğal birim hacim ağırlığı ve P dalga hızları arttığı, görünür porozite değerlerinin ise azaldığı görülmüştür. Tek eksenli Yük- Shore Scleroscope değerleri arasındaki R 2 değerleri 90 o, 45 o ve 0 o için sırası ile 0.95, 0.96 ve 0.96 dır. Tek eksenli Yük-Birim Hacim Ağırlığı değerleri arasındaki R 2 değerleri 90 o, 45 o ve 0 o için sırası ile 0.69, 0.99 ve 0.62 dir. Tek eksenli Yük-P Dalga Hızı değerleri arasındaki R 2 değerleri 90 o, 45 o ve 0 o için 101

114 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Selim ÖZKAN sırası ile 0.95, 0.89 ve 0.76 dır. Yüksek bir ilişki (R 2 1 =0,99 ve R 2 2 =0,99) olduğu tesbit edilmiştir. Ayrıca petrografik analiz sonucu tanelerde en fazla deformasyon TED örneklerde görülmüştür. Bu yüksek dayanıma karşı (TE45 o ve TEP örneklere göre) yüksek deformasyonun oluştuğunu göstermektedir. TEP örneklerde en az deformasyon, TE45 o örneklerdeki deformasyon ise diğer ikisinin ortasında olduğu görülmektedir. 13. Üç yönde kırılmış ve sağlam numunelerden elde edilen ince kesitler petrografik mikroskopta incelenmiştir. İnce kesitden kayacın kırıntılı bir dokuya sahip olduğu ve kayaç kırıntılarını oluşturan minerallerin öz şekilli ve yarı öz şekilli olduğu görülmektedir. İnce kesitte tespit edilen ana mineraller kuvars, feldispat ve ferromagnezyen minerallerdir. İnce kesitlerin ana minerallerinden kuvars poliform yapıdadır (tanelerin şekil ve boyutları birbirlerinden farklıdır) ve ana mineraller arasında ince kesitin önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. Taneler arasındaki boşlukları kalsit, alüminasilikatlardan oluşmuş bir hamur maddesi doldurmaktadır. Hamur maddesi içerisinde mikrokristalen kuvars tanecikleri yer yer gözlenmektedir. Feldispat, kesitin diğer bir ana minerali olup, polisentetik ve karlsbat ikizlenmeleri ile belirgindir. Hamur malzemesini dolduran malzeme feldispatların alterasyonu ile oluşmuştur. Ferromagnezyen mineraller, kesitin üçüncü ana mineralidir ve alterasyonları ile kesitin içerisinde demir açığa çıkmıştır. Ayrıca aksesuar miktarlarda opak mineraller mevcut olup bunlar demir mineralleridir. 102

115 KAYNAKLAR ABDÜSSELAMOĞLU, Ş., Sedimenter petrografi ders notları. İstanbul, 124s. BLYTH, F.G.H., FREİTAS, M.H., A Geology for Engineers/second edition. Printed by Butle&Tanner Ltd., London, 557s. BOGGS, S., Petrology of Sedimentary Rocks. The Blackburn Press. New Jersey, USA, 707s. BÜYÜKUTKU, A., Adana Havzası KB sında Miyosen Birimlerinin Ortamsal Analizi ve Petrol Jeolojisi Açısından İncelenmesi. Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi Kesin Raporu, Ankara. DPT., Madencilik Özel İhtisas Komisyonu Raporu Endüstriyel Hammaddeler Alt Komisyonu Genel Endüstri Mineralleri III (Nadir Toprak Elementleri- Kıymetli ve Yarı Kıymetli Taşlar) Çalışma Grubu Raporu, Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı, Ankara. ERGUVANLI, K., Mühendislik Jeolojisi. İstanbul Teknik Üniversite Matbaası, İstanbul, 552s. FRANKLİN, B. J., Stone-The Role of Petrography in the Selection of Sandstone Repair. Seminar-Material Evidence Conserving Historic Building Fabric. NSW Heritage Office, GÜNDÜZ, L., ŞENTÜRK, A., TOSUN, Y.İ., SARIIŞIK, A., Mermer Teknolojisi, Tuğra Ofset, Süleymen Demirel Üniversitesi-Mühendislik Fakültesi, Isparta. ISRM, KURT, H., Maden Mühendisleri için Mineraloji ve Petrografi. Uğur Matbaacılık/ISBN: , Konya, 240s. KUŞÇU, M., Endüstriyel Kayaçlar ve Mineraller. Süleyman Demirel Üniversitesi Yayın No:10, SDÜ Basımevi, Isparta, 381s. 103

116 ONARGAN, T., KÖSE, H., DELİORMANLI, A.D., Mermer/3. Baskı. TMMOB Maden Mühendisleri Odası, İzmir, 324s. PROTHERO, D. ve SCHWAB, F., Sedimentary Geology: An introduction to sedimentary rocks and stratigraphy/third Printing. W. H. Freeman and Company. New York, USA, 575s. Quick, G., CSIRO Guide to the Specification of Dimension Stone. TS 699/Ocak 1987, Tabi Yapı Taşları-Muayene ve Deney Metotları. TS EN 1469/Nisan 2006, Doğal Taş Mamulleri - Kaplamada Kullanılan Plakalar Özellikler. TS 5694 EN 12670/Nisan 2005, Doğal Taşlar-Terimler ve Tarifler. TS EN 1467/Nisan 2005, Doğal Taşlar-Ham Bloklar-Özellikler. ÜNSAL, N., İnşaat Mühendisleri için Jeoloji. Gazi Üniversitesi, Mühendislik- Mimarlık Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Ankara, 360s. ÜŞENMEZ, Ş., Sedimantoloji ve Sedimanter Kayaçlar. Gazi Üniversitesi yayınları; no. 57. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi yayınları; no. 5. Gazi Üniversitesi Basın-Yayın Yüksekokulu Basımevi. Ankara, 403s. YETİŞ, C., DEMİRKOL, C.,1986. Adana Baseni Batı Kesiminin Detay Jeolojik Etüdü. Maden Tetkik Arama Genel Müdürlüğü Jeoloji Etütleri Dairesi, Adana. RIES, H.,1912. Selections from Building Stones and Clay-Products: A Handbook for Architects, First Edition, BCA Technical Archive. YAŞAR, E., Sedimanter Kayaçların Deformasyonu ve Yenilme Kriterleri. Ç.Ü. Müh.-Mim. Fakültesi Maden Müh. Bölümü, Ç.Ü. Araştırma Fonu, Proje No: MMF: Adana 104

117 ÖZGEÇMİŞ yılında şu an Düzce ye bağlı olan Bolu nun Akçakoca ilçesinde dünyaya geldi. İlk ve orta öğrenimini Adana da tamamladı yılında Dicle Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü nü kazandı ve 2001 yılında mezun oldu. Şubat 2002 de Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim Dalı nda yüksek lisans eğitimine başladı ve bir yıl İngilizce hazırlık gördü. 105