İNM 102: İNŞAAT MÜHENDİSLERİ İÇİN JEOLOJİ 14.04.2015 KAYAÇLARIN MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİ Dr. Dilek OKUYUCU Mekanik Nedir? Mekanik: Kuvvetlerin etkisi altında cisimlerin davranışını inceleyen bilim dalıdır. FİZİK Mekanik Mekanik Nedir? Mekanik: Kuvvetlerin etkisi altında cisimlerin davranışını inceleyen bilim dalıdır. 1
İnşaat Mühendisliği Ürünleri İnşaat Mühendisliği Ürünleri - Bütün inşaat mühendisliği çalışmaları yerin ya üstünde ya da içinde gerçekleştirilir. - Bu nedenle mühendislik yapılarının inşa edileceği ortamın (zemin veya kaya) jeolojik özelliklerinin bilinmesi önemlidir. - Gözlem, araştırma ve deneylerle jeolojik ortamı inceleyen jeoloji mühendisliği; ilgili verileri inşaat mühendislerinin anlayacağı parametrelere dönüştürür ve ona sunar. - Bu parametreleri alan inşaat mühendisleri mühendislik yapısını buna göre projelendirir. İnşaat Mühendisliği Ürünleri İnşaat Mühendislerini İlgilendiren Jeolojik Veriler Zeminlerin Mühendislik Özellikleri Kayaçların Mühendislik Özellikleri 2
Zeminlerin Mühendislik Özellikleri Zeminlerin Mühendislik Özellikleri JEOLOJİK YAPI Yumuşak zemin ve oturma Zayıf zemin ve potansiyel yenilmeler Duraysızşevler ve potansiyel kayma Şiddetli nehir ve sahil erozyonu Potansiyel deprem tehlikesi Malzeme olarak kullanılacak kayalar ÇÖZÜM Yükü azaltmak veya dağıtmak için gerekli temel tasarımı -Zeminin iyileştirilmesi veya boşluklarının doldurulması -Tehlikeli bölgelerin tanımlanması ve bunlardan kaçınılması Şevleri stabil hale getirmek, desteklemek veya tehlikeli bölgelerden kaçınmak Süreci kaya ve beton kullanarak yavaşlatmak Depreme dayanıklı yapı tasarımı, duraysız zeminlerden kaçınma Rezerv değerlendirmesi, kaya testleri Zeminlerin Mühendislik Özellikleri Seminer Duyurusu 3
Kayaçların Mühendislik Özellikleri Kayaçların Mühendislik Özellikleri Fiziksel Deneylerle Belirlenen Özellikler 1.Yoğunluk ve birim hacim ağırlık 2. Özgül ağırlık 3. Su muhtevası 4. Porozite ve gözeneklilik 5. Su emme oranı 6. Permeabilite(su geçirgenliği) Mekanik Deneylerle Belirlenen Özellikler 1.Tek Eksenli Basınç dayanımı 2.Çekme Dayanımı 4.Üç Eksenli Basınç Dayanımı (Kesme Dayanımı) Kayaçların Mühendislik Özellikleri Fiziksel Deneylerle Belirlenen Özellikler Yoğunluk ve Birim Hacim Ağırlık Homojen bir yapıya sahip maddenin birim hacminin kütlesine yoğunluk denir. Yoğunluk birimi gram/cm³ (gram/mililitre) veya kg/m³'tür. Kayaçların Mühendislik Özellikleri Fiziksel Deneylerle Belirlenen Özellikler Özgül Ağırlık - Özağırlık(veya Özgül ağırlıkveya Birim hacmin ağırlığı), bir maddenin birim hacmininağırlığınadenir. - Ağırlık birimi olarak genelde gr-ağırlık seçilir. Bu durumda özgül ağırlık birimi de grağırlık/cm3 olur; bu kısaca gr/cm3 biçiminde de yazılır. - Özgül ağırlık γ(gama) sembolü ile gösterilir. -Dünya üzerindekisuyunözgül ağırlığı 5 C 'de 9807 N/m 3 tür. 4
Kayaçların Mühendislik Özellikleri Fiziksel Deneylerle Belirlenen Özellikler Özgül Ağırlık A = Değişmez ağırlığa kadar kurulmuş numune ağırlığı (g), B = Değişmez ağırlığa kadar su emdirilmiş numunenin havadaki ağırlığı (g), C = Su emdirilmiş numunenin su içindeki ağırlığı (g) Kayaçların Mühendislik Özellikleri Fiziksel Deneylerle Belirlenen Özellikler Su Muhtevası Kayaç numunesi içerisindeki doğal su miktarıdır. Numunenin doğal ağırlığı ile kurutulmuş numune ağırlığı arasındaki farktır. Kayaçların Mühendislik Özellikleri Fiziksel Deneylerle Belirlenen Özellikler Porozite (Boşluk Oranı) ve Gözeneklilik Kayaçtaki boşluk (gözenek) hacminin, kayacın katı kısmının hacmine oranına porozite (boşluk oranı) denir. Kayaçtaki boşluk (gözenek) hacminin, kayacın toplam hacmine oranına gözeneklilikdenir. Kayaçlarda Porozite Sınıflaması (Anon, 1979) Tanımlama Değer (%) Düşük 1 5 Orta 5 15 Yüksek 15 30 5
Kayaçların Mühendislik Özellikleri Fiziksel Deneylerle Belirlenen Özellikler Su Emme Oranı Su emme oranı; kayacın ağırlıkça bünyesine alabildiği toplam su miktarının kayaç kuru ağırlığına oranı olarak tanımlanmaktadır. Kayaçların Mühendislik Özellikleri Fiziksel Deneylerle Belirlenen Özellikler Permeabilite (geçirimlilik) Permeabilite; kayaçların bünyelerinden sıvı geçebilmesine karşı elverişliliği olarak tanımlanmaktadır. Tek Eksenli Basınç Dayanımı 6
Tek Eksenli Basınç Dayanımı Tek Eksenli Basınç Dayanımı Tek Eksenli Basınç Dayanımı Kayaçların Tek Eksenli Basınç Dayanımı Sınıflandırması (Anon, 1977) Kayaç Tanımı Basınç Dayanımı (MPa) Çok Sağlam >100 Sağlam 50-100 Orta Sağlam 12.5 50 Orta Zayıf 5.0 12.5 Zayıf < 5 7
Çekme Dayanımı Kayacın çekme dayanımı çekme gerilmesine karşı gösterdiği dayanıklılık olarak tanımlanmaktadır. - Direkt ve indirekt olarak çekme dayanımının belirlenmesi mümkündür. Çekme Dayanımı Çekme Dayanımı 8
Üç Eksenli Basınç Dayanımı (Kesme Dayanımı) Üç Eksenli Basınç Dayanımı Kayaç Türleri 1. Magmatik (püskürük) Kayaçlar 1.1. Plütonik (iç püskürük) Kayaçlar 1.2. Volkanik ve Damar (dış püskürük) Kayaçlar 2. Sedimanter (tortul) Kayaçlar 2.1. Kırıntılı Tortul Kayaçlar 2.2. Organik Tortul Kayaçlar 2.3. Kimyasal Tortul Kayaçlar 3. Metamorfik (başkalaşım) Kayaçlar 9
Magmatik Kayaçlar Volkanik ve Damar Kayaçlar Magmatik Kayaçlar Fiziko Mekanik Özellikler Kayaç Yoğunluk (gr/cm 3 ) E (GPa) σ c (Mpa) Granit 2,64 70 226 Diyorit 2,71 47 119 Gabro 3,03 55 186 Andezit 2,37 37 103 Bazalt 2,70 41 120 Tüf 2,39 3,65 11,3 Değerler fikir vermek içindir. Fizikomekanik davranış bir çok faktöre bağlıdır. Aynı tür kayaçlardan farklı sonuçlar almak olasıdır. 1GPa= 1000 MPa Sedimanter (Tortul) Kayaçlar - Organik Tortul Kayaçlar 10
Sedimanter (Tortul) Kayaçlar Fiziko Mekanik Özellikler Kayaç Yoğunluk (gr/cm 3 ) E (GPa) σ c (Mpa) Çakıltaşı 2,54 14,1 88 Kumtaşı 2,20 21,4 107 Silttaşı 2,76 30,6 113 Kireçtaşı 2,30 27,0 53 Dolomit 2,58 51,0 90 Değerler fikir vermek içindir. Fizikomekanik davranış bir çok faktöre bağlıdır. Aynı tür kayaçlardan farklı sonuçlar almak olasıdır. 1GPa= 1000 MPa Metamorfik (Başkalaşım) Kayaçlar Metamorfik (Başkalaşım) Kayaçlar Fiziko Mekanik Özellikler Kayaç Yoğunluk (gr/cm 3 ) E (GPa) σ c (Mpa) Gnays 2,79 54 162 Şist 2,89 39 130 Fillit 3,24 77 126 Mermer 2,72 54 127 Kuvarsit 2,55 22 148 Değerler fikir vermek içindir. Fizikomekanik davranış bir çok faktöre bağlıdır. Aynı tür kayaçlardan farklı sonuçlar almak olasıdır. 1GPa= 1000 MPa 11
Kayaçlar Kayaçların İnşaat Mühendisliğinde Kullanım Alanları 1. Yapıtaşı olarak 2. Kırmataş(agrega) olarak 3. Çatı ve cephe kaplama malzemesi olarak 4. Çimento hammaddesi olarak Kayaçların Yapıtaşı Olarak Kullanılması 12
Kayaçların Yapıtaşı Olarak Kullanılması Bir kayacın yapıtaşı olarak kullanılabilirliği çeşitli faktörlere bağlıdır: 1-Miktar (Rezerv) 2-Çıkarılabilme kolaylığı 3-İşletme esnasındaki fire 4-Taşıma maliyeti 5-Görünüm 6-Fiziko-mekanik özellikler Bazalt Mermer Granit Kayaçların Kırmataş (Agrega) Olarak Kullanılması Kayaçların Kırmataş (Agrega) Olarak Kullanılması 13
Kayaçların Kırmataş (Agrega) Olarak Kullanılması - Alkali silika reaksiyonlarına girme potansiyeli az - Kil muhtevası %3 ten az - Darbe dayanımı yüksek - Boşluk oranı az - Mekanik dayanımı istenen düzeyde Bazalt Dolerit Granit Kuvarsit Kireçtaşı Kayaçların Çatı ve Kaplama Malzemesi Olarak Kullanılması Kayaçların Çatı ve Kaplama Malzemesi Olarak Kullanılması - Geçirimsiz - İnce levhalara ayrılabilen - Atmosferik koşullara dayanıklı Mermer Andezit Sleyt (Arduvaz) 14
15