ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ SONUÇ RAPORU Proje Başlığı Ankara Melanjı ndaki Ayrışma Derecesi Farklı Serpantinitlerin Makaslama Dayanımı Parametrelerinin İncelenmesi Proje Yürütücüsünün İsmi Dr. Koray ULAMIŞ Yardımcı Araştırmacıların İsmi Prof. Dr. Recep KILIÇ Proje Numarası 13B4343004 Başlama Tarihi 25 Mart 2013 Bitiş Tarihi 25 Mart 2015 Rapor Tarihi 6 Temmuz 2015 Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Ankara - " 2015 "
I. Projenin Türkçe ve İngilizce Adı ve Özetleri Projenin Türkçe Adı: Ankara Melanjı ndaki Ayrışma Derecesi Farklı Serpantinitlerin Makaslama Dayanımı Parametrelerinin İncelenmesi Project : Investigation of the Shear Strength Parameters of Serpentinites with Different Alteration Degrees, Ankara Melange ÖZET Karmaşık bir jeolojik yapısı olan ve farklı kaya gruplarının oluşturduğu melanjlar Türkiye'de sütur zonları boyunca sık şekilde gözlenmektedir. Özellikle ayrışma ve günlenme (bozunma) ya bağlı şekilde hamur malzemesi serpantinit olan kaya kütlelerinde yapılacak her türlü kazı ve mühendislik projesinde bu birimin jeomekanik özellikleri çok önemli bir rol oynayacaktır. Ankara nın doğusundan başlayarak uzanımı kuzeydoğuda Çankırı ya kadar olan Ankara Melanjı; genellikle hamuru serpantinit olan ve içinde gabro-diyabaz ve radyolaritler ile yer yer kireçtaşı bloklarından oluşan bir birimdir. Ankara güneydoğusunda Beynam, Irmak ve Kalecik civarında tip lokasyonlardan alınan örselenmiş serpantinit örneklerinin kimyasal bileşimleri belirlenmiş, kil grupları ve mineralojik bileşimleri incelenmiştir. Laboratuvarda hazırlanan örneklerin indeks, sınıflama ve jeomekanik özellikleri incelenerek özellikle makaslama parametrelerinin değişimi belirlenmiştir. Doruk ve artık kohezyon ve içsel sürtünme açısının özellikle doygunlığa bağlı değişimi serpantinitlerde yapılacak kazılarda ve mühendislik projelerinde altlık olarak kullanılabilecek nitelikte olacaktır. ABSTRACT Melange units with a complex geological composition and structure have a wide distribution along the suture zones along Turkey. The geomechanical characteristics of such units are a key factor for the engineering projects conducted in the rock masses with a serpentinite matrix, which is mostly altered and/or weathered. Ankara melange consists of gabbro, diabase and radiolarites within a serpentinite matrix. The melange is located between Çankırı and Ankara along northeast. The mineralogical, chemical and clay groups of the samples from Beynam, Irmak and Kalecik were tested. In addition, the soil samples were classified with the determination of thir index and geomechanical parameters. The effect of saturation degree on the peak and residual cohesion and internal friction angle of the soil samples were investigated in order to provide data for such excavations and engineering projects within serpentinites.
II. Amaç ve Kapsam Projenin amacı Ankara Melanjı (Akyürek, vd. 1981, 1982, 1984) olarak adlandırılan birimdeki serpantinitlerin farklı ayrışma derecesine göre makaslama parametrelerinin belirlenmesidir. Arazi ve laboratuvarda ayrışma derecesi belirlenecek olan serpantinitlerin doygunluğa bağlı olarak kohezyon ve içsel sürtünme açılarının değişimi duraylılık çalışmalarına altlık sağlayacak niteliktedir. Bu kapsamda araziden örnekler alınarak jeokimyasal ve jeoteknik incelemeler yapılmıştır. Arazide gözlemsel olarak belirlenen bozunma ve/veya ayrışmanın rakamsal olarak ifade edilmesi ve temel mekanizmasının belirlenmesi mühendislik jeolojisi incelemelerinde çok önemlidir. Arazide kaya kütlesi içinde rezidüel zemin olarak bulunan serpantinitler içinde yol yarmaları açılmaktadır. Bu tip kazıların projelendirilmesinde makaslama parametrelerinin belirlenmesi duraylılık açısından çok önemlidir. Proje kapsamında yapılacak deneysel çalışmalar sonucunda tamamen ayrışmış ve zemin davranışı gösteren serpantinitlerin makaslama parametreleri belirlenerek doygunluğa bağlı değişimleri incelenmiştir. III. Materyal ve Yöntem Farklı ayrışma derecelerine sahip serpantinitler seçilen pilot alanlar dahilinde incelenmiştir. Serpantinitler içinde gelişmiş olan kütle hareketlerinin konumları GPS ile belirlenerek, heyelanların kayma yüzeylerinden makaslama kutusu deney aletinin ringleri ile örselenmemiş örnekler ve alınmış, örnek alımının mümkün olmadığı yerlerde örselenmiş örnekler alınmıştır. Serpantinitlerden blok örnekler alınmıştır. Süreksizlik yüzeylerinin ve kayacın dayanımına yaklaşımda bulunabilmek amacı ile arazide Schmidt çekici geri tepme sayıları belirlenmiştir. Farklı ayrışma derecelerine göre serpantinitlerden petrografik ve mineralojik incelemeler için el örnekleri alınmıştır. Karot örneklerinin tek eksenli basma dayanımı ve P-dalga hızı belirlenmiştir. Tamamen ayrışmış serpantinit örneklerinin sınıflaması yapılmıştır. Zemin davranışı gösteren serpantinitlerde kesme kutusu deneyleri yapılarak hem doruk, hem de artık dayanım parametrelerinin doygunluğa bağlı değişimi belirlenmiştir. Farklı ayrışma derecelerinin tanımlanması için örneklerin mineralojik, petrografik ve kimyasal özellikleri belirlenmiş, ayrışma ürünlerinin tespiti için XRD yapılmıştır.
IV. Analiz ve Bulgular Proje kapsamında arazi ve laboratuvar çalışmaları yapılmıştır. Arazide örnek alımı ve ölçümler alınmış, laboratuvarda da jeokimyasal ve jeomekanik deneyler yapılmıştır. 1. Arazi Çalışmaları Proje alanında serpantinitlerin bulunduğu kesimler belirlenerek (Şekil 1), farklı ayrışma derecelerine göre belirlenen yerlerden el örnekleri ve örselenmiş örnekler alınmıştır. Zemin davranışı gösteren serpantinitlerde örselenmemiş örnek almak mümkün olmamıştır. Şekil 1. Yerbulduru haritası ve örnek alınan lokasyonlar
Serpantinitlerin alansal dağılımı çoğunlukla tektonik hatlara paralel şekildedir. Pilot lokaliteler Beynam, Irmak (Elmadağ güneyi) ve Kırıkkale - Kalecik yolu üzerinde örnek alınabilecek alanlar olarak seçilmiştir. Ankara - Karakeçili arasında Beynam güneydoğusundaki yol yarmalarında farklı ayrışma derecesine sahip serpantinitler bulunmaktadır (Şekil 2, 3, 4). Toplam 26 noktadan el örnekleri ile örselenmiş örnekler alınmıştır. Serpantinitler koyu yeşil ile yeşil tonlarda olup, tamamen ayrışmış kesimleri daha ziyade sarı tondadır. Şekil 2. Beynam çevresinde örnek alınan noktaların dağılımı Şekil 3. Beynam-Karakeçili yol yarmasında serpantinitlerin görünümü (Güneye bakış)
Şekil 4. Beynam güneyi, elek dokusu gösteren tamamen ayrışmış serpantinit (Güneye bakış) Ankara-Kırıkkale yolu üzerinde Irmak istasyonu (Şekil 5) ve çevresinde tren yolu için açılan yarmalarda serpantinitler bulunmaktadır (Şekil 6, 7, 8). Arazi çalışmalarında 21 noktada örnek alınmıştır.irmak çevresindeki sağlam serpantinitlerin koyu mavi - siyah tonlarda olduğu belirlenmiştir. Beynam çevresindeki serpantinitlere göre daha yoğun şekilde ve farklı yönelimlerde süreksizlik düzlemleri belirlenmiştir. İleri derecede ayrışmış kesimleri koyu yeşil tonlarda ve dağılgan yapraksı çakıllar şeklindedir. Tamamen ayrışmış serpantinitler ise koyu grimsi mavi tonda kum ve ince çakıldan oluşmaktadır. Arazide örnek alımı yanında sağlam kesimlerin yaklaşık basınç dayanımını belirlemek için Schmidt Çekici Sertlik (SHV) Değeri belirlenmiştir. Şekil 5. Irmak ve Kalecik yol ayrımı civarındaki örnek noktaları
Şekil 6. Irmak doğusundaki serpantinitlerde kil dolgulu süreksizlik düzlemleri ve demiroksitli yüzeyler Şekil 7. Kalecik yol ayrımı güneydoğusundaki serpantinitlerde farklı ayrışma dereceleri ve makaslama zonundan görünüm
Şekil 8. Irmak kuzeyi trenyolundaki sahip serpantinitler (Kuzeye bakış) Kalecik yol ayrımından Kalecik ilçesine doğru ve Kalecik'e gelmeden kuzeye ayrılan yolun kuzeydoğusundaki yarmalarda (Şekil 9, 10) farklı derecede ayrışmış serpantinitler bulunmaktadır. Özellikle yolun doğusunda Kızılırmak regülatörü yakınında yol kazısı sonrasında heyelanlar (Şeker, Kılıç, 2011) gelişmiş olup (Şekil 11), bu noktalardan da yol boyunca örnekler alınmış ve SHV değerleri belirlenmiştir. Arazide yol şevlerinde ve şevlerin doğusu ile Kızılırmak'ın kuzeybatısındaki toplam 21 noktadan örnekler alınmıştır. Şekil 9. Kalecik çevresi örnek alım noktaları
Şekil 10. Kalecik yolu kuzeyindeki serpantinitlerin görünümü Şekil 11. Kalecik yolu kuzey şevlerinde tamamen ayrışmış serpantinitlerdeki heyelan Arazide yapılan schmidt çekici deneyleri sonucunda elde edilen SHV değerleri farklı derecede ayrışmış serpantinitler ve lokasyonlar için belirlenmiştir. Deneylerde, çekicin ucunun örneğe tamamen battığı ve 10'dan düşük değerler zemin davranışı gösteren serpantinitlere aittir. Ayrışma ve/veya bozunma derecesinin tespitinde ISRM (2007) tarafından önerilen sınıflama kullanılmıştır (Çizelge 2).
Çizelge 2. ISRM (2007) bozunma sınıflaması Terim Açıklama Sınıf Taze Kaya malzemesinde bozunma yok, hakim süreksizlik I yüzeylerinde renk değişimi Az Kaya malzemesi ve süreksizlik yüzeylerinde renk II değişimi. Taze duruma göre kayanın tümünün zayıf olması Orta Kaya malzemesinin yarıdan az kısmının parçalanmış III olması ve zemin şeklinde bulunması. Taze kesimler çekirdek kaya ve süreksiz durumda Yüksek Kaya malzemesinin yarıdan fazla kısmının parçalanmış IV olması ve zemin şeklinde bulunması. Taze kesimler çekirdek kaya ve süreksiz durumda Tamamen Tüm kaya malzemesi zemine dönüşmüş/parçalanmış. V bozunmuş Orijinal kütle sağlam Rezidüel zemin Tüm kütlenin hacmi büyük oranda değişerek zemine dönüşmüş halde. Kütlenin dokusu tamamen değişmiş. Taşınma yok VI Arazide, serpantinitlerin ve yer yer kontakt halinde bulundukları dunit-harzburgit mostraların tipik olanları çizelge 2'ye göre sınıflandırılmıştır (Şekil 12, 13, 14). Arazi çalışmalarında mostra boyutunda inceleme yapıldığında az ve taze/az bozunmuş kesimler bulunmasına rağmen yayılımları çok sınırlıdır. Arazinin büyük kısmının bindirme zonlarına yakın ve içinde olmasına bağlı olarak da farklı yönelimlerde süreksizliklerin etkiside dikkate alınmalıdır. Schmidt çekici sertlik değerleri I-II grubu koyu mavi-siyahımsı kesimlerde 40-60, III-IV grubu koyu yeşil serpantinitlerde 25-40, daha ileri bozunma derecesine sahip serpantinitlerde 10-20 arasında değişmektedir.
Şekil 12. Beynam doğusu yol yarmasında serpantinitlerin ISRM(2007) bozunma sınıflaması Şekil 13. Irmak kuzeyi yol yarmasında serpantinitlerin ISRM(2007) bozunma sınıflaması Şekil 13. Kalecik güneyi yol yarmasında serpantinitlerin ISRM(2007) bozunma sınıflaması
2. Laboratuvar Çalışmaları 2.1. Jeokimyasal İncelemeler Örneklerin mineralojik ve jeokimyasal özellikleri XRF (Çizelge 3) ve örselenmiş örneklerin jeomekanik özellikleri laboratuvar deneyleri ile belirlenmiştir. Çizelge 3. Pilot alanlardan alınan örneklerin jeokimyasal element bileşimleri Element (%) Beynam Beynam Irmak Irmak Kalecik Kalecik Na 2 O 0.057891 0.080038 0.053512 0.038590 0.083202 0.053958 MgO 37.85853 14.00661 39.55664 8.594560 25.04487 37.96118 Al 2 O 3 0.013267 0.703362 0.012591 0.056870 1.343283 0.012696 SiO 2 39.65558 38.11497 40.80525 44.27020 38.40287 43.69046 P 2 O 5 0.001930 0.004851 0.002413 0.001850 0.003617 0.002751 SO 3 0.350001 0.180085 0.126749 0.256893 0.119979 0.046827 Cl 0.006115 0.000017 0.006673 0.005398 0.016881 0.003883 CaO 0.832068 12.79392 2.630464 11.08965 2.040247 2.982513 TiO 2 0.001773 0.038564 0.010430 0.021951 0.026046 0.001883 V 2 O 5 0.001206 0.004002 0.003326 0.001268 0.014036 0.001270 Cr 2 O 3 0.172589 0.490050 0.091704 0.058934 0.755928 0.103155 MnO 0.072123 0.168928 0.091599 0.142563 0.195705 0.073637 Fe 2 O 3 7.117018 17.46185 6.497992 14.2568 15.69977 6.009462 LOI 13.45 16.76 9.57 11.89 15.99 9.46 Element (ppm) Beynam Beynam Irmak Irmak Kalecik Kalecik Co 80 130 123 125 198 90.3 Ni 1694 2903 2701 2235 3242 1895 Cu 5.5 22.3 9.2 11.2 120.7 3.6 Zn 18.3 37.8 29.3 28.3 136.9 19.4 Ga 1.3 2.9 1.5 2.2 3.4 1.6 Ge 0.5 0.7 0.7 0.7 1.9 0.7 As 5.8 4.7 0.9 0.7 8.6 35.5 Se 0.3 0.5 0.4 0.3 0.4 0.3 Br 0.6 0.4 1.4 1.6 0.4 0.5 Rb 0.3 1 0.9 0.8 1.6 0.3 Sr 69.9 340 994.3 68.8 103 79.2 Y 0.6 0.8 0.7 0.9 2 0.6 Zr 5 6.9 10.7 5.05 33.6 4.1 Nb 2.5 3.1 2.5 2.60 2.7 2.5 Mo 2.2 3 2.4 2.4 2.8 2.1 Cd 0.8 0.9 0.7 0.9 0.9 0.7 In 0.7 0.9 0.7 0.5 0.8 0.7 Sn 0.8 0.9 0.5 0.2 0.9 0.8 Sb 0.8 0.9 0.5 0.4 5.1 0.8 Te 1.2 1.3 1.2 2.0 1.2 0.7 I 2.1 2.2 2.0 2.2 2.1 2.1 Cs 3.6 3.7 3.5 4.5 3.7 3.6 Ba 5.6 16 229.1 200 33.9 5.1 La 6.6 7.6 8.6 9.0 7.4 8.3 Ce 9.7 15.7 15.8 10.5 10 10 Hf 4 6.8 5.3 4.3 10 4 Ta 10 17 14 12 20 11 W 12 18 16 15 19 13 Hg 0.9 1.5 1.1 1.0 1.4 1 Tl 0.8 1.6 1 1.2 1.2 1.1 Pb 0.9 1.5 1.1 1.3 1.7 0.9 Bi 0.7 1.1 0.8 0.5 0.9 0.8 Th 0.9 1.8 1 1.1 1.8 0.8 U 6.2 8.8 5.5 5.9 7.3 6.4
Toz örnekler etilen glikolle doyurularak XRD çekimleri geçekleştirilmiştir. Pilot alanlardan alınan örneklerin mineralojik bileşimlerine göre sınıflandırma yapılmış ve ileri derecede ayrışmış / tamamen ayrışmış olan serpantinitlerden çekimler yapılmıştır. İleri derecede ayrışmış olan örnekte (Şekil 14) aragonit ve kalsit belirlenmiştir. Kırıkkale-Kalecik yol ayrımı yakınından (Irmak kuzeyi) alınan örnekte (Şekil 15) limonit ve talk varlığı belirlenmiştir. Şekil 14. Beynam K8a örneğinin XRD grafiği Şekil 15. Irmak kuzeyi, KK10 nolu örneğin XRD grafiği
Jeokimyasal analizi yapılan örneklerin ince kesitleri hazırlanarak petrografik incelemeleri de yapılmıştır. Beynam doğusu yol şevinden alınan K8a nmaralı örnek; talklaşmış serpantinit olarak adlandırılmış olup, bu örnek çevresini temsil edici niteliktedir. Serpantinitlerde görülen tipik elek dokusu hakim olup; krizotil, antigonit, kromtit, manyetit ve az miktarda aktinolit belirlenmiştir. Kırık ve çatlaklar boyunca da kil ve kalsit dolguları mevcuttur. Irmak kuzeyinden alınan KK10 numaralı örnekte ise ileri derecede ayrışmaya bağlı olarak epidotlaşma ve çatlak dolgularında tarak dokulu kuvars belirlenmiştir. Serpantinit kütlesi içinde rengi koyu mavi olan örnek kontakt metasomatik fels kayası olarak adlandırılmıştır. Kalecik yolu üzerindeki şevlerden alınan KR5 nolu örnek serpantinit olup; kromit, manyetit, ilmenit ve olivin varlığı belirlenmiştir. Olivinlerde serpantinleşmeye bağlı olarak elek dokusu gözlenmekte olup; antigorit ve talk içermektedir. Diğer örneklerden farklı olarak uvarovit (kromlu granat) belirlenmiştir. Petrografik analizlere göre; arazide sağlam, az veya orta derecede ayrışmış olan kayaçların ileri derecede ayrışmış ve tamamen ayrışmış serpantinit oldukları, birkaç örneğin tamamen ayrışmış, talklaşmış serpantinit olduğu sonucuna varılmıştır. Jeokimyasal anazlilere göre, incelenen örneklerin hemen hepsinde hidrotemal alterasyon olduğu belirlenmiştir. Birkaç örnek ise makaslama zonları yakınlarından alınmış olup, tektonizmanın da etkisini belirtmektedir. 2.2. Jeomekanik İncelemeler Araziden alınan örselenmiş örneklerin deneysel çalışmaları iki aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada örneklerin sınıflama ve fiziksel özellikleri belirlenmiş olup, sınıflama sonucunda farklı olan tipik örneklerin makaslama parametreleri kesme kutusu deneyleri ile değerlendirilmiştir. Örneklerin ıslak elek analizi, Likit Limit, Plastik Limit ve Plastisite İndisi değerlerine göre USCS'e göre zemin sınıfları belirlenmiştir. Doğal su içeriği ve doygunluk oranlarının belirlenmesi amacı ile faz diyagramları kullanılmıştır. Örneklerin sınıflama parametrelerinin toplu değerlendirmesi Çizelge 4'de verilmiştir.
Çizelge 4. Örneklerin sınıflama parametrelerinin en az ve en çok değerleri +#4 elek -#200 elek LL, % PL, % PI, % Lokasyon En az En çok En az En çok En az En çok En az En çok En az En çok Beynam 4.88 12.68 32.56 70.98 39.8 54.6 19.7 32.4 20.1 22.2 Irmak 1.35 6.75 40.15 81.35 32.1 48.4 11.5 24.6 20.6 23.8 Kalecik 2.65 7.50 27.35 92.2 35.0 58.6 16.2 20.6 18.8 38.0 Beynam yol şevlerinden alınan örnekler CL (çakıllı, kumlu düşük plastisiteli KİL) ve SC (Çakıllı, düşük plastisiteli killi KUM), Irmak ve Kalecik' ten alınan örnekler de hakim grup olarak SC ve GC-GM (Kumlu, düşük plastisiteli killi ÇAKIL, siltli ÇAKIL) olarak sınıflandırılmıştır. Birkaç örnek dışında tamamı düşük plastisiteli zeminler olup, arazide örslenmemiş örnek alımı çakıl ve kumlu olmalarından dolayı mümkün olmamıştır. Örnek alımında yağışlı dönem öncesi ve sonrası olmasına dikkat edilmiş olsa da, şevlerin ve mostraların yüzeylerinde 20-50 cm sonrasında çakıllıl çekirdek kayaya ulaşılmıştır. Beynam civarındaki örneklerin doğal su içeriği ( n ) % 2.6 ile % 9.75 arasında; Irmak civarındaki örneklerde % 3.8 ile %11.4 arasında, Kalecik civarındaki örneklerde ise % 2.9 ile % 13.8 arasında değişmektedir. Örselenmiş örneklerin doğal yoğunluklarının belirlenmesi örnek alımı dolayısı ile yanlış sonuçlar verebileceğinden kesme kutusu için hazırlanan örneklerden belirlenmiştir. Örneklerin özgül ağırlıkları belirlenerek, arazideki doygunluk değerlerinin değişiminin incelenmesi için farklı su içeriğinde deney örnekleri hazırlanmıştır. Farklı doygunluk değerlerinin eld edilebilmesi için fiziksel özellikler arasındaki ilişkilerden yararlanılmıştır. Beynam ve Kalecik örneklerinde özgül ağırlık (G s ) 2.65, Irmak örnekleri için ise 2.68 olarak belirlenmiştir. Bu aşamada, arazideki sıkılığın verilebilmesi için örnekler standart proktor moldunda sıkıştırılmıştır. Bu sayede, kesme kutusu deneyleri için örnak hazırlama yanında örneklerin maksimum kuru yoğunluk ve optimum su içeriği değerleri de belirlenebilmiştir (Şekil 16, 17,18).
Kuru yoğunluk, g/cm3 Kuru yoğunluk, g/cm3 Kuru yoğunluk, g/cm3 EK-11 Sonuç Raporu Formatı 1.495 1.49 1.485 1.48 1.475 1.47 1.465 1.46 1.455 1.45 1.445 0 5 10 15 20 Su içeriği, % Şekil 16. Beynam K26 örneği su içeriği-kuru yoğunluk ilişkisi ( opt =%11, dmax =1.488g/cm 3 ) 1.36 1.34 1.32 1.3 1.28 1.26 1.24 1.22 1.2 1.18 1.16 0 5 10 15 20 Su içeriği, % Şekil 17. Irmak KK9 örneği su içeriği- kuru yoğunluk ilişkisi ( opt =%11, dmax =1.34 g/cm 3 ) 1.39 1.385 1.38 1.375 1.37 1.365 1.36 1.355 1.35 1.345 0 5 10 15 20 Su içeriği, % Şekil 18. Kalecik KR9 örneği su içeriği- kuru yoğunluk ilişkisi ( opt =%9, dmax =1.375g/cm 3 )
Araziden alınan el örnekleri ve blok örneklerden P-dalga hızlarını, tek eksenli dayanımlarını belirlemek için karotlar alınmaya çalışılmıştır. Karot alımında blok örnekler dağılmış ve alınabilen örnekler de deney standartlarına uygun boyutlarda elde edilememiştir. Örneklerin tek eksenli basınç dayanımı ( c ) nokta yük indeksi ile el örneklerinden belirlenmiştir. Ölçülebilen kuru P-dalga hızları ile beraber sunulmuştur (Çizelge 5 ). Çizelge 5. Örneklerin tek eksenli basınç dayanımı ve P-dalga hızlarının en az ve en çok değerleri c (MPa) Vp (m/s) Lokasyon En az En çok En az En çok Beynam 60.58 165.45 725 1890 Irmak 80.02 195.05 655 2250 Kalecik 71.07 205.85 630 2130 Serpantinit örneklerinin ayrışma derecesini belirlemek için Kılıç (1999) tarafından öneriln UAI sınıflaması kullanılmıştır (Eş.1). (1) UAI : Birleşik ayrışma indeksi, ca : Ayrışmış kayacın tek eksenli basınç dayanımı (MPa) ci : Sağlam kayacın tek eksenli basınç dayanımı (MPa) C pa : Ayrışmış kayacın P-dalga hızı (m/s) C pi : Sağlam kayacın P-dalga hızı (m/s) Çizelge 6. UAI sınıflaması (Kılıç, 1999) ve açıklamaları Sınıf Ayrışma derecesi UAI I Ayrışmamış < 0.10 II Az ayrışmış 0.10-0.30 III Orta derecede ayrışmış 0.30-0.50 IV Çok ayrışmış 0.50-0.70 V Çok fazla ayrışmış > 0.70 Sınıflamaya göre, özellikle Beynam doğusundan alınan örneklerde UAI 0.50 ile 0.61 arasında değişmekte olup, "orta-çok ayrışmış"; Irmak civarı örnekleri "orta" ve Kalecik örnekleri "orta-çok ayrışmış" şeklinde sınıflandırılmıştır.
Blok örnekler şevlerin ve mostraların sağlam kesimlerinden alınmaya çalışılsa da örnek alma konusunda yaşanılan problemlerden dolayı Çizelge 5'de verilen değerler orta derecede ayrışmış / ileri derecede ayrışmış sınıflara ait verilerdir. Mostrada farklı derecede bozunmaya uğramış kayaçların jeokimyasal incelemelerde hidrotermal alteasyona uğradıkları da dikkate alınmıştır. Laboratuvarda kesme kutusu deneyi için proktor kalıbında sıkıştırılan örnekler dikkatlice kare kesitli (6x6 cm) olacak şekilde hazırlanarak desikatörde bekletilmiştir. Doğal doygunluk ve su içeriği belirlenen örneklerin doruk ve artık makaslama parametrelerinin doygunluğa bağlı değişimi incelenerek değerlendirilmiştir. Deneysel çalışmalar deformasyon kontrollü olup (Şekil 19), örneklerin kumlu ve çakıllı olması nedeniyle hız 0.25 mm/dk deformasyon oluşturacak şekilde seçilmiştir. Kesme hızı seçilirken, şevlerde uzun süreli stabilite koşulları da dikkate alınmıştır. Örnekler doğal doygunluk ve değişen doygunluk aralıkları için hazırlanmış ve kesme kutusu deneyinden önce 24 saat oturmaya bırakılmıştır. Bu aşamada konsolidasyonlu deney için makaslama gerilmesi uygulamadan önce uygulanacak normal gerilme için 25-50-100 kpa aralığı seçilmiştir. Tamamen ayrışmış serpantinitler şev yüzeylerinde 30-50 cm den sonra çekirdek kaya niteliğinde olduğundan daha yüksek normal gerilme değerlerine ihtiyaç duyulmamıştır. Şekil 19. Kesme kutusu deney düzeneğinin görünümü
Doruk makaslama parametrelerini (kohezyon ve içsel sürtünme açısı) belirlemek için ileri makaslama yapılmıştır. Deformasyonun sabit kalması veya artan yük aralığında deformasyonun aniden azalması durumunda deneyler durdurulmuş ve yenilme elde edilmiştir. Deformasyonun azalarak artması durumunda ise en çok 5.0 mm lik yanal deformasyonda deney durdurulmuştur. Artık parametrelerin belirlenmesi için geri makaslama uygulanarak deformasyonlar kaydedilmiştir. Deney öncesi oturmalardan sonra düşey deformasyonlar takip edilerek yatay deformasyon ile aralarındaki ilişkiler incelenmiştir. Her bir normal gerilme aşaması 3 adet olacak şekilde farklı doygunluk değerlerinde toplam 135 deney yapılmıştır. Şekil 20'de Kalecik yol ayrımından alınan örneğin deney sonrası görünümü verilmiştir. K15 n = 50 kpa Şekil 20. 50 kpa normal gerilme altında K15 örneğinin deney sonrası görünümü Makaslama deneyi için örnekler kendi arasında renk tonlarına göre sınıflandırılmıştır. Tümü tamamen ayrışmış serpantinit olan örnekler; koyu yeşil, açık mavi ve açık yeşil tonlardadır. Açık mavi ve koyu yeşil örnekler kumlu, açık yeşil örnekler ise killidir. Örneklerin alındığı döneme döre değişebilmesi kaydiyle doygunluk (S) yüzdeleri kumlu olanlarda % 25 - % 37, killi olanlarda ise % 40- % 48 arasında değişmektedir. Makaslama parametrelerinin doygunluğa bağlı değişimini belirlemek için doygunluk yüzdeleri % 40-60 - 80-100 olacak şekilde örnekler hazırlanmıştır. Kumlu örneklerin sadece iki tanesinde %100 doygunluk derecesinde örnek kendi kendini tutabilmiştir. Bunların dışındakiler mold içinden çıkarılırken dağılmıştır.
Düşey deformasyon (x10-2 mm) Makaslama gerilmesi, kpa EK-11 Sonuç Raporu Formatı Beynam civarından alınan K26 nolu açık yeşil killi örneğin normal gerilme-makaslama gerilmesi (Şekil 21a) ile makaslama-düşey deformasyon (Şekil 21b) ilişkisi verilmiştir. Doğal doygunluk derecesi % 48 olan örnekte makaslama gerilmesi altında hacim azalması olup, daha yüksek doygunluklarda düşey deformasyon artarak sıkışma daha belirgin olacaktır. 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0 100 200 300 400 500 600 700 Yatay deformasyon (x10-2 mm) 25 kpa 50 kpa 100 kpa 15 11 7 3-1 -5 0 100 200 300 400 500-9 -13-17 -21-25 Yatay deformasyon (x10-2 mm) 25 kpa 50 kpa 100 kpa Şekil 21. Beynam örneğinde makaslama-normal gerilme (a), makaslama-düşey deformasyon ilişkisi (b)
Düşey deformasyon (x10-2 mm) Makaslama gerilmesi, kpa EK-11 Sonuç Raporu Formatı Irmak kuzeyi örneğinin (KK7) makaslama deneyinde doğal doygunluğu % 35 olan örneğin su içeriği artırılarak % 60 doygunluk elde edilmiştir. Şekil 22 a ve b'de deney sonuçları verilmiştir. Aynı normal gerilme koşulları altında doygunluk derecesi fazla olan örneğin içsel sürtünme açısı azalmış ve makaslama gerilmesi altında daha kısa sürede sıkışmış ve deneyin ilerleyen safhalarında dilative (kılcal kırıklarda deformasyon) bir davranış sergilemiştir (Şekil 22b) 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 0 100 200 300 400 500 600 Yatay deformasyon (x10-2 mm) 25 kpa 50 kpa 100 kpa 40.00 36.00 32.00 28.00 24.00 20.00 16.00 12.00 8.00 4.00 0.00-4.00-8.00-12.00-16.00-20.00 0 100 200 300 400 500 600 Yatay deformasyon (x10-2 mm) 25 kpa 50 kpa 100 kpa Şekil 22. Irmak örneğinde makaslama-normal gerilme (a), makaslama-düşey deformasyon ilişkisi (b)
Düşey deformasyon (x10-2 mm) Makaslama gerilmesi, kpa EK-11 Sonuç Raporu Formatı Doygunluk oranının azaltıldığı örneklerde deformasyon daha kısa sürede gerçekleşmiş ve örnekler makaslama yenilmesine uğramıştır. Aynı sürede düşey deformasyon daha hızlı şekilde artarak yenilme izlenmiştir. Kalecik yolundan alınan örneğin (KR3) deney sonucu Şekil 23a ve b'de verilmiştir. 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00-10.00 0 100 200 300 400 500 600 Yatay deformasyon (x10-2 mm) 25 kpa 50 kpa 100 kpa 43.00 39.00 35.00 31.00 27.00 23.00 19.00 15.00 11.00 7.00 3.00-1.00-5.00 0 100 200 300 400 500 600 Yatay deformasyon (x10-2 mm) 25 kpa 50 kpa 100 kpa Şekil 23. Kalecik yolu örneğinde makaslama-normal gerilme (a), makaslama-düşey deformasyon ilişkisi (b)
Makaslama gerilmesi, t (kpa) Değişim Aralığı EK-11 Sonuç Raporu Formatı Lokasyonlardan alınan örselenmiş tamamen ayrışmış serpantinit örneklerinin makaslama deney sonuçları topluca değerlendirilmiştir. Kohezyon ve içsel sürtünme açısının konsolidasyonlu - drenajsız deneylerde doygunluğa bağlı değişimi incelenmiş ve hem kohezyon hem de içsel sürtünme açısının doygunluk ile azaldığı belirlenmiştir. Farklı doygunluk değerlerinde optimum bir nokta yakalamak için (Şekil 24) çizilen grafikte %70 doygunlukta kohezyonun sıfır olduğu, içsel sürtünme açısının da 30 'den 20 'ye düştüğü belirlenmiştir. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 S=%20 S=%30 S=%40 S=%50 S=%60 S=%70 S=%80 S=%90 S=%100 10 0 0 20 40 60 80 100 120 Normal gerilme, (kpa) Şekil 24. Tamamen ayrışmış yeşil renkli serpantinitlerde arklı doygunluk derecelerinde makaslama parametrelerinin değişimi Şekil 24 yeşil renkli grup için hazırlanmıştır. Daha çakıllı olan açık mavi serpantinitlerde ve kumlu serpantinitlerde içsel sürtünme açısı 3-5 daha yüksektir. Aynı ilişkiler yakalandığından ayrıca verilmemiştir. Deneysel çalışmalarda daha farklı lokasyonlardan alınacak örneklerde veri dağılım aralığı ve ilişkilerin farklı olabileceği dikkate alınmalıdır.
V. Sonuç ve Öneriler Ankara doğusu ve kuzeydoğusu boyunca uzanan Ankara Melanjı' nda matriksi oluşturan serpantinit geniş alanlar boyunca mostra vermektedir. Farklı derecelerde bozunma ve ayrışmaya uğramış olan serpantinitlerin mosra verdiği alanlarda yol kazıları yapılmakta olup, özellikle Kalecik civarında serpantinitlerde kütle hareketleri gelişmiştir.yol kazılarında şevlendirme aşamasında aynı eğimin verildiği arazide gözlenmiştir. Serpantinitlerin arazide bozunma derecelerinin Beynam civarında "orta-rezidüel zemin", Irmak durağı civarında "az-tamamen bozunmuş", Kalecik yolu şevlerinde ise "aztamamen bozunmuş" olduğu belirlenmiştir. Bu sınıflamalar yol yarmalarında ve şevlerde belirlenmiş olup, daha yüksek kotlardaki serpantinitler daha az derecede bozunmuştur. Mostrada bozunmaya uğramış olan serpantinitlerin jeokimyasal ve petrografik incelemeleri sonucunda çoğunlukla "hidrotermal alterasyon" ile ayrışmaya uğradıkları belirlenmiştir. İnce kesitlerde çoğunlukla "talklaşma" ve "elek dokusu" hakimdir. Örselenmiş örneklerin jeoteknik özellikleri laboratuvarda belirlenmiş ve sınıflandırmaları yapılmıştır. Hakim zemin grubu killi kum (SC) olup, doğal su içeriği %2.6-13.8; Likid limit %32.1-58.6; Plastik limit %11.5-32.4 arasında değişmektedir. Blok örnekler ve el örneklerinden yapılan laboratuvar deneylerinde P-dalga hızı 630-2250 m/s, tek eksenli basınç dayanımları 60.58-205.85 MPa arasında değişmektedir. UAI' ne göre "orta-çok ayrışmış" oldukları belirlenmiştir. Kesme kutusu deneyleri ile kohezyon ve içsel sürtünme açıları doğal doygunluk ve değişken doygunluk derecelerinde belirlenmiştir. Örneklerin killi veya kumlu olmasına göre deformasyon karakteristikleri değişmektedir. Doğal doygunluktaki örneklerde deformasyon daha çabuk gelişmiştir. Doygunluk arttıkça örnekler daha uzun sürede sıkışmaya uğramıştır. Özellikle doygunluk arttıkça daha sıkı hale gelen örneklerde yükleme esnasında kılcal kırıklar gelişmiştir. Daha düşük doygunlukta hacimsel olarak sıkışma kısa sürede gerçekleşmiş vee düşey deformasyon artmıştır.
Toplam 135 deneyde kohezyon ve içsel sürtünme açılarının doygunluğa bağlı değişimi incelenmiştir. Doğal doygunluktaki örneklerin parametreleri doruk, su eklenerek doygunluğu artırılan örneklerin parametreleri de artık olacak şekilde değerlendirilmiştir. Deneyler konsolidasyonlu ve drenajsız koşuldadır. Arazi doygunluk değerinden az ve fazla olmak üzere 9 farklı doygunlukta deneyler yapılmıştır. Deneyler sonucunda doygunluk arttıkça kohezyon ve içsel sürtünme açısının azaldığı belirlenmiştir. Özellikle doygunluğun %70 ve daha yüksek olduğu durumda kohezyon sıfıra azalırken, içsel sürtünme açısında %30-35 azalma görülmüştür. Doygunluğun %70 olduğu sınır makaslama parametrelerinin azaldığı sınır olarak alınabilir. İç yapısı karmaşık olan melanj türü kaya kütlelerinde özellikle de serpantinitlerin bulunması detaylı jeoteknik inceleme gerektirmektedir. Ayrışmanın çok farklı derecelerde olduğu bu tür kütlelerde yapılacak yapılarda ve kazılarda ayrışmanın dikkate alınması gereklidir. Bu projede elde edilen parametreler özellikle yol yarmalarından ve şevlerden alınan zemin davranışı gösteren serpantinitler için geçerlidir. Şev kazılarının projelendirilmesinde parametrelerin çok farklı ayrışma derecelerine sahip serpantinitlerde değişken olacağının dikkate alınması önemlidir. Özellikle kumlu olan kesimlerin geçirgenliğe de bağlı olarak yağışlı dönemler sonrasında hızlı bir şekilde su iletimine bağlı olarak makaslama parametrelerinde azalma olacağı dikkate alınmalıdır. VI. Geleceğe İlişkin Öngörülen Katkılar Projeden elde edilen veriler geniş alanda belirli lokasyonlardan sağlanmıştır. Türkiye genelinde melanj türü formasyonlarda bu verilerin genişletilmesi özellikle mühendislik yapılarının projelendirilmesinde ve kazı işlerinde fayda sağlayacaktır. Halihazırda farklı projelerde serpantinit türü birimlerde sorunlar yaşanmaktadır. Bu durum, birimin anzitrop ve heterojen olmasından kaynaklıdır. Bu projede şev stabilitesine yönelik parametreler elde edilmiş olup, daha farklı jeomekanik parametrelerin belirlenmesi ile melanj türü birimlerin karakterizasyonuna katkı sağlanmış olacaktır.
VII. VIII. Sağlanan Altyapı Olanakları ile Varsa Gerçekleştirilen Projeler Sağlanan Altyapı Olanaklarının Varsa Bilim/Hizmet ve Eğitim Alanlarındaki Katkıları Proje kapsamında alınan P-dalgası hızı ölçümü cihazı (Pundit), her boyutta silindirik kaya karotlarında hızlı bir şekilde sonuç vermektedir. Özellikle kaya mekaniğinde, kaya kütlesi karakterizasyonunda ve özellikle de ayrışma/bozunma çalışmalarında P-dalga hızı önemli bir parametredir. Portatif olarak kullanılabilen cihazdan ile lisans ve lisansüstü çalışmalarda faydalanılmaktadır. Halihazırda iki adet lisans tezi ve bir adet yüksek lisans tezinde cihaz kullanılmaktadır. IX. Kaynaklar Akyürek, B., 1981. Ankara Melanjı nın kuzey bölümünün temel jeoloji özellikleri : İç Anadolu nun Jeolojisi Sempuzyumu, 41-45 s. Akyürek, B., Bilginer, E., Akbaş, B., Hepşen, N., Pehlivan, Ş., Sunu, O., Soysal, Y., Dağer, Z., Çatal, E., Sözeri, B., Yıldırım H. Ve Hakyemez, Y. 1982. Ankara-Elmadağ-Kalecik dolayının jeolojisi. MTA raporu, no: 7298 (yayımlanmamış). Akyürek, B., Bilginer, E., Akbaş, B., Hepşen, N., Pehlivan, Ş., Sunu, O., Soysal, Y., Dağer, Z., Çatal, E., Sözeri, B., Yıldırım H. Ve Hakyemez, Y. 1984. Ankara-Elmadağ-Kalecik dolayının temel jeoloji özellikleri. Jeoloji Mühendisliği Dergisi, 20, 31-46 s. ISRM (2007). The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterisation, Testing and Monitoring. 1974-2006. The Blue Book. Kozan Ofset, Ankara, 628 s. Kılıç, R., 1999, The Unified Alteration Index (UAI) for mafic rocks, Enviromental & Engineering Geoscience, Vol. 4, Winter 1999, pp. 475-483. Şeker, P.N., ve Kılıç, R., 2011. Kırıkkale-kalecik (Ankara) karayolundaki heyelanın jeoteknik değerlendirmesi. 64. Türkiye Jeoloji Kurultayı, Bildiriler Kitabı. X. Ekler a. Mali Bilanço ve Açıklamaları Ektedir.
b. Makine ve Teçhizatın Konumu ve İlerideki Kullanımına Dair Açıklamalar Proje kapsamında alınması öngörülen tüm makina ve teçhizat, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Uygulamalı Jeoloji Laboratuvarı ve Jeoteknik Araştırma Grubu (JETAG) adına araştırma ve projelerde kullanılmaktadır. 1. P-dalga hızı ölçüm cihazı (Pundit) ve tüm düzenek parçaları halihazırda kullanılmakta olup, ilerideki akademik incelemeler ve projelerde kullanılabilecek durumdadır. 2. Schmidt Çekici Sertlik Cihazı, arazi ve laboratuvarda kaya karotlarında ve el örneklerinde kolay veri sağlayacak nitelikte olup her türlü çalışmada kullanılabilecektir. c. Teknik ve Bilimsel Ayrıntılar (varsa Kesim III'de yer almayan analiz ayrıntıları) d. Sunumlar (bildiriler ve teknik raporlar) (Altyapı Projeleri için uygulanmaz) Proje verilerinde faydalanılarak hazırlanan bildiri ve makale metinleri hazırlanmış olup, değerlendirme aşamasındadır. e. Yayınlar (hakemli bilimsel dergiler) ve tezler (Altyapı Projeleri için uygulanmaz) NOT: Verilen sonuç raporu bir (1) nüsha olarak ciltsiz şekilde verilecek, sonuç raporu Komisyon onayından sonra ciltlenerek bir kopyasının yer aldığı CD ile birlikte sunulacaktır. Sonuç raporunda proje sonuçlarını içeren, ISI nın SCI veya SSCI veya AHCI dizinleri kapsamında ve diğer uluslar arası dizinlerce taranan hakemli dergilerde yayınlanmış makaleler, III. Materyal ve Yöntem ve IV. Analiz ve Bulgular bölümleri yerine kabul edilir.
ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOORDİNASYON BİRİMİ KOORDİNATÖRLÜĞÜNE Proje Türü Proje No Proje Yöneticisi : Bağımsız : 13B4343004 : Dr. Koray ULAMIŞ Proje Başlığı : Ankara Melanjı ndaki Ayrışma Derecesi Farklı Serpantinitlerin Makaslama Dayanımı Parametrelerinin İncelenmesi Yukarıda bilgileri yazılı olan projemin sonuç raporunun e-kütüphanede yayınlanmasını; İSTİYORUM İSTEMİYORUM GEREKÇESİ: 06.07.2015 Proje Yöneticisi İmza
Ankara Melanjındaki Ayrışma Derecesi Farklı 13B4343004 Tamamlandı Serpantinitlerin Makaslama Dayanımı Proje Bütçesi (Başlangıç ödeneğinde proje kabul edilene kadar teklif edilen, kabul edildikten sonra kabul edilen rakamlar gösterilir) Bütçe Yılı 2013 2015 Bütçe Kodu Açıklama 03.2 TÜKETİME YÖNELİK MAL VE MALZEME ALIMLARI Önceki Yıldan Devir Başlangıç Ödeneği Eklenen Aktarma Detaylar Düşülen Eklenen Aktarma Ödenek Net Ödenek Harcanan Bloke Edilen (Avans) Bloke Edilen (Diğer) Kalan 0,00 1.000,00 0,00 0,00 0,00 1.000,00 0,00 0,00 0,00 1.000,00 03.5 HİZMET ALIMLARI 0,00 15.281,00 0,00 0,00 0,00 15.281,00 4.425,00 0,00 0,00 10.856,00 03.7 MENKUL MAL,GAYRİMADDİ HAK ALIM,BAKIM VE ONARIM GİD. 0,00 800,00 0,00 0,00 0,00 800,00 0,00 0,00 0,00 800,00 06.1 MAMUL MAL ALIMLARI 0,00 27.385,20 0,00 0,00 0,00 27.385,20 22.154,50 0,00 0,00 5.230,70 Toplam 0,00 44.466,20 0,00 0,00 0,00 44.466,20 26.579,50 0,00 0,00 17.886,70 Bütçe Kodu Açıklama 03.2 TÜKETİME YÖNELİK MAL VE MALZEME ALIMLARI Önceki Başlangıç Yıldan Ödeneği Devir Eklenen Aktarma Düşülen Eklenen Aktarma Ödenek Net Ödenek Harcanan Bloke Edilen (Avans) Bloke Edilen (Diğer) Kalan 1.000,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1.000,00 0,00 0,00 0,00 1.000,00 03.5 HİZMET ALIMLARI 10.856,00 0,00 0,00 0,00 0,00 10.856,00 1.475,00 0,00 0,00 9.381,00 03.7 MENKUL MAL,GAYRİMADDİ HAK ALIM,BAKIM VE ONARIM GİD. 800,00 0,00 0,00 0,00 0,00 800,00 0,00 0,00 0,00 800,00 06.1 MAMUL MAL ALIMLARI 5.230,70 0,00 0,00 0,00 0,00 5.230,70 0,00 0,00 0,00 5.230,70 Toplam 17.886,70 0,00 0,00 0,00 0,00 17.886,70 1.475,00 0,00 0,00 16.411,70 Ek Ödenekler ve Aktarmalar (Bu bölüm BAP Koordinatörlüğü tarafından doldurulacaktır)