NOKTA YÜKÜ DAYANIMI DENEYİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLERİN YAPAY ÖRNEKLER KULLANILARAK ARAŞTIRILMASI. Meryem DEMİR YÜKSEK LİSANS TEZİ YAPI EĞİTİMİ

i NOKTA YÜKÜ DAYANIMI DENEYİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLERİN YAPAY ÖRNEKLER KULLANILARAK ARAŞTIRILMASI Meryem DEMİR YÜKSEK LİSANS TEZİ YAPI EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ŞUBAT 2011 ANKARA

ii Meryem DEMİR tarafından hazırlanan NOKTA YÜKÜ DAYANIM DENEYİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLERİN YAPAY ÖRNEKLER KULLANILARAK ARAŞTIRILMASI adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Doç. Dr. Nihat Sinan IŞIK Tez Danışmanı, Yapı Eğitimi Anabilim Dalı. Bu çalışma, jürimiz tarafından Yapı Eğitimi Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Nail ÜNSAL İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi.... Doç. Dr. Nihat Sinan IŞIK Yapı Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi.. Prof. Dr. Mehmet ORHAN Yapı Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Tarih: 09/02/2011 Bu tez ile Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Bilal TOKLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.

iii TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Meryem DEMİR

iv NOKTA YÜKÜ DAYANIMI DENEYİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLERİN YAPAY ÖRNEKLER KULLANILARAK ARAŞTIRILMASI (Yüksek Lisans Tezi) Meryem DEMİR GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Şubat 2011 ÖZET Nokta yükü dayanım indeksi deneyi kayaçların dayanımlarına göre sınıflandırılmasında ve tek eksenli basınç dayanımının dolaylı yönden tahmin edilmesinde kullanılan bir indeks deneydir. Bu çalışmada; beton ve alfa alçıdan elde edilen, tek eksenli basınç dayanımı 2 ile 52 MPa arasında değişen sentetik malzemeler elde edilmiştir. Farklı basınç dayanımlarına sahip beton ve alfa alçı numuneler, boy/çap oranları 1, 2, 3 ve 4 olacak şekilde hazırlanmış toplam 280 örnek üzerinde nokta yükü dayanım indeksi deneyleri yapılmıştır. Deneylerin sonucunda nokta yükü dayanım indeksi deneyinde numunenin boy/çap oranının deney sonucuna etkisi incelenmiştir, ancak boy/çap oranı 1 ile 4 arasında değişen gruplar arasında anlamlı bir fark bulunmamıştır. Boy/çap oranı 2 olan örneklere tek eksenli basınç dayanımı deneyi yapılmıştır. Nokta yükü dayanım indeksi değerleri ile tek eksenli basınç dayanımı değerleri arasındaki k katsayısının değişimi gözlemlenmiş, k katsayısını σ c /σ t tarafından kontrol edildiği sonucuna varılmıştır. Numunelere Brazillian dolaylı çekme dayanım deneyi de yapılmış, nokta yükü dayanım indeksi değerleri ile çekme dayanım değerleri karşılaştırılmıştır. Nokta yükü dayanım indeksi deneyinin çekme dayanımının tahmininde daha tutarlı sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Örneklerin tek eksenli basınç dayanımı ve çekme dayanımı değerleri kullanılarak kohezyon ve içsel sürtünme açıları elde edilmiş; tüm verilerin birbirleri ile olan ilişkileri regresyon analizleri yardımıyla değerlendirilmiştir.

v Nokta yükü dayanım indeksi ile kohezyon değerleri arasında oldukça anlamlı bir ilişki elde edilmiştir. Bilim Kodu : 714.3.035 Anahtar Kelimeler : Nokta yükü dayanım indeksi deneyi, tek eksenli basınç dayanımı, çekme dayanımı Sayfa Adedi : 116 Tez Yöneticisi : Doç. Dr. Nihat Sinan IŞIK

vi INVESTIGATION OF THE FACTORS THAT EFFECT THE POINT LOAD STRENGTH TEST BY USING SYNTHETIC SAMPLES (M. Sc. Thesis) Meryem DEMİR GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY February 2011 ABSTRACT Point load index test is an index test which is used to estimate the uniaxial compressive strength of rock materials. In this study a total of 280 synthetic cyelidrical samples whose uniaxial compressive strength values range between 2 and 52 were prepared using alpha plaster and concrete. These samples were prepared using 1, 2, 3 and 4 length to diameter ratio. On these samples point load index tests were performed and it was determined that length to diameter ratio has no meaningful effect on point load strength between for 1 to 4 length to diameter ratio. Uniaxial compressive strength tests were performed on samples having a length to diameter ratio of 2. Variation of k coefficient which is the ratio of uniaxial compressive strength value to point load strength was studied and it was determined that k coefficient is controlled by σ c /σ t ratio. Tensile strength of samples were determined using Brazillian test and a relationship between tensile strength and point load strength was developed. This relationship is statistically more powerfull than the relationship between uniaxial compressive strength and point load strength. Cohesion and internal friction angle of samples were calculated using uniaxial compressive strength and tensile strength values. Various regression analyses were performed between all parameters. Finally an equation between point load strength and cohesion having a high coefficient of determination was developed.

vii Science code : 714.3.035 Key words : point load test, uniaxial compressive strength, tensile strength Page Number: 116 Adviser : Assoc. Prof. Dr. Nihat Sinan IŞIK

viii TEŞEKKÜR Bu tezin hazırlanmasında ki değerli yardımlarından dolayı hocam Sayın Doç. Dr. Nihat Sinan IŞIK a teşekkür ederim. Çalışmalarımın sağlıklı bir şekilde devam etmesinde destek ve hoşgörülerini benden esirgemeyen aileme, manevi destekleriyle beni yalnız bırakmayan arkadaşlarım Ezgi DİNÇ e teşekkür ederim. Katkılarından dolayı Metin CENGİZ ve ailesine teşekkür ederim.

ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET...iv ABSTRACT...vi TEŞEKKÜR...viii İÇİNDEKİLER ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ...xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ...xiv SİMGELER VE KISALTMALAR...xvii 1. GİRİŞ... 1 2. KURAMSAL TEMELLER ve KAYNAK ARAŞTIRMASI... 4 2.1. Nokta Yükü Dayanım İndeksi Deneyi... 4 2.1.1. Test yöntemi... 4 2.1.2. Çapsal deney... 5 2.1.3. Hesaplamalar... 7 2.2. Nokta Yükü Deneyinin Kullanıldığı Alanlar... 11 2.2.1. PLT nin kaya kütlelerinin sınıflandırılmasında kullanımı... 11 2.2.2. PLT nin tek eksenli basınç dayanımının tayininde kullanımı... 12 2.2.3. Dayanım anizotropisinin değerlendirilmesinde PLT nin kullanımı... 13 2.3. Nokta Yükleme Deneyi İle Uygulamada Karşılaşılan Problemler... 14 2.3.1. Aletsel problemler... 14 2.3.2. Kullanıcıyı ilgilendiren hususlar... 16 2.4. Tek Eksenli Basınç Dayanımı Deneyi... 18 2.4.1. Test yöntemi... 19

x Sayfa 2.4.2. Hesaplamalar... 20 2.5. Brazillian Deney Yöntemiyle Çekilme Dayanımının Tayini... 21 2.5.1. Test yöntemi... 21 2.5.2. Hesaplamalar... 23 2.6. Kaynak Araştırması... 24 2.6.1. Nokta yükü dayanım indeksi deneyinin beton teknolojisinde kullanımı... 24 2.6.2. Tek eksenli basınç dayanımı deneyi ile nokta yükü dayanım deneyi arasındaki ilişkinin belirlenmesi ile ilgili yapılan çalışmalar... 26 3. MALZEME VE YÖNTEM... 29 3.1. Beton Numunelerin Hazırlanması... 31 3.2. Alçı Numunelerinin Hazırlanması... 35 3.3. Örnek Numuneler için Kalıpların Hazırlanması... 38 3.4. Nokta Yükleme Cihazı... 40 3.5. Beton Test Presi... 41 3.6. Yöntem... 44 4. DENEYSEL BULGULAR... 46 4.1. Nokta Yük Dayanım Deneyi ile Elde Edilen Bulgular... 46 4.2. Tek Eksenli Basınç Dayanımı Deneyi ile Elde Edilen Bulgular... 51 4.3. Brazillian Dolaylı Çekme Dayanım Deneyi İle Elde Edilen Bulgular... 57 4.4. Mohr Diyagramı Yardımı ile Elde Edilen Bulgular... 65 5. DENEYSEL ÇALIŞMALARDA ELDE EDİLEN VERİLERİN ve A ARALARINDAKİ İLİŞKİLERİN AÇIKLANMASI... 70

xi 5.1. Nokta Yük Dayanım İndeksi Deneyinde Numune Boyunun Deney Sonucuna Etkisi... 70 Sayfa 5.2. Nokta Yükü Dayanım İndeksi ile Tek Eksenli Basınç Dayanımı Arasındaki İlişki... 71 5.3. Nokta Yük Dayanım İndeksi ile Çekme Dayanımı Arasındaki İlişki... 74 5.4. Diğer Deneysel Bulguların Birbirleri Arasındaki İlişki... 77 6. SONUÇLAR... 84 KAYNAKLAR... 86 EKLER... 90 EK 1. Nokta yük dayanım deney formları... 91 Ek 2. Tek eksenli basınç dayanım deney formları... 105 Ek 3. Brazillian dolaylı çekme deney formları... 112 ÖZGEÇMİŞ... 117

xii Çizelge ÇİZELGELERİN LİSTESİ Sayfa Çizelge 2.1. Nokta yükü deneyinde gözlenebilecek kırılma modları... 16 Çizelge 2.2. Deney için kabul edilebilir numune boyutları... 19 Çizelge 2.3. UCS ile nokta yük indeksi arasındaki korelasyonu gösteren eşitlikler... 28 Çizelge 3.1. Çimentoya ait kimyasal, fiziksel ve mekanik özellikler... 32 Çizelge 3.2. Beton karışım oranları... 31 Çizelge 3.3. Örnek betonların 28 günlük basınç değerleri... 33 Çizelge 3.4. Alfa alçının genel özellikleri... 35 Çizelge 3.5. Kullanılan alçı karışım oranları... 35 Çizelge 3.6. Örnek alçıların basınç değerleri... 37 Çizelge 3.7. Nokta yük cihazının teknik özellikleri... 40 Çizelge 3.8. 3000 kn kapasiteli beton test presinin teknik özellikleri... 42 Çizelge 4.1. 1. Grup beton numunelere ait nokta yük dayanım değerleri... 47 Çizelge 4.2. 2. Grup beton numunelere ait nokta yük dayanım değerleri... 47 Çizelge 4.3. 3. Grup beton numunelere ait nokta yük dayanım değerleri... 48 Çizelge 4.4. 4. Grup beton numunelere ait nokta yük dayanım değerleri... 48 Çizelge 4.5. 1. Grup alçı numunelere ait nokta yük dayanım değerleri... 49 Çizelge 4.6. 2. Grup alçı numunelere ait nokta yük dayanım değerleri... 49 Çizelge 4.7. 3. Grup alçı numunelere ait nokta yük dayanım değerleri... 50 Çizelge 4.8. 1. Grup beton numunelerin basınç dayanım değerleri... 52

xiii Çizelge 4.9. 2. Grup beton numunelerin basınç dayanım değerleri... 53 Çizelge 4.10. 3. Grup beton numunelerin basınç dayanım değerleri... 53 Çizelge 4.11. 4. Grup beton numunelerin basınç dayanım değerleri... 54 Çizelge 4.12. 1. Grup alçı numunelerin basınç dayanım değerleri... 54 Çizelge Sayfa Çizelge 4.13. 2. Grup alçı numunelerin basınç dayanım değerleri... 55 Çizelge 4.14. 3. Grup alçı numunelerin basınç dayanım değerleri... 55 Çizelge 4.15. 1. Grup beton numunelerin çekme dayanım değerleri... 59 Çizelge 4.16. 2. Grup beton numunelerin çekme dayanım değerleri... 59 Çizelge 4.17. 3. Grup beton numunelerin çekme dayanım değerleri... 60 Çizelge 4.18. 4. Grup beton numunelerin çekme dayanım değerleri... 60 Çizelge 4.19. 1. Grup alçı numunelerin çekme dayanım değerleri... 61 Çizelge 4.20. 2. Grup alçı numunelerin çekme dayanım değerleri... 62 Çizelge 4.21. 3. Grup alçı numunelerin çekme dayanım değerleri... 63 Çizelge 4.22. Mohr diyagramı ile elde edilen veriler... 68 Çizelge 5.1. Beton numunelere ait k katsayısının değişimi... 71 Çizelge 5.2. Alçı numunelere ait k katsayısının değişimi... 71 Çizelge 5.3. Beton numunelere ait çekme dayanım değerleri ile nokta yük arasındaki oranlar... 74 Çizelge 5.4. Alçı numunelere ait çekme dayanım değerleri ile nokta yük arasındaki oranlar... 74 Çizelge 5.5. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen veriler... 76 Çizelge 5.6. Elde edilen veriler arasındaki regresyon eşitlikleri ve determinasyon katsayıları... 82

xiv ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Nokta yük dayanım cihazı, yükleme başlıkları... 5 Şekil 2.2. Çapsal yükleme örneği... 6 Şekil 2.3. Üç geçerli deney için yenilme tipleri... 6 Şekil 2.4. Düzeltilmemiş nokta yükü dayanım indeksi I s(50), tayin grafiği... 8 Şekil 2.5. Boyut düzeltme faktörü... 9 Şekil 2.6. Konik uç boyutları... 14 Şekil 2.7. Hidrolik preste tek eksenli basma deneyi... 18 Şekil 2.8. Brazillian deney cihazı... 21 Şekil 3.1. Kullanılan agreganın tane dağılım eğrisi... 31 Şekil 3.2. Beton numunelerin kür edilmesi... 33 Şekil 3.3. Bentonitin hazırlanması... 36 Şekil 3.4. Alçının örnek kalıplara yerleştirilmesi... 36 Şekil 3.5. Kalıpların tasarlanması... 38 Şekil 3.6. Kalıpların hazırlanması... 39 Şekil 3.7. Nokta yükleme cihazı (YKM S221)... 39 Şekil 3.8. ADR otomatik beton test presi... 41 Şekil 4.1. Çapsal deney... 45 Şekil 4.2. Eksenel kırılma... 46

xv Şekil 4.3. Karot örnekleri için geçersiz yenilme şekilleri... 46 Şekil 4.4. Tek eksenli basınç dayanım deneyi... 51 Şekil 4.5. Tek eksenli basınç deneyinde yenilen numuneler... 52 Şekil Sayfa Şekil 4.6. Çekme deneyi için hazırlanan numuneler... 56 Şekil 4.7. Nokta yükü cihazı ile dolaylı çekme dayanımı... 57 Şekil 4.8. Brazillian çekme deneyi sonunda yenilen alçı numuneler... 58 Şekil 4.9. Brazillian çekme deneyi sonunda yenilen beton numuneler... 58 Şekil 4.10. 1. Grup beton için elde edilen Mohr çemberi ve yenilme zarfı... 64 Şekil 4.11. 2. Grup beton için elde edilen Mohr çemberi ve yenilme zarfı... 65 Şekil 4.12. 3. Grup beton için elde edilen Mohr çemberi ve yenilme zarfı... 65 Şekil 4.13. 4. Grup beton için elde edilen Mohr çemberi ve yenilme zarfı... 66 Şekil 4.14. 1. Grup alçı için elde edilen Mohr çemberi ve yenilme zarfı... 66 Şekil 4.15. 2. Grup alçı için elde edilen Mohr çemberi ve yenilme zarfı... 67 Şekil 4.16. 3. Grup alçı için elde edilen Mohr çemberi ve yenilme zarfı... 67 Şekil 5.1. Farklı boylarda hazırlanan numuneler... 69 Şekil 5.2. Farklı boylarda hazırlanan numunelerin nokta yükü dayanım indeks değerleri... 70 Şekil 5.3. Nokta yükü ile tek eksenli basınç dayanım değerleri arasındaki ilişki... 72 Şekil 5.4. Tek eksenli basınç dayanımı ile nokta yük dayanım değeri arasındaki ilişki... 73 Şekil 5.5. Nokta yükü dayanım değerleri ile çekme dayanım değerleri arasındaki ilişki... 75

xvi Şekil 5.6. Çekme dayanımı deneyi ile nokta yükü dayanımı arasındaki ilişki... 75 Şekil 5.7. K(σ c /I s(50) ) katsayısı ile tek eksenli basınç dayanımı σ c arasındaki ilişki... 77 Şekil 5.8. K (σ c /I s(50) ) katsayısı ile (σ c /σ t ) arasındaki ilişki... 77 Şekil 5.9. K (σ t /I s(50) ) ile Çekme dayanımı (σ t ) arasındaki ilişki... 78 Şekil 5.10. (σ c /σ t ) ile K (σ t /I s(50) ) arasındaki ilişki... 78 Şekil 5.11 Çekme dayanımı, σ t ile k (σ c /I s(50) ) arasındaki ilişki... 79 Şekil Sayfa Şekil 5.12. Kohezyon (c) ile K (σ c /I s(50) ) arasındaki ilişki... 79 Şekil 5.13. Kohezyon (c) ile K (σ t /I s(50) ) arasındaki ilişki... 80 Şekil 5.14. (φ o ) açısı ile K (σ c /I s(50) ) arasındaki ilişki... 80 Şekil 5.15. (σ c /σ t ) ile I s(50) arasındaki ilişki... 81 Şekil 5.16. Kohezyon (c) ile I s(50) arasındaki ilişki... 81

xvii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklamalar I s σ c R I s(50) f c D max t L D D e P I a(50) σ cd σ t C φ o Nokta yükü dayanım indeksi Tek eksenli basınç dayanımı Schmidt çekiç sertliği Düzeltilmiş nokta yük dayanım indeksi Beton basınç dayanımı Maksimum dane çapı Numune kalınlığı Numune boyu Numune çapı Eşdeğer karot çapı Yenilme yükü Dayanım anizotropi indeksi D çapında bir örneğin tek eksenli sıkışma dayanımı Çekme dayanımı Kohezyon İçsel sürtünme açısı

xviii Kısaltmalar Açıklama ISRM ASTM PLT UCS International Society for Rock Mechanics American Society for Testing and Materials Nokta yük dayanım testi Tek eksenli basınç dayanımı

1 1. GİRİŞ Kaya kütleleri, kayaç malzemeleri ve süreksizliklerden oluşan bir sistemdir. Kaya kütle karakterizasyonları, kayaç malzemesinin dayanımının ve süreksizlik özelliklerinin değerlendirilebilmesi ile gerçekleştirilir. Kayaç malzemeleri homojen ve izotrop olarak kabul edilen ve dayanımları üzerinde malzemeyi oluşturan mineral, minerallerin bulunduğu doku ve tanelerin birbirine bağlanmasını sağlayan çimento malzemesinin kompozisyonunun etkin olduğu doğal yapı malzemesidir [Öztürk ve Nasuf, 2007]. Kayaç malzemelerinin dayanım özelliklerinin tayin edilmesi ve yer altında gerçekleştirilecek olan inşaatın stabilitesinin sağlanması amacıyla yapılacak olan tasarım projelerinde kayaç malzemelerinin mekanik, fiziksel ve kesilebilirlik özellikleri tayin edilmelidir. Bu durum kayaç malzemelerinin dayanım özelliklerini göstermede en çok kullanılan mekanik parametreler olarak tek eksenli basınç dayanımı (σ C ), nokta yük dayanımı (I S ) ve schmidt çekiç sertliği (R) söylenebilir. Kayaçların mekanik, fiziksel ve kesilebilirlik özellikleri laboratuar ve arazide gerçekleştirilen deneyler ile elde edilmektedir. Tek eksenli basınç dayanımı deneyi, silindirik şekle sahip kaya malzemesi örneklerinin dayanım ve kaya kütlesi sınıflamalarında kullanılmak üzere basınç dayanımının belirlenmesi amacıyla yapılır. Ayrıca deney sırasında eksenel deformasyon da ölçülebilmekte, böylece kaya malzemesinin deformasyon ve yenilme karakteristikleri de değerlendirilebilmektedir. Ancak zamanın kısıtlı olduğu ve yeterli numunenin elde edilemediği bazı durumlarda Broch ve Franklin (1972) tarafından geliştirilen ve ISRM (1985) tarafından önerilen nokta yük dayanımından faydalanmak daha kolaydır. Bu dayanım değeri kaya kütlelerinin değerlendirilmesinde girdi parametresi olarak kullanılması açısından son derece büyük önem arz etmektedir [Öztürk ve ark., 2004].

2 Nokta yükü dayanım indeksi deneyi ile kaya kütlelerinin dayanımının belirlenmesinin yanı sıra, kaya kütlelerinin sınıflandırılmasında ve anizotropinin belirlenmesinde de faydalanılmaktadır. Nokta yük dayanımı özellikle kayaçtan ISRM standartlarına uygun numune almanın mümkün olmadığı durumlarda uygulanabilmesi, test aletinin basit olması durumlarından dolayı oldukçada avantajlı hale gelmiştir. Genel olarak, nokta yük testi sahada numunelerin UCS değerlerinin hesaplanmasında en yaygın kullanılan tekniktir. Nokta yük dayanım indeksi ( ) ile UCS arasında ilişki kurmak kolay olmamakla birlikte, bu indeks laboratuar ve sahada tespiti en hızlı ve ucuz dayanım parametresidir. Tüm kayaç tipleri için yapılan birçok çalışma nokta yük dayanım indeksi ile UCS arasında ilişki kurulmasını sağlayacak tek bir faktör olmadığını göstermiştir. Bu araştırmacıların tümü nokta yük dayanım indeksi arttıkça UCS değerinin arttığı konusunda hemfikirdir [Diaments et al., 2009]. Nokta yük indeksi deneyi (PLT) ile betonların basınç dayanımları (f c ) dolaylı olarak belirlenmesi betonlar için kısmen yeni bir uygulamadır. değeri ile arasında doğrusal bir ilişki söz konusudur. Literatüre bakıldığı zaman değeri ile arasında farklı regresyon ilişkileri elde edilmiştir. Bu ilişkiler agrega cinsi, tane boyu ve çimento tipi gibi beton içerisinde kullanılan malzeme özelliklerinden etkilenmektedir. Nokta yük indeksi ile beton dayanım arasındaki ilişkiler ilk Robins (1980) tarafından incelenmiştir. Bu çalışmada karışımlarda kullanılan agreganın değeri 4 mm olan agrega ve farklı katkı malzemeleri ile 51, 49, 27, 29 MPa lık elde edilen beton numuneler ile 25, 13, 3 MPa lık basınç dayanımı yüksek alfa alçı numuneler elde edilmiştir. Polietilen boru malzemeden imal edilen iç çapı 50 mm ve boy/çap (l/d) oranı 1.0, 2.0, 3.0 ve 4.0 olan kalıplar hazırlanmıştır. Farklı boylarda elde edilen numuneler üzerinde nokta yük deneyi yapılmış, numunenin boy/çap oranının deneye etkisi incelenmiştir.

3 Her bir malzeme için l/d oranı 2.0 olan numunelere tek eksenli basınç dayanımı deneyi yapılmış nokta yük indeksi ile tek eksenli basınç dayanımı arasında ilişkilendirilen k katsayısının değişimi gözlemlenmiştir. Bununla birlikte numunelerin çekme dayanımları dolaylı çekme deneyi olan Brazillian çekme deneyi ile bulunmuş ve nokta yük indeksi değeri ile çekme dayanımı değeri karşılaştırılmıştır. Elde edilen veriler değerlendirilerek mohr diyagramı yardımıyla numunelerin kohezyonu (c) ve içsel sürtünme açıları (φ) elde edilmiş, tüm veriler ile nokta yükü dayanım indeks değerleri regresyon analizleri ile ilişkilendirilmiştir.

4 2. KURAMSAL TEMELLER ve KAYNAK ARAŞTIRMASI 2.1. Nokta Yükü Dayanım İndeksi Deneyi Bu deney, kayaçların dayanımlarına göre sınıflandırılmasında kullanılan nokta yükü dayanım indeksinin tayini amacıyla yapılır. Nokta yükü dayanım indeksi, tek eksenli sıkışma ve çekilme dayanımı gibi diğer dayanım parametrelerinin dolaylı olarak belirlenmesinde kullanılır. Deney sonucu esas alınarak; kayacın nokta yükü dayanım indeksi ve ayrıca dayanım anizotropi indeksi de hesaplanmaktadır [Ulusay ve ark., 2005]. Ayrıntılar aşağıda verilen deney yöntemi için ISRM (1985) den yararlanılmıştır. 2.1.1. Test yöntemi Nokta yük dayanımı testinde, bir numune alınır ve iki adet sertleştirilmiş çelik konik uç arasında yük uygulanır. Sistem küçük bir hidrolik pompa, bir hidrolik kriko, bir basınç göstergesi ve enine rijitliğe sahip değiştirilebilir test düzleminden oluşur (Şekil 2.1.a.). Şekil 2.1.b. de gösterilen ve tepesi küre biçiminde kesilmiş standart geometriye sahip konik uçlar 14.52 cm 2 lik silindir alanı ile kullanılır. Test sırasında hasar görmeden kalabilmeleri için, uçlar tungsten karbür veya sertleştirilmiş çelik gibi sert malzemelerden üretilmelidir [ISRM, 1985].

5 Şekil 2.1. a) Nokta yükü dayanım cihazı, b) Yükleme başlıkları 1. kaya örneği, 2.hidrolik piston, 3. tahliye kapakçığı, 4. el pompası, 5. maksimum göstergeli manometre, 6.rijit çerçeve [Hudson, 1993] Nokta yükü dayanımı deneyi çapsal ve eksenel olmak üzere iki farklı şekilde yapılmaktadır. Bunun için çeşitli çap ve boyda numuneler gerekmektedir. (i) Düzgün şekilli karot numune ile eksenel veya çapsal deneyler yapılmaktadır. (ii) Düzgün olmayan numuneler parça deneylerinde kullanılmaktadır. (iii) Bloklar halinde kesilmiş numuneler blok deneyler için kullanılmaktadır [Önce ve Topal, 2005]. Yapılan çalışmalarda çapsal deney kullanıldığı için sadece çapsal deney anlatılacaktır. 2.1.2. Çapsal deney (i) (ii) (iii) Deneye tabi tutulacak kayaçtan standartlara uygun 10 adet numune alınır. Eğer kayaç homojen değil ise bu sayı arttırılır. Numune boyunun çapına oranı (L/D) 1 den büyük olmalıdır. Numune nokta yükleme aletinin konik uçları arasına karot eksenine dik doğrultuda yerleştirilir (Şekil 2.2.).

6 Şekil 2. 2. Çapsal yükleme örneği [Chau ve Wei; 2001] (iv) Numuneye 10 60 saniye arasında kırılacak şekilde yük uygulanır. Kırılma anındaki yük kaydedilir. (v) Deneyin verimli olduğu numune kırılma şekillerinden anlaşılır (Şekil 2.3.) [Ulusay ve ark., 2005]. Şekil 2.3. Üç geçerli deneyler için yenilme tipleri a) geçerli çapsal deney, b) geçerli eksenel deney, c) geçerli blok deney [ISRM, 1985]

7 2.1.3. Hesaplamalar Düzeltilmemiş nokta yükü dayanım indeksi Düzeltilmemiş nokta yükü dayanım indeksi Eşitlik 2.1 den hesaplanır. (2.1) : düzeltilmemiş nokta yükü dayanım indeksi (kpa), P: yenilme yükü, : Eş değer karot çapı. : çapsal deneyde =, eksenel deney, blok ve düzensiz örneklerde ise, = 4A / π ( A = WD; konik başlıkların temas noktalarından geçen örneğin en küçük kesit alanı) Boyut düzeltme faktörü değeri; çapsal deneyde D nin, diğer deney türlerinde ise nin fonksiyonu olarak değişir. Bu nedenle, değerinin standart bir karot çapına (D=50 mm) göre düzeltilmesi gerekir. Bu amaçla hazırlanmış nomogram kullanılarak düzeltilmiş nokta-yükü dayanım indeksi,, belirlenir (Şekil 2.4.). Nomogram yoksa düzeltilmiş nokta yükü dayanım indeksi, (2.2)

8 (2.3) = Düzeltilmiş nokta yükü dayanım indeksi (kpa), = Düzeltilmemiş nokta yük dayanım indeksi (kpa), F = Boyut düzeltme faktörü = Eşdeğer karot çapı (mm)

Şekil 2.4. Düzeltilmemiş nokta yükü dayanım indeksini, I s(50), tayin grafiği [Broch ve Franklin, 1972] (O: orta; Y:yüksek; ÇY: çok yüksek; İDY: ileri derecede yüksek) 9

10 Boyut düzeltme faktörü (F) Şekil 2.5 deki grafikten de hesaplanabilir. Şekil 2.5. Boyut düzeltme faktörü, F [ISRM, 1985] Ortalama Is (50) değerinin hesaplanması Deneye tabi tutulan numuneler arasında en az on adet geçerli deney sonucu kaydedilir. Kaydedilen bu değerler arasında en yüksek ve en düşük ikişer değer işleme tabi tutulmayarak, geriye kalan değerlerin aritmetik ortalaması alınır. Elde edilen değer, ortalama I s(50) değeridir. Deneyde kullanılan numune sayısı 10 dan az ve sadece birkaç numune deneye tabi tutulabildi ise, en yüksek ve en küçük değerler işleme tabi tutulmayarak geriye kalan değerlerin aritmetik ortalaması alınır.

11 Nokta yükleme dayanım anizotropisi indeksi (2.4) = Dayanım anizotropi indeksi (dik yönde) = Zayıflık düzlemine dik ölçülen değeri (paralel yönde) = Zayıflık düzlemine paralel ölçülen Bu eşitlik sonucunda; değeri = 1 Kayacın izotrop olduğunu > 1 Kayacın anizotrop olduğunu gösterir. 2.2. Nokta Yükü Deneyinin Kullanıldığı Alanlar Nokta yükü deneyi bir indeks deney olmasının yanı sıra portatif, kullanımının kolay olması arazide ve laboratuarda kısa sürede yapılabilir olması nedeniyle oldukça tercih edilen bir deneydir. Nokta yük indeks deneyi; kaya kütlelerinin sınıflandırılmasında, tek eksenli basınç deneyinin dolaylı yoldan bulunmasında ve kayaçların anizotropisinin tespitinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunların yanı sıra bazı araştırmacılar nokta yük indeksi deneyini kayaçların malzeme özelliği açısından dayanımlarına göre sınıflandırılmasında (Guidicini at al., 1973, Bieniawski, 1975), tünel açma makinası hızının tahmininde (McFeat ve Tarkoy, 1979), kayaçların kazılabilirlik açısından sınıflandırılmasında (Pettifer ve Fookes, 1994) ve kayaçların dış etkilere karşı dayanıklılığı ile ilgili çalışmalarda da kullanmıştır. 2.2.1. PLT nin kaya kütlelerinin sınıflandırılmasında kullanımı

12 Kayaçların mühendislik amacıyla sınıflandırılması ve mühendislik özelliklerinin belirlenmesi, yeraltı ve yerüstü yapılarının tasarım uygulamalarının önemli bir parçasını oluşturmaktadır. Mühendislik yapılarının inşa edildiği kaya ortamları öncelikle litelojik ve minerolojik anlamda tanımlanarak, bu formasyonların indeks ve dayanım parametrelerinin belirlenmesi gerekmektedir. Kaya kütlesi şu amaçlar için sınıflandırılır; kaya kütlesi özelliklerini karakterize edecek çok önemli parametreleri tanımlamak, kaya kütlesini kaya birimlerine bölmek, her bir kaya sınıfının karakteristiğinin anlaşılması için bir temel hazırlamak, mühendislik tasarımları için sayısal veriler sağlamak, bir bölgedeki kaya kütlesini karakterize edecek parametrelerin belirlenmesi ile elde edilen tecrübelerin diğer kaya birimlerinde de uygulanabilmesidir [Bieniawski, 1993]. Kaya malzemesinin mühendislik sınıflaması açısından tanımlanması amacıyla bazı indeks deneylerden yararlanılmaktadır. Kayaç malzemenin dayanımını gösteren tek eksenli basınç deneyi (σ c ) ve nokta yükü indeksi deneyi (I s ) en çok kullanılan parametrelerdir. 2.2.2. PLT nin tek eksenli basınç dayanımının tayininde kullanımı Yeraltı açıklıklarının tasarımı veya şev duraylılığının analizi gibi kaya mühendisliği problemlerinin çözümü için gerekli olan parametrelerden en önemlilerinden biri, kaya kütlesi veya kayaç malzemesinin dayanımıdır. Dayanım değerinin güvenilir bir şekilde tespit edilmesine bu problemlerinin çözüm aşamalarında ihtiyaç duyulmaktadır. Kayaç malzemelerinin dayanımları en kolay ve efektif şekilde tek eksenli basınç dayanımı deneyinden elde edilen, tek eksenli basınç dayanım (σ c ) ile tayin edilir. Bu değerin aynı zamanda pek çok kaya kütlesi sınıflama modeli için girdi parametresi olarak kullanılması da önemini arttırmaktadır. Bir kayacın dayanımı üzerinde etkisi olan parametrelerin ne derece etkin olduğu günümüz koşullarında çok iyi saptanamamakta ve her durumda belli bir belirsizlik hâkim kalmaktadır. Bu belirsizliklerin genel kaynakları ise şöyle sıralanabilir.

13 (i) (ii) Malzeme olarak kullanılan kaya malzemesi, içerdiği yapı (doku, matris ilişkisi), çatlak durumlarının belirsizliği, anizotropinin etkisi (mikro çatlakların etkisi) ve oluşumdan kaynaklanan bir takım belirsizliklere sahiptir. Diğer taraftan test aletlerinin güvenilirliği, numunenin yöreyi temsil edip etmemesi, test yapan kişi subjektifliği, numune hazırlamada karşılaşılan sebeplerde belirsizlik kaynakları olarak gösterilebilir [Öztürk ve ark., 2004]. Kaya malzemesinin tek eksenli basınç dayanım değerinin bulunması numune hazırlaması pahalı ve zaman alıcı olması, ön hazırlık işlemlerinin uzun sürmesi ve gerekli numunenin temin edilememesi durumlarında bu değerin dolaylı yoldan bulunabilmesi için basit deney yöntemleri kullanılmaktadır. Nokta yükü indeksi deneyi bu deneylerden biridir. Birçok araştırmacı tarafından yapılan regresyon analizleri yardımıyla nokta yük dayanımı ile tek eksenli basınç dayanımı arasındaki k katsayısının çözümüne gidilmiştir, yapılan çalışmalar sonucunda k katsayısının değeri 3 İle 68 arasında çok geniş bir aralıkta sonuçlar elde edilmiştir. Bunun en temel nedeni kayaç malzemesinin kontrolü mümkün olmayan belirsizlikler içermesidir. Fakat çoğu araştırmacı nokta yük dayanımı indeksi arttıkça UCS değerinin arttığı konusunda hemfikir olmaktadır. Bununla birlikte nokta yük dayanımı, kayaçların tek eksenli basınç dayanımının tahmininde en yaygın kullanılan bir indeks özelliktir. 2.2.3. Dayanım anizotropisinin değerlendirilmesinde PLT nin kullanımı Anizotropi, en genel tanımı ile kayaçların, sahip olduğu yönlü fabrik ve mikro yapı ile mevcut süreksizliklerin etkisi sonucunda farklı yönlere göre değişik dayanım ve deformasyon göstermesi olarak tanımlanmaktadır. Kaya kütlesi ortamlarında, inşa edilecek tünel, şev vb. mühendislik yapılarının tasarımda ekonomikliğin ve güvenliğin sağlanması, mevcut anizotropinin dayanım ve deformasyon özelliklerinin doğru ve ayrıntılı bir şekilde tanımlanması ile yakından ilişkilidir. Anizotropi yaygın olarak metamorfik kayalarda, minerallerin yerleşimi ile etkilendiği tektonik gerilme

14 ve deformasyon davranışlarına bağlı olarak görülmektedir. Metamorfik kayalardan farklı olarak ise ince laminalı veya tabakalı sedimantel kayalarla bazı volkanik kayalarda da ortaya çıkmaktadır [Amadei, 1996]. Kayalarda mevcut olabilecek anizotropinin özellikleri, dayanım anizotropisi ve deformasyon anizotropisi olarak sınıflandırılmaktadır. Bu özelliklerin belirlenebilmesi için kayaların, uygulanan yüklere karşı, değişik yönlerde göstermiş olduğu farklı dayanım ve deformasyon davranışlarının tanımlanması gerekmektedir. Bu davranışların tanımlanması, kayanın sahip olduğu anizotropi düzlemlerine ya da yönelim düzlemlerine dik, yatay ve değişik açılarda konumlandırılmış örneklere dayanım ve deformasyon deneylerinin uygulanması ile mümkün olmaktadır. Zayıflık düzlemine dik ve paralel yönde yapılan deneylerden elde edilen dayanım değerinin oranı dayanım anizotropisi olarak tanımlanmaktadır. Nokta yük dayanım indeksi deneyi ile anizotropi gösteren karot örneklerine, anizotropi düzlemine dik ve paralel yönde yapılan deneyler ile ölçülen I a(50) değerinin oranı dayanım anizotropisi indeksini verir. I a = 1 koşulu kayacın izotrop, I a > 1 ise anizotrop olduğunu gösterir. 2.3. Nokta Yükleme Deneyi İle Uygulamada Karşılaşılan Problemler Nokta yük deneyi ile uygulamada karşılaşılan problemler iki kısımda anlatılmıştır. 2.3.1. Aletsel problemler Burada, ucuz ve standartlara uymayan aletlerden meydana gelen genel problemler anlatılmıştır. Yapılan deneylerin sonuçlarını etkilememesi açısından kullanılan aletle ilgili aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir. Konik uçlar

15 Şekil 2.6. da görüldüğü gibi ISRM (1985) e göre nokta yük aletinin konik uçları 60 lik bir açıya sahip ve uç açısının yarıçapı 5 mm dir. Bazı deney aletlerinde konik uçlar keskin ve sivridir. Bu uçlar deney standartlarına uygun değildir. Bu durum mutlaka kontrol edilmelidir. Konik uçların sertleşmiş çelikten imal edilmemesi de başka bir problemdir. Bu şekilde üretilen uçlar bir süre sonra kütleşmeye başlamakta buda yükün daha geniş bir alana uygulanmasına sebep olmaktadır. Deney esnasında gerektiğinde kullanılmak üzere yedek uç bulundurulmalıdır [Topal, 2000]. Şekil 2.6. Konik uç boyutları [ISRM, 1985] Yağ kaçırma Nokta yük aleti haznesindeki hidrolik yağ basıncını konik uçlara aktararak bu uçların hareketini sağlamaktadır. Zaman içinde meydana gelebilecek yağ sızmalarına dikkat edilmeli aynı zamanda yağ eksilmesi durumunda gerekli miktarda yağ eklenmelidir [Topal, 2000]. Gösterge hatası Her deneyden sonra göstergeler incelenmeli göstergelerin sıfır değerine indiğinden emin olunmalıdır. Sıfır değerine inmemesi göstergelerin bozulduğu anlamına gelir. Bu durum yanlış okumalara neden olur [Topal, 2000].

16 Yıllık bakım Nokta yük aleti çok sık kullanılması nedeniyle yıllık bakımdan geçirilmelidir. Örnek kalınlık belirten ölçek Konik uçlar birbirine değerken örnek çubuğu sıfır değerinin göstermelidir. Bu ölçek ile zayıf kayaçlarda yapılan deneyler sırasında uçlar örneğin içine birkaç milimetre girmesi ile gerçek D değerinin belirlenmesi için önemlidir [Topal, 2000]. Yanlış alet tasarımı Deney aletinin tasarımında kırılan örneğin kullanıcıya zarar vermesi en az olacak şekilde düzenlenmelidir. Örnek yenildikten sonra sağa ve sola gitmeli veya kırılan parçaların kullanıcıya gelmesini önlemek için aletin gövde kısmında koruyucu bir hazne yerleştirilmelidir. 2.3.2. Kullanıcıyı ilgilendiren hususlar Nokta yükleme deneyinde yükün kullanıcı tarafından uygulanması, yükleme hızının kullanıcının kontrolünde olması gibi hususlardan dolayı deneyi tecrübeli kişiler tarafından yapılmalı ve aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir. Kırılma süresi ISRM (1985) e göre nokta yükleme deneyi ile örnekler 10-60 saniye içerisinde kırılmalıdır. Yükleme hızı nokta yük deneyinde elle kontrol edildiği için hızın ayarlanması kullanıcının dikkatini gerektirmektedir. Örneğin daha hızlı veya daha yavaş kırılması yenilme yükünün daha yüksek veya daha düşük değerlerde

17 bulunmasına neden olmaktadır. Eğer örnek 10 60 saniye içerisinde kırılmamış ise deney geçersiz sayılmalıdır [Topal, 2000]. Konik uçlar arasındaki uzaklık Bazı zayıf kayaçlarda konik uçlar kırılma yüzeyinden birkaç milimetre içeri girmektedir. Buda deney öncesinde belirlenen D nin değerini değiştirmektedir. Kullanıcının sağlıklı veriler elde etmesi için bu değerlere dikkat etmesi gerekmektedir. İki konik uç arasındaki mesafe alet üzerindeki ölçek yardımıyla belirlenebilir. Deneyin geçerliliği Nokta yük deneyinde numunenin yenilme zamanı ve yenilme şekline göre deneyin geçerli veya geçersiz olduğu belirlenir. Çizelge 2.1 de geçerli ve geçersiz numune örnekleri gösterilmektedir. Kullanıcı yenilme nasıl olursa olsun her iki konik uçtan geçen yenilme şekli geçerli deney olarak değerlendirilmelidir [Topal, 2000]. Çizelge 2.1. Nokta yük deneyinde gözlenebilecek kırılma modları [ISRM, 1985] Yükleme Tipi Doğru Kırılma Modları Hatalı Kırılma Modları Çapsal Eksenel Blok Örnek yok iken konik uçların yüklenmesi

18 Nokta yük aletinde herhangi bir örnek yok iken yükleme yapılmamalıdır. Kullanıcı bu duruma dikkat etmelidir. Örnek yokken yükleme yapmak alette deformasyonlara neden olmaktadır. Deney örneğinin elde edilmesi Nokta yükleme deneyinde elde edilecek örneğin nasıl alındığı deney sonucunu etkilemektedir. Patlatma ve parçalama yöntemiyle elde edilen deneyler gözle görülemeyecek kılcal çatlaklara neden olmaktadır. Karot ve testere ile kesilmiş örnekler en sağlıklı sonucu verecektir [Topal, 2000]. Bunların yanı sıra yapılan deneyler sonucunda standart deney formuna deney tipi, örnek boyut, karot çapı (D), eşdeğer karot çapı (D e ), genişlik (W) veya uzunluk (L), düzeltme faktörü (F), yenilme yükü (P), nokta yükleme indeksi (I s ), düzeltilmiş nokta yük indeksi (I s(50) ) yazılmalıdır. Bunların dışında anizotropi araştırması varsa (I a ) da yazılmalı ayrıca deney örneklerinin nereden alındığı, örneğin varsa süreksizlik tipi ve yönü, nem içeriğinden bahsedilmelidir. Zaman kaybı olarak görülse bile örneğin yükleme başladıktan sonra ne kadar süre içerisinde yenildiği not edilmelidir böylece daha sağlıklı veriler elde edilmiş olunacaktır. 2.4. Tek Eksenli Basınç Dayanımı Deneyi Tek eksenli basınç dayanımı, kayaçlara uygulanan basma yüklerine karşı, kırılmadan önce göstermiş oldukları dayanma direncidir. Bu deney silindirik şekle sahip kaya malzemesi örneklerinin dayanımının belirlenmesinde, kaya kütlesi sınıflamalarında ve tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca deney sırasında eksenel deformasyon da ölçülebilmekte, böylece kaya malzemesinin deformasyon ve yenilme karakteristikleri de değerlendirilebilmektedir. Aşağıda ayrıntıları anlatılan deney için ISRM (1981) ve ASTM (1986a) tarafından önerilen yöntemler ana hatlarıyla esas alınmıştır.

19 2.4.1. Test yöntemi Deneyde silindirik numunelerin boy/çap oranı (L/D) 2.0 2.5 olan, alt ve üst yüzeyleri birbirine paralel, kırık ve çatlak içermeyen karot örnekleri kullanılır [ASTM D 2938]. Hidrolik pres tablaları arasına yerleştirilecek örneğin alt ve üstüne çapı örnek çapı kadar ve kalınlığı yarıçap kadar olan demir aparatlar yerleştirilir. Bu şekilde, yükün örnek üzerine homojen şekilde dağılması sağlanmaktadır (Şekil 2.7). Şekil 2.7. Hidrolik preste tek eksenli basma deneyi (1. Prese monteli küresel başlık, 2. Küresel yüzeyli disk, 3. Çelik silindir, 4. Yükleme hızı ayarlı dijital yük göstergesi, 5. Hidrolik yükleme sistemi) Deneyin yapılışı (i) (ii) Örnek boyutları Çizelge 2.2. de verilen en az 5 tercihen 10 örnek alt ve üst yüzeyleri birbirine paralel, yan yüzeyleri pürüzsüz düz herhangi bir kırık ve çatlak içermeyen karot örnekleri kullanılır. Numunelerin çap ve boyları kumpasla birbirine dik yönlerde ölçülerek bu değerin ortalaması alınır ve yüklemenin yapılacağı kesit alan hesaplanır.

20 (iii) (iv) (v) Numune, biri altında sabit üstünde küresel yataklı başlık olmak üzere presin ortasındaki yükselme plakasının üzerine merkezlenerek hidrolik prese yerleştirilir. Numune üzerine devamlı ve sabit bir gerilme hızında yük uygulanır. Örnek yenildiği anda yenilme yükü (P) göstergeden okunur ve kaydedilir. (vi) Örnek silindirler presten çıkartılır. Örneğin yenilme şekli kaydedilir [Ulusay ve ark., 2005]. Çizelge 2.2. Deney için kabul edilebilir numune boyutları Karot tipi (Çapı, mm) En kısa boy (mm) En uzun boy (mm) AX (30) 75 90 BQ (36,5) 91,3 109,5 BX (42) 105 126 NQ (47,6) 119 142,8 NX (54,7) 136 164,1 2.4.2 Hesaplamalar Örneğin tek eksenli sıkışma dayanımı ( ) Eşitlik 2.5 den hesaplanır. (2.5) Burada, F: yenilme anında kaydedilen yük A: silindirik örneğin kesit alanı (= π )

21 Pratikte yaygın biçimde kullanılmamasına karşın, 50 mm den farklı çapa sahip örneklerin, standart 50 mm çaptaki eşdeğer tek eksenli sıkışma dayanımı değeri Hoek ve Brown (1980) tarafından önerilen Eşitlik 2.6 dan hesaplanır. Burada, = 50 mm çapında bir karot için eşdeğer tek eksenli sıkışma dayanımı = D çapında bir örneğin tek eksenli sıkışma dayanımı D = örnek çapı 2.5. Brazillian Deney Yöntemiyle Çekilme Dayanımının Tayini Brazilian deneyi, numuneye düşey yöne bir basma kuvveti uygulandığında bu kuvvetin etkisiyle numune içinde, yatay yönde çekme kuvveti oluşarak numunenin kırılması esasına dayanır. Kayaçların direk çekme dayanımı deneyinin yapılması zordur. Bu yüzden çekme dayanımı hesaplanmak istenen kayaç numunesinin endirekt (dolaylı) çekme dayanımı bulunur ve literatürde kabul edilen formüllerle direk çekme dayanımı hesaplanır. Deney yöntemi olarak, ISRM (1981) ve CANMET (1977a) in önerdiği benzer yöntemler esas alınmıştır. 2.5.1. Test yöntemi Bu deney, silindirik kayaç numunelerinin uçlarından sabitlenerek çekilmesi şeklinde uygulanan doğrudan çekme deneyindekine göre, genellikle biraz daha yüksek

22 çekilme dayanımları elde edilmektedir. Bununla birlikte, deney daha pratik olması nedeniyle, Brazillian yöntemi daha yaygın şekilde kullanılmaktadır. Deneyin yapılışı (i) (ii) (iii) Çapı en az NX (54 mm) ve kalınlığı yarıçapıyla hemen hemen aynı olan sağlam çatlaksız silindirik örnekler hazırlanır. Deneyde kullanılacak örnek sayısı, pratik değerlendirmeye bağlı olmakla birlikte 10 adet numunenin hazırlanması tavsiye edilir. Bu silindirik numune yan yüzeyleri yükleme çenelerinin arasında kalacak şekilde düzeneğe yerleştirilir (Şekil 2.8). Numuneye 15 30 saniyede yenilecek şekilde sabit bir basınç uygulanır ve kırılma anındaki değer kaydedilir [Önce ve Topal, 2005]. Yükleme amaçlı bir presin bulunmadığı durumlarda, yükleme amacıyla nokta yük aletinden yararlanılarak da deney yapılabilir (CANMET, 1977). Bu durumda nokta yükleme aletinin konik başlıkları çıkartılarak kalınlığı en az 15 mm olan silindir başlıklar kullanılır. Bununla birlikte, bu tür bir düzenekte yükleme pompayla yapılacağı için, yükleme hızının kontrol edilmesinin mümkün olmayacağı da dikkate alınmalıdır [Ulusay ve ark., 2005].

23 Şekil 2.8. Brazilian deney cihazı (1. küresel başlık, 2. kılavuz pimi yuvası,3. üstçene, 4. kılavuz pimi, 5. alt çene) 2.5.2. Hesaplamalar Numunenin çekilme dayanımı (σt) Eşitlik 2.7 den hesaplanır. Burada; F: Numunenin yenilmesi anında uygulanan yük (kn) D: Numunenin çapı (mm) t: Numune kalınlığı (mm) D ve t birbirine dik iki ayrı yönde kumpasla ölçülür ve bulunan değerlerin ortalaması alınır.

24 2.6. Kaynak Araştırması Nokta yükü dayanım indeksi deneyi konik yükleme başlıklarının arasına karot eksenine dik veya paralel konumda yerleştirilen kayaçların arazide veya laboratuarda basma ve çekme dayanımlarının dolaylı yoldan belirlenmesi, kayaçların dayanımlarına göre sınıflandırılması ve dayanım anizotropi indeksinin belirlenmesi amacıyla yapılan deney yöntemidir. Nokta yük indisini tanımlayan Nokta Yük Deneyi ilk defa 1972 yılında Uygulamalı Kaya Mekaniği Disiplini nde kayacın bir anlamda çekme dayanımından hareketle basınç dayanımın belirlenmesine yönelik olarak geliştirilmiştir. Nokta yük deneyinin, üniversal test makinesinde gerçekleştirilen tek eksenli basınç dayanımı deneyine kıyasla daha basit, pratik ve ekonomik olması anılan deneyin en belirgin üstünlüklerini oluşturmaktadır. Nokta yük deneyinde, deney için numune uçlarının kesilmesi, düzgün yüzey elde edilmesi ve deney başlıklarının hazırlanması gibi zaman alan ve zahmetli olan ön hazırlık işlemleri yoktur. Bu da ön hazırlık işlemlerinden kaynaklanacak deney için değişkenlikleri büyük ölçüde azaltabilir [Arıoğlu ve ark., 1994]. Nokta yükü dayanım indeksi deneyi deney ekonomisi açısından düşünüldüğünde kayaca ait büyüklüklerin yerinde belirlenmesi olanağı sağladığı için daha avantajlı olup, yerinde çalışma koşulları altında zamanında karar verme imkânı sağlamaktadır. 2.6.1. Nokta yükü dayanım indeksi deneyinin beton teknolojisinde kullanımı Kaya mekaniğinde nokta yükü dayanım indeks deneyinin sahip olduğu avantajların yaygınlaşması sonucunda deney, beton teknolojisinde de ilgi görmüş ve ilk defa Robins (1980) tarafından irdelenmiştir. 450 adet karot örneği üzerinde yapılan deneyde 20 MPa ve daha yüksek basınç dayanımına sahip betonların basınç dayanımı ile I s arasında doğrusal bir ilişkinin olduğunu gözlemlemiştir. Bu ilişkilerin

25 karot boyutu ve agrega cinsinden etkilendiği ifade edilmiştir. Daha sonra beton teknolojisinde nokta yük deneyinin laboratuar ölçeğinde Robins (1984) tarafından kullanıldığı görülmektedir. Richardson (1989) 50,8, 76,2 ve 101,6 mm gibi muhtelif çaplara sahip dökme beton numuneler üzerinde nokta yük testleri yapmıştır. Nokta yük testini kullanmanın avantajı beton karot numunelerin basınç dayanımı testi ile karşılaştırıldığında, birim test başına maliyetin daha düşük olması ve testin hızlı bir şekilde yapılabilmesidir. Testin hızlı ve basitçe yapılabilir olması nedeniyle, çok sayıda benzer numunenin test edilmesi mümkün olmaktadır. Sonuçlar dökme silindirik numunelerin nokta yük indeksi, I s ile standart silindirik numunelerin basınç dayanımı, f cc arasında güçlü bir ilişki olduğunu göstermektedir [Zacoeb ve Ishibashi; 2009]. Yine başka bir çalışmada Zacoeb ve ark. (2007) maksimum iri agrega boyutunun, D max 20 mm olduğu 35 ve 50 mm çapındaki küçük beton karot numunelerin nokta yük indeksi (I s ) ile basınç dayanımı (f cc ) arasında kuvvetli bir korelasyon olduğunu göstermiştir. 16 ile 50 MPa aralığındaki beton sınıflarında basınç dayanımının hesaplanmasında lineer yaklaşım kullanılmaktadır. Benzer olarak Zacoeb ve Ishibashi (2009) boy/çap (l/d) oranları 1.5 ve 2.0 olan karot örneklerini, 2 farklı çimento tipi kullanılarak hazırlanmıştır. Araştırmacı her iki grup çimento tipi ve karot boy/çap oranlarına bağlı olarak beton basınç dayanımı ile I s değerleri arasında regresyon ilişkileri elde etmiştir. Basınç dayanımı mühendislik uygulamalarında beton karakterizasyonunda temel özelliklerden biri olarak kabul edilmektedir. Standart laboratuar testlerinde bu parametrenin belirlenmesi için standart numunelere ihtiyaç olduğundan, dayanımı tahmin etmek için çoğunlukla dolaylı test yöntemi kullanılmaktadır. Maksimum agrega boyutu beton özelliklerini etkileyen önemli bir faktördür [Ibragimov, 1989]. Beton dayanımına etki eden en önemli faktörlerden biriside agrega olarak tanımlanan farklı özellikteki kaya malzemesidir. Agreganın kimyasal ve minerolojik bileşimi, petrografik yapısı, dayanımı, özgül ağırlığı, boşluk yapısı ve rengi gibi özellikleri

26 kayacın özelliklerine bağlıdır. Ancak uygulamada genellikle agreganın tane şekli, boyutu, yüzey yapısı ve su emmesi gibi özellikleri göz önüne alınır. Tüm bu agrega özelliklerinin beton dayanımı üzerinde önemli etkisi vardır [Şengül ve ark., 2002]. Türk beton teknolojisinde ise ilk defa Yapı Merkezi Mevhibe İnönü Tüneli şantiyesinde kaplama betonunda nokta yükü dayanım indeksi deneyi kullanılmıştır. Yapılan çalışmalarda deneyde çapsal (I ç ) ve eksenel (I e ) olmak üzere iki tür yükleme yapılmıştır. Nokta yük deneyinde ait indis büyüklükleri ile beton basınç dayanımı arasındaki korelasyonlar ortaya konmuş Nokta Yük İndisi büyüklüğünün beton kalite kontrolünde uygulanabileceği gösterilmiştir. Betonda kullanılan agreganın cinsi ve maksimum agrega boyutlarının nokta yük indisi üzerindeki etkisi gözlemlenmiştir [Arıoğlu ve ark., 1994]. 2.6.2. Tek eksenli basınç dayanımı deneyi ile nokta yükü dayanım deneyi arasındaki ilişkinin belirlenmesi ile ilgili yapılan çalışmalar Kayacın mekanik özelliklerinin belirlenmesinin herhangi bir mühendislik jeolojisi projesindeki en önemli unsur olduğu kabul edilir. En yaygın kullanılan ve temel mekanik parametre, hem Amerikan Test ve Malzeme Birliği ne (ASTM, 1986) hem de Uluslararası Kaya Mekaniği Derneği ne (ISRM, 2007) göre doğrudan tespit edilen tek eksenli basınç dayanımıdır (UCS). Nispi basitliğine rağmen, bu yöntem çok zaman alan, pahalı bir yöntemdir ve çok sayıda iyi hazırlanmış (düzenli bir şekle sahip) kayaç numunesi gerektirir. Zayıf, yüksek oranda çatlak içeren, ince katmanlı kayaçlar genelde numune hazırlanması için uygun değildir. Bu nedenle, bu tip kayaçlarda UCS değerinin tespiti genelde zordur. Bundan dolayı, UCS testi yerine çoğunlukla dolaylı, daha basit, hızlı ve düşük maliyetli test yöntemleri kullanılmaktadır [Sönmez ve ark., 2004; Sönmez ve ark., 2006].

27 Broch ve Fraklin tarafından, 1972 yılında nokta yük dayanımının öne sürülmesini müteakiben, birçok araştırmacı tarafından geliştirilen ve hali hazırda kullanılmakta olan, nokta yük dayanımı basınç dayanımı ilişkileri verilmiştir. Bu iki parametre arasındaki ilişkinin varlığı ilk kez Broch ve Fraklin (1972) tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmaların dayandığı temel nokta Eşitlikte 2.8 de k olarak gösterilen katsayının bulanması esasına dayanmaktadır. Tüm bu çalışmalarda farklı kayaçlar için deneyler gerçekleştirilmiş ve akabinde lineer regresyon analizi kullanılarak k katsayısının çözümüne gidilmiştir. (2.8) Broch ve Franklin ayrıca muhtelif çaplara sahip karot numunelerinin dayanımının belirlenmesinde kullanılabilmesini sağlayan bir boyut düzeltme tablosu da geliştirmiştir [Öztürk ve ark., 2004]. Nokta yükleme dayanım indeksi ( ) değerlerinin k gibi bir faktör ile çarpılarak tek eksenli sıkışma dayanımının ( ) tahmin edilmesinde kullanılmasına karşın, k nın 24 olarak alınabileceğini belirten bir araştırmacı (Bieniawski 1975) dışında, hiçbir araştırmacı aynı k değerinin tüm kayaçlara uygulanabileceğini ifade etmemiştir. Read vd. (1980), İle arasındaki ilişkinin kayaç türü ve bozunmanın derecesine bağlı olduğunu belirtmiştir. Greminger (1982) ve Forster (1983) de Bieniawski (1975) tarafından belirtilen 24 olan dönüşüm faktörünün anizotropik kayaçlara gerektiği şekilde uygulanamayacağını göstermiştir. ISRM (1985) tek eksenli basınç dayanımı (UCS) ile nokta yük dayanımı (I s ) arasındaki oranın 20 ile 25 arasında değiştiğini ileri sürmekle birlikte, birçok araştırmacı farklı oranlar tespit etmişlerdir. Bununla birlikte, çok sayıda farklı kayaç türü üzerinde yapılan testlerde, özellikle anizotropik kayaçlarda bu aralığın 15 ile 50 arasında değiştiği de ifade edilmektedir. Bundan

28 dolayı, eğer basınç dayanımının nokta yük testlerinden yola çıkılarak öngörülmesi için keyfi bir oransal değer seçilmiş ise, % 100 e çıkabilen hata oranları ile karşılaşmak olasıdır [Kahraman ve ark., 2005]. Tek eksenli sıkışma dayanımı ile nokta yükleme dayanım indeksi oranı k yapılan çalışmalar sonucunda 22 24 arasında kullanma eğilimi oluşmuştur. Tek eksenli sıkışma dayanımı nokta yükleme dayanım indeksi oranı incelendiğinde, elde edilen oranın literatürde 3 68 gibi çok geniş bir aralık içinde değiştiği ancak genel kümelenmenin 10 30 arasında olduğu görülmektedir. Broch ve Fraklin 1972; Bieniawski 1975, Wilson 1976, Cartel ve Sneddon 1977; Al jassar ve Hawkins 1979; Tenni ve Balissat 1979; Cavagnora 1980; Hassani vd. 1980; Read vd. 1984; Abbs 1985; Norbury 1986; Hawkins ve Olver 1986;Rao vd. 1987; Leung ve Radhakrisbron 1990; Cargil ve Shakoor 1990; Bell 1992; Kahraman 1996; Anıl vd. 1996; yaptıkları teorik çalışmada bu oranın 24 ten daha küçük bir değerde ve yaklaşık olarak 15 olması gerektiğini ileri sürmüşlerdir [Topal, 2000]. Türk ve Dearman nokta yük dayanımın belirlenmesinde bazı iyileştirmeler önermiştir. Bu araştırmacılar I s ile çap arasındaki ilişkiyi gösteren logaritmik tabloları kullanarak, farklı çaplara sahip çok sayıdaki düzensiz ve düzenli prizmatik numunelerden elde edilen test sonuçlarından yola çıkarak standart nokta yük dayanımının I s(50) belirlenmesi için basit bir metot önermiştir. Bu ilişki genellikle lineer bir özellik göstermektedir [Türk ve Dearman, 1985]. Chau ve Wong 50 mm çapındaki bir numuneye (I s(50) ) göre düzeltme yapılmış nokta yük dayanımı değeri esas alınarak UCS nin hesaplanması için basit bir analitik formül önermiştir. UCS ile I s(50) arasında bir ilişki kuran indeks- dayanım dönüşüm faktörü (k) basınç dayanımı ile çekme dayanımı arasındaki orana, Poisson oranına, kayaç numunesinin uzunluk ve çapına bağlıdır [Chau ve Wong, 1996]. Kahraman, (2001) 48 farklı kayaca ait verileri kullanarak UCS ile I s arasındaki ilişkiyi incelemiş ve biri maden kömürlü tabakalar içeren kayaçlar ve diğer tip kayaçlar olmak üzere iki farklı durum tespit etmiştir. Maden kömürlü tabaka içeren

29 kayaçlar diğer kayaç tiplerine göre daha dik eğimli bir hattı takip etmektedir [Kahraman, 2001]. Tsiambaos ve Sabatakakis Yunanistan daki en yaygın sedimenter kayaçlar için UCS ve I s arasında ilişki kurulmasını sağlayan dönüşüm faktörleri üzerinde çalışmıştır. Bu araştırmacılar UCS ile I s arasındaki dönüşüm faktörünün, I s(50) < 2 MPa değerinde sahip yumuşak sedimenter kayaçlar için 13 ile 5 MPa nın üzerinde I s(50) değerine sahip daha sert kayaçlar için 28 arasında değişiklik gösterdiğini tespit etmiştir [Tsiambaos ve Sabatakakis, 2004]. Palchik ve Hatzor gözenekli tebeşirlerde Porozitenin basınç ve çekme dayanımı ile UCS ve I s arasındaki ilişki üzerindeki etkisini incelemiştir. Bu araştırmacılar UCS/ I s oranının sabit olmadığını (8 ile 18 arasında değiştiğini), ancak bu oranın poroziteye bağlı olduğunu göstermiştir. Porozite oranının % 18 den % 40 a çıkması UCS/I s oranının 18 den 8 e düşmesi ile sonuçlanmaktadır [Palchik ve Hatzor, 2004]. UCS ile nokta yük indeksi arasında korelasyon kuran tüm mevcut eşitlikler Çizelge 3.1 de verilmiştir. Çizelgede de gösterildiği gibi, UCS ile I s arasında önerilen bu oranlar çok geniş bir aralığa işaret etmektedir. Çizelge 2.3. UCS ile nokta yük indeksi arasındaki korelasyonu gösteren eşitlikler [Kahraman ve ark., 2005] (UCS = basınç dayanımı (MPa) ve I s = nokta yük indeksi (MPa)). Referans Eşitlik D Andrea ve ark., (1964) UCS = 15.3I s(50) + 16,3 Deer ve Miller, (1966) UCS = 20.7I s(50) + 29,6 Broch ve Franklin, (1972) Bieniawski, (1975) Hassani ve ark., (1980) UCS = 24I s(50) UCS = 23I s(50) UCS = 29I s(50)

30 Read ve ark., (1980) (1) Sedimenter UCS = 16I s(50) kayaçlar UCS = 20I s(50) (2) Bazalt Singh, (1981) UCS = 18.7I s(50) 13,2 Forster, (1983) Gunsallus ve Kulhawy, (1984) ISRM, (1985) Vallejo ve ark., (1989) Cargill ve Shakoor, (1990) UCS = 14.5I s(50) UCS = 16.5I s(50) + 51,0 UCS = 20 25I s(50) UCS = 8,6 16I s(50) UCS = 23I s(50) + 13 Çizelge 2.3. (Devam) UCS ile nokta yük indeksi arasındaki korelasyonu gösteren eşitlikler Tsidzi, (1991) Ghosh ve Srivastava, (1991) UCS = 14 82I s(50) UCS = 16I s(50) Ulusay ve ark., (1994) UCS = 19I s(50) + 12,7 Chau ve Wong, (1996) Smith, (1997) UCS = 12.5I s(50) UCS = 14.3I s(50) Kahraman, (2001) (1) 22 farklı kayaç tipi (2) Madenkömürlü tabakalar UCS = 8.41I s(50) + 9.51 UCS = 23.62I s(50) 2.69

31 Quane ve Russel, (2003) (1) Kuvvetli kayaçlar (2) Zayıf kayaçlar UCS = 24.4I s(50) UCS = 3.86(I s(50) ) 2 + 5.65 I s(50) Grasso ve ark., (2004) (1) Üslü ilişki (2) Lineer ilişki Tsiambaos ve Sabatakakis (2004) (1) Üslü ilişki (2) Lineer ilişki Palchik ve Hatzor, (2004) UCS = 25.67(I s(50) ) 0.57 UCS = 9.30I s(50) + 20.04 UCS = 7,3(I s(50) ) 1.71 UCS = 23I s(50) UCS = 8 18I s(50) 3. MALZEME VE YÖNTEM Bu bölümde deneysel çalışmalarda kullanılan numunelerin ve kalıpların hazırlanması, deneyde kullanılan alet ve cihazların teknik özellikleri açıklanacaktır. Burada deneye tabi tutulacak numunelerin homojen malzeme olması deney sonuçlarını etkilememesi açısından oldukça önemlidir. Doğada bulunan kaya malzemelerin su içeriklerinin farklı olması, süreksizlik durumu, kayaç yapısının özelliği porozitesi, ince tabakalı olup olmaması, çatlak içermesi vb. kontrolü mümkün olmayan farklılıkların verilerin sağlıklı karşılaştırılmasını engelleyeceği için laboratuar ortamında beton ve alçı kullanılarak basınç dayanımları farklı sentetik kaya malzemesi elde edilmeye çalışılmıştır. 3.1. Beton Numunelerin Hazırlanması Beton numunelerin hazırlanmasında en önemli etken agrega boyutunun belirlenmesi olmuştur. Nokta yük dayanım cihazının konik başlıklarının yarıçapı 5 mm olması

32 sebebiyle kullanılan agreganın deney sonuçlarını etkilememesi için maksimum dane çapı, D max 4 mm olarak alınmıştır. Agregalar Ankara Ayaş yolu Gökler köyü 13. km de bulunan kırma taş ocağından alınmıştır. Kullanılan agregalara elek analizi yapılmıştır uygulanan tane dağılım analizi Şekil 3.1. de verilmiştir. Şekil 3.1. Kullanılan agreganın tane dağılım eğrisi Çizelge 3.2. Beton karışım oranları Çalışmalarda CEM I 42,5 R tipi Porland Çimentosu kullanılmıştır. Çimentoya ait kimyasal, fiziksel ve mekanik özellikler Çizelge 3.1. de verilmiştir. Ayrıca suçimento oranı düşük olan, yüksek dayanımlı betonların üretilmesi için POLYCAR- 100 adlı F tipi süper akışkanlaştırıcı madde ve malzemenin yapısını değiştirmek amacıyla demir tozu kullanılmıştır. Tasarlanan beton karışım oranları Çizelge 3.2. de verilmiştir. AGREGA POLYCAR- DEMİR BETON ÇİMENTO SU SU/ÇİMENTO 0-4 100 TOZU TOPLAM ÖRNEKLER (kg/m³) (kg/m³) ORANI (kg/m³) (kg/m³) (kg/m³) 1. GRUP 900 220 0,24 1180 11,7 _ 2300

33 2.GRUP 750 200 0,26 1350 9,75 _ 2300 3. GRUP 900 170 0,18 1330 11,7 200 2600 4. GRUP 900 170 0,18 1330 11,7 90 2490 Çizelge 3.1. Çimentoya ait kimyasal, fiziksel ve mekanik özellikler KİMYASAL İÇERİK % FİZİKSEL ÖZELLİKLER SiO2 20,35 Özgül yüzey cm²/g 3350 AI2O3 5,98 Hacim genleşmesi, mm 1 Fe2O3 3,06 Kıvam suyu % 27,2 CaO 63,35 Prize başlangıç dk. 106 MgO 1,89 Priz sonu dk. 189 SO3 2,89 Yoğunluk (g/cm³) 3,1 Na2O 0,58 MEKANİK ÖZELLİKLER K2O 0,88 GÜN 7 28 Kızdırma kaybı 0,50 Basınç dayanımı 40,80 51,9 Eğilme dayanımı 7,30 10,1 Her bir grup için 15 kg/m³ lük karışımlar hazırlanmış, önceden yağlanıp hazırlanmış kalıplara yerleştirilmiştir. Hazırlanan betonun bünyesinde boşluklar ve çakıl birikmeleri gibi kusurlar kalmayacak şekilde şişlenmiştir. Bir gün kalıpta bekleyen betonlar kirece doygun %100 nemli ortamda 28 gün kür edilmiştir (Şekil 3.2). 28 gün sonunda kürden çıkartılan örneklerden ikişer adet alınıp basınç dayanımlarının bulunması için 3000 kn yükleme kapasiteli preste yükleme hızı 0,1 kn/s olacak şekilde ayarlanarak kırılmıştır. 28 gün sonunda betonların basınç dayanımları Çizelge 3.3 de verilmiştir.

34 Şekil 3.2. beton numunelerin kür edilmesi Çizelge 3.3. Örnek betonların 28 günlük basınç değerleri BASINÇ BETON DAYANIMLARI σ c, ÖRNEKLER (MPa) 1. GRUP 51,3 2.GRUP 49,5 3. GRUP 29,9 4. GRUP 27,6

35 3.2. Alçı Numunelerinin Hazırlanması Alçı günümüzde yapıda farklı uygulamalarda ve yapı ürünlerinin üretiminde, seramik endüstrisinde vitrifiye ve sofra eşyası gibi ürünlerin döküm yöntemi ile şekillendirilmesi için kullanılan kalıpların hazırlanmasında ve alçı taşı olarak çimentonun piriz süresinin ayarlanması amacıyla çimento üretiminde kullanılır. Piyasada kalıp alçısı, diş alçısı ve kartonpiyer alçısı adı ile farklı özellikte alçılar bulunmaktadır. Kalıplık alçılar alfa tipi, kartonpiyerlik alçılar ise beta tipi alçı olarak anılmaktadır [Aköz, 2008]. Alçının hammaddesi olan alçıtaşı kimyasal bileşimi CaSO 4 2H 2 O olan jips mineralinden oluşan tek tortul taştır. Kalıp ve model yapımında kullanılan alçı, alçı taşının öğütüldükten sonra döner fırın, kazan veya otoklav denilen basınçlı kaplarda yaklaşık 120 C 200 C de kalsine edilmesi ile elde edilir. Alçı taşının suyunun uçurulması iki safhada gerçekleşir ve bu olaya da dehidrasyon denilir. Birinci safhada oluşan maddeye yarımhidrat denir ve bu yarımhidrat, alçının hammaddesini oluşturur. İkinci safhada oluşan madde ise anhidrittir [TS 13279 2, 2007; TS 7809, 1990; Gürdal 1976]. Yarımhidratın α ve β olmak üzere iki farklı formu vardır. α yarımhidrat, iğne yapılı kristallerden, β yarımhidrat ise pirinç tanelerine benzer kristallerden oluşur. α yarımhidratın basınç dayanımı, çekme dayanımı ve aşınmaya karşı dayanıklılığı β yarımhidratına göre çok daha iyidir. Daha az suya ihtiyaç duyar. β yarımhidratının katılaşma süresi α yarımhidratına göre uzun, yoğunluğu daha düşük, hidratasyon ve yüzey enerjisi daha yüksektir. Daha fazla suya ihtiyaç gösterir [Turan, 2000]. Bu çalışmada basınç dayanımı yüksek alfa alçı tercih edilmiş, Çizelge 3.4 de alfa alçının genel özellikleri verilmiştir.

36 Çizelge 3.4. Alfa alçının genel özellikleri ALFA ALÇI Yoğunluk (kuru) 105 114 PCF Basınç Mukavemeti 457 667,9 kg/cm² Çekme Mukavemeti 232 386,7 kg/cm² Kırılma Modülü 527,3 689 kg/cm² Darbe Mukavemeti 12,3 cm, kg/cm² Su Emme 0,25 % Donma Mukavemeti Üstün (300 cc) Yapılan farklı karışım oranları ile alçının basınç dayanımı gözlemlenmiştir. Tasarlanan alfa alçı ve katkı malzemelerinin karışım oranları Çizelge 3.5 de verilmiştir. Çizelge 3.5. Kullanılan alçı karışım oranları ALFA KUVARS ALÇI SU SU/ALÇI ALÇI MERNENT F 10 TOZU NUMUNELER (kg/m³) ORANI (kg/m³) (kg/m³) (kg/m³) TOPLAM 1.GRUP 3000 900 0,30 _ 480 4380 2. GRUP 3000 1800 0,60 4800 3. GRUP 3000 450 0,15 180 _ 3450 Burada malzemenin dokusunu değiştirmek amacıyla kuvars taşının toz hali kullanılmıştır. Ayrıca basınç dayanımını azaltmak için bentonit kullanılmak istenmiş fakat farklı yüzdelerde tasarlanan karışımlarda bentonit topaklandığı için tercih edilmemiştir (Şekil 3.3). Bunun yerine su oranı arttırılmıştır. Hazırlanan harçlar seri bir şekilde kalıplara yerleştirilmiş, harcın kalıpların içine dağılması için kalıplara sarsıntı uygulanmıştır (Şekil 3.4).

37 Şekil 3.3. Bentonitin hazırlanması Şekil 3.4. Alçının örnek kalıplara yerleştirilmesi

38 Donma işlemini tamamlayan harç kalıptan çıkartılmış ve malzemenin mukavemet kazanması için iki gün kuruması beklenmiştir. Basınç dayanımlarının bulunması için 3000 KN yükleme kapasiteli preste yükleme hızı 0,1 kn/s olacak şekilde ayarlanarak kırılmıştır. Alçı numunelerinin basınç dayanımları Çizelge 3.6 da verilmiştir. Çizelge 3.6. Örnek alçıların tek eksenli basınç dayanımlarının ortalama değerleri BASINÇ ALÇI DAYANIMLARI σ c, NUMUNELER (MPa) 1.GRUP 26,0 2. GRUP 2,4 3. GRUP 13,7 3.3. Örnek Numuneler için Kalıpların Hazırlanması Nokta yük deneyi düzgün şekilli karot numuneler üzerinde yapıldığı gibi düzensiz şekilli numuneler ve blok örnekler üzerinde de rahatlıkla uygulanabilmektedir. Bununla birlikte bulunan I s değerleri çapın bir fonksiyonu olarak değişmekte, bunun içinse standart bir karot çapına (50 mm) göre düzeltme yapılmaktadır. Bu nedenle örnek çapı standartlara uygun olacak şekilde 50 mm olarak alınmıştır. Çapı 50 mm olan numunelerin sırasıyla boyları 50 mm, 100 mm, 150 mm ve 200 mm olacak şekilde kalıplar tasarlanmıştır. Beton numunelerin hazırlanmasında kullanılan silindir kalıpları istenilen çaplarda olmayıp, imal edilmesi de oldukça pahalı olacağı için kalıpların hazırlanmasında plastik borular tercih edilmiş, fakat piyasadaki standart borularda iç çapı 50 mm olan boru bulunamamış yakın değerlerinde et kalınlığı birkaç mm olması malzemenin yerleştirilmesinde delinip yırtılmalara sebep olacağı için kullanılmamıştır. En son polietilen malzemeden üretilen dış çapı 63 mm iç çapı 32 mm olan borulardan temin edilmiş ve CNC tezgâhında iç çapı 50 mm olacak şekilde işletilmiş borular kullanılmıştır. Toplamda 10 m boru alınmış 200 mm boyunda 20 adet diğer boylarda

39 10 ar adet olmak üzere 50 adet kalıp hazırlanmıştır. Kalıpların et kalınlığı 6,5 mm olmuş, buda kalıpların sağlam ve tekrar tekrar kullanılabilir olmasını sağlamıştır. Kalıplar numunelerin kolay çıkartılabilmesi için iç çapı değiştirmeyecek şekilde tek kenarlarından boydan boya kesilmiştir (Şekil 3.5.a). Şekil 3.5. Kalıpların tasarlanması Numunelere tek eksenli basınç deneyi de yapılmıştır. Tek eksenli basınç deneyinde özellikle numunenin hidrolik pres tablalarına yerleştirilecek yüzeylerinin düz ve pürüzsüz olması gerekmektedir. Hem yüzey düzgünlüğünü sağlamak hem de prize hazırlanan malzemenin içeriğindeki suyu kaybetmemesi düşünülerek kalıplara alt ve üstüne olmak üzere PVC malzemeden işlenerek toplamda 200 tane kapak hazırlanmıştır. Kalıplar hazırlanan harçların yerleştirilmesi için hazır hale getirilmiştir (Şekil 3.6).

40 Şekil 3.6. Kalıpların hazırlanması 3.4. Nokta Yükleme Cihazı Çalışmalarda kullanılan nokta yükleme cihazı iki kolon üzerine sabitlenmiş başlık çerçevesi ve el ile basmalı hidrolik krikodan oluşmaktadır (Şekil 3.7). Şekil 3.7. Nokta Yükleme Cihazı (YKM-S221)

41 Hidrolik kriko vasıtası ile uygulanan basınç alt konik ucun bulunduğu pistonu kaldırmaktadır. Diğer konik uç yük hücresinin bulunduğu üst başlığa sabitlenmiştir ve iki uç arasındaki mesafe kolunun yan tarafına monte edilen skala üzerinden okunmaktadır. Uygulanan basınç doğrudan yük olarak dijital okuma ünitesi üzerinden takip edilmekte ve peak hold maksimum yükü tut özelliği sayesinde kırılma yükünü göstermektedir. Kullanılan nokta yük cihazının teknik özellikleri Çizelge 3.7 de verilmiştir. Çizelge 3.7. Nokta yük cihazının teknik özellikleri Nokta Yükleme Cihazı (YKM-S221) Elektrik Bağlantısı 220 V, 50 Hz. 1ph Maksimum Numune Ebatı 101,5 mm Kapasite 50 kn Kontrol Ünitesi Yük hücresi - Dijital İndikatör Peak Hold özellikli Ağırlık 46 kg 3.5. Beton Test Presi Bilgisayar kontrollü tam otomatik 300 ton (3000 kn) kapasiteli beton test presinin çelik gövdesi minimum deformasyon sağlaması amacıyla yüksek mekanik dayanıklılığa sahiptir ve sürekli kullanıma uygundur. Beton Test Presi, kapalı devre hidrolik pompası vasıtasıyla tek bir tuşa basarak deneye başlamakta - üst oynar başlık ile beton numunesi arasındaki boşluk hızla kapanmakta ve beton numunesinin ön gerilmesi alındıktan sonra otomatik olarak kırma hızına geçmektedir. Sistem numunenin kırılmasıyla eş zamanlı olarak tepe değerini (pik noktası) tutmakta ve otomatik olarak pistona gelen hidrolik basıncı keserek presi boşaltmaktadır (Şekil 3.8.a).

42 200 mm kare alt tabla ve üst küresel oynar başlık arasındaki mesafe 320 mm ile 40 mm arasında boya sahip numuneleri kırabilecek açıklıktadır. Ara mesafe parçaları ile alt tablanın yüksekliği ayarlanabilmektedir (Şekil 3.8.b). Presin yükleme bölümü tel örgü koruyuculudur. Pres hem otomatik hem de mekanik olarak çalıştırılabilmektedir. Presin yükleme hızı mekanik olarak girilmekte ve sistem otomatik olarak kırılacak beton numunelerinin kesit alanını hesaplamakta, buna göre de yükleme hızını seçmektedir. Şekil 3.8 a) ADR otomatik beton test presi b) Küresel başlıklar Presin elektronik kontrol modülleri kod girme özelliğine sahiptir; deneye başlamadan önce girilen koda göre grafik ve veri değerleri, numune özellikleri, kullanıcı bilgileri, vs. bilgisayara iletilmekte ve kayıt edilmektedir. Kullanıcı bu sayede doğrudan raporu yazıcıya yollayabilmektedir. Presin dahili elektronik modüllerini kullanarak bilgisayar olmadan da beton test presi kullanılabilmektedir. Presin kalibrasyon bilgisi elektronik kontrol modüllerinde saklı tutulduğundan dolayı bilgisayarın bozulması durumunda tekrar kalibrasyon yapılmasını gerek duyulmamaktadır. Elektronik

43 modüller okunaklı 20 mm genişliğinde 4 haneli LCD ekrana sahiptir. Çalışmalarda kullanılan beton test presinin diğer teknik özellikleri Çizelge 3.8 de verilmiştir. Çizelge 3.8. 3000 kn kapasiteli beton test presinin teknik özellikleri TEKNİK ÖZELLİKLER Elektrik Bağlantısı 220-240vAC, 50 Hz, 1ph Kapasitesi 3000 kn Piston hareketi 50 mm Kontrol Ünitesi Elektronik kontrol modülü veya bilgisayar kontrollü Alt Tabla Çapı 200 mm kare Üst Tabla Çapı 300 mm Dikey Göz Açıklığı Max. 340 mm Yatay Göz Açıklığı Max 260 mm Hassasiyet Yük altında ± 1% Ebatı 245 mm x 510 mm x 1255 mm (en x boy x yükseklik) Ağırlığı 1350 kg

44 3.6. Yöntem Kırma taş ocağından alınan agregalardan bir kısmı elek analizi yapılmak üzere ayrılmıştır. Ayrılan agregaya 8.0, 5,6, 4.0, 2.0, 1.0, 0.5, 0.25 ve 0,125 mm eleklerden elenerek elek analizi yapılmıştır. Alınan agreganın max. Dane çapı 4 mm olmasına karar verilmiş, sadece 4 mm altındaki agregalar kullanılmıştır. CEM 42,5 porlant tipi çimento ve hiper akışkanlaştırıcı temin edilmiş çimento ve agrega oranı sabit tutularak farklı oranlarda akışkanlaştırıcı kullanılmıştır. İlk 24 gr akışkanlaştırıcı malzeme kullanılmış fakat beton malzeme elde edilememiştir. Her karışımda katkı malzemesi 2 gr azaltılarak kullanılmıştır. En son karışım oranları Çizelge 3.2 de verilmiştir. Basınç dayanımı yüksek alfa alçı ile su miktarını, alfa alçı ile kuvars miktarını, alfa alçı ile kullanılan su miktarını azaltmaya yardımcı Mernent F 10 adlı kimyasal malzemeyi ve alfa alçı ile bentoniti, farklı yüzde oranlarında kullanarak elde edilen sonuçlardan yola çıkılarak Çizelge 3.5 deki karışım oranları hesaplanmıştır. Yapılan denemelerde bentonit topaklandığı için kullanılmamıştır. Ayrıca su miktarının % 10 un altında olması durumunda alçı kimyasal tepkimeye girememiş numune elde edilememiştir. Hazırlanan harçların en kısa zamanda kalıplara yerleştirilebilmesi için derin dar ağızlı plastik karışım kabı ve karıştırmaya yardımcı mikser temin edilmiştir. Ortalama 30 dk içerisinde numuneler kalıplardan çıkartılabilmiştir. 4 grup beton, 3 grup alçı olmak üzere 7 farklı basınç dayanımına sahip toplamda 350 numune elde edilmiştir. Bu numunelerin l/d oranı 2,0 olan numunelerden her gruptan 10 ar adet toplamda 70 tanesi tek eksenli basınç deneyi için ayrılmıştır. Diğer numunelere ISRM 1985 e uygun şekilde nokta yük dayanım deneyi yapılmıştır. Farklı boylardaki numunelerin deney sonucuna etkisi gözlemlenmiştir. Her bir gruptan 10 ar adet ayrılan l/d oranı 2,0 olan numunelere beton test presinde tek eksenli basınç deneyi yapılmıştır. Aynı boydaki numunelere yapılan nokta yük deneyi ile tek eksenli deney sonuçları karşılaştırılmış, nokta yük dayanım indeksi, I s ile tek eksenli basınç değeri (σ c ) arasındaki k katsayısının değişimi gözlemlenmiştir.

45 Aynı numunelerden, l/d oranı 1 olacak şekilde kestirilmiş ve CANMET 1977a ya göre nokta yük dayanım cihazında dolaylı çekme dayanımı deneyi olan Brazillian deneyi yapılmıştır. Numunelerin çekme dayanım değerleri hesaplanmış nokta yük deneyi yapılan numunelerle karşılaştırılmıştır. Nokta yük deneyi ile çekme dayanım deneyi arasındaki ilişki gözlemlenmiştir. Elde edilen veriler doğrultusunda Mohr diyagramı yardımıyla numunelerin içsel sürtünme açısı (φ o ) ve kohezyonu (c) bulunmuştur. Nokta yük dayanım indeksi değerleri ile elde edilen veriler arasında regresyon analizleri yapılmış, değerler birbirleriyle ilişkilendirilmiştir.

46 4. DENEYSEL BULGULAR Bu bölümde laboratuar ortamında gerçekleştirilen deneyler ve deneysel çalışmalarda elde edilen bulgular verilmiştir. 4.1. Nokta Yük Dayanım Deneyi ile Elde Edilen Bulgular Boy/çap oranı 1.0, 2.0, 3.0 ve 4.0 olan farklı basınç dayanımına sahip örnek beton ve alçı numuneler deney için hazırlanmıştır. Numunelere çapsal deney yapılmış (Şekil 4.1.a.). Konik uçlar arasına yerleştirilen numuneler 10 60 saniye arasında kırılmıştır (Şekil 4.1.b.). Nokta yük dayanım cihazının dijital göstergesinden okunan değerler kaydedilmiştir. Şekil 4.1. a. Çapsal deney b. Çapsal kırılma Yapılan deneyler sonucunda numuneler çoğunlukla çapsal kırılma gösterdiği gibi, sadece 5 örnekte eksenel kırılma meydana gelmiştir (Şekli 4.2).

47 Şekil 4.2. Eksenel kırılma Yapılan çalışmalar sırasında ISRM 1985 e göre geçersiz deney olarak kabul edilen yenilme şekilleri meydana gelmiş, bu deneyler geçersiz deney olarak iptal edilmiştir (Şekil 4.3). Şekil 4.3. Karot örnekleri için geçersiz yenilme şekilleri Nokta yükü dayanım indeksi deneyine tabi tutulan l/d oranları 1,0, 2,0, 3,0 ve 4,0 numunelerin deney sonuçları aşağıdaki çizelgelerde verilmiştir. Çizelge 4.1. 1. Grup beton numunelere ait nokta yük dayanım değerleri

48 NOKTA YÜKÜ DAYANIM İNDEKSİ DEĞERLERİ I s(50), (MPa) Örnek No Boy/Çap Oranları 1 2 3 4 1 2,6 2,5 2,0 2,0 2 2,5 2,7 2,3 1,8 3 2,5 2,8 2,3 2,1 4 2,3 2,7 2,4 1,6 5 2,5 2,3 2,4 2,0 6-2,8 2,6 2,2 7-2,8-1,7 8-2,7-1,8 9 - - - 2,0 ORT 2,52 2,67 2,35 1,89 Çizelge 4.2. 2. Grup beton numunelere ait nokta yük dayanım değerleri NOKTA YÜKÜ DAYANIM İNDEKSİ DEĞERLERİ I s(50), (MPa) Örnek No Boy/Çap Oranları 1 2 3 4 1 3,1 2,5 3,1 2,5 2 2,4 3,3 2,7 2,4 3 2,1 2,6 2,3 2,6 4 1,9 2,8 2,9 2,7 5 3,1 2,7 3,3 3,0 6 2,5 2,5 2,2 2,4 7 2,2 2,2 2,6 2,2 8 1,8 2,4 2,2 3,5 9 2,1 - - 2,6 10 - - - 2,3 ORT 2,28 2,60 2,62 2,54

49 Çizelge 4.3. 3. Grup beton numunelere ait nokta yük dayanım değerleri NOKTA YÜKÜ DAYANIM İNDEKSİ DEĞERLERİ I s(50), (MPa) Örnek No Boy/Çap Oranları 1 2 3 4 1 2,3 2,4 1,7 2,5 2 2,7 2,8 1,8 2,6 3 2,3 2,3 2,2 2,5 4 2,2 2,1 1,9 2,3 5 2,7 2,1 2,2 2,3 6 1,9 1,4 2,6 2,2 7 1,8 2,7 2,0 2,6 8 2,1 1,8 2,1 2,5 9 3,4 1,8 2,1 2,0 10 2,5-2,6 - ORT 2,35 2,17 2,09 2,40 Çizelge 4.4. 4. Grup beton numunelere ait nokta yük dayanım değerleri NOKTA YÜKÜ DAYANIM İNDEKSİ DEĞERLERİ I s(50), (MPa) Örnek No Boy/Çap Oranları 1 2 3 4 1 2,3 2,4 2,3 2,3 2 2,1 2,3 1,8 2,6 3 1,9 2,0 2,2 2,5 4 2,4 2,2 1,8 2,7 5 2,4 1,6 2,3 2,8 6 2,1 2,5 2,3 2,8 7 2,3 2,3 2,1 2,7 8 1,8 1,6 2,0 2,7 9 2,8 2,6 2,4 1,9 10 2,1 2,5 2,3-11 1,9 - - - ORT 2,20 2,21 2,19 2,60

50 Çizelge 4.5. 1. Grup alçı numunelere ait nokta yük dayanım değerleri NOKTA YÜKÜ DAYANIM İNDEKSİ DEĞERLERİ I s(50), (MPa) Örnek No Boy/Çap Oranları 1 2 3 4 1 1,2 1,5 1,7 1,4 2 1,3 1,5 1,7 1,1 3 1,6 2,3 1,5 2,2 4 1,7 1,1 1,9 1,6 5 1,4 1,8 1,5 1,9 6 1,4 1,6 1,9 1,9 7 1,5 1,6 1,3 1,5 8 1,5 1,3 1,7-9 1,3 1,4 - - 10-1,8 - - 11-1,8 - - ORT 1,44 1,59 1,68 1,64 Çizelge 4.6. 2. Grup alçı numunelere ait nokta yük dayanım değerleri NOKTA YÜKÜ DAYANIM İNDEKSİ DEĞERLERİ I s(50), (MPa) Örnek No Boy/Çap Oranları 1 2 3 4 1 0,5 0,5 0,4 0,5 2 0,5 0,4 0,4 0,5 3 0,5 0,5 0,5 0,6 4 0,6 0,4 0,4 0,7 5 0,7 0,5 0,4 0,5 6 0,5 0,4 0,4 0,5 7 0,5 0,5 0,4 0,5 8 0,6 0,4 0,4 0.7 9 0,5 0,5 0,4 0,7 10 0,6 0,4-0,5 ORT. 0,55 0,43 0,42 0,55

51 Çizelge 4.7. 3. Grup alçı numunelere ait nokta yük dayanım değerleri NOKTA YÜKÜ DAYANIM İNDEKSİ DEĞERLERİ I s(50), (MPa) Örnek No Boy/Çap oranları 1 2 3 4 1 1,3 0,9 0,7 1,4 2 1,3 0,9 1,0 1,3 3 1,4 0,8 0,8 1,2 4 1,4 0,9 1,0 1,2 5 1,3 0,9 0,8 1,2 6 1,0 0,9 0,9 1,0 7 1,6 0,8 1,0 0,9 8 1,0 0,7 0,8 1,2 9 1,3 0,9 1,1 0,8 10 1,0 0,8 1,0 1,2 11 1,2 1,0 - - 12 1,3 - - - ORT. 1.2 0,9 0,9 1,2 Yedi farklı basınç dayanımında, 4 ayrı boyda örnek numunelere yapılan nokta yükü dayanım deneyinde deney sonucunda boyutun nokta yük dayanım deneyinde anlamlı bir fark meydana getirmediği gözlemlenmiştir. Örneklere yapılan çapsal deneyler sonucunda % 98 oranında çapsal kırılma meydana geldiği gözlemlenmiştir. 4.2. Tek Eksenli Basınç Dayanımı Deneyi ile Elde Edilen Bulgular Boy/Çap oranı 2.0 olan numunelerden her bir grup için 10 ar adeti tek eksenli basınç dayanımı deneyi için ayrılmıştır. Tek eksenli basınç deneyi 3000 kn kapasiteli test presinde yükleme hızı 0,1 kn/sn olacak şeklide hazırlanmış deney cihazında gerçekleştirilmiş (Şekil 4.4), örnekler ortalama 5 10 dk içerisinde yenilmiştir (Şekil 4.5).

Şekil 4.4. Tek eksenli basınç dayanım deneyi 52

53 Şekil 4.5. Tek eksenli basınç deneyinde yenilen numuneler Yapılan çalışmalar sonucunda numunelerin basınç dayanımı değerleri aşağıdaki Çizelgelerde verilmişitir. Çizelge 4.8. 1. Grup beton numunelerin basınç dayanım değerleri TEK EKSENLİ ÖRNEK SIKIŞMA NO DAYANIMI σ c, (MPa) 1 52.1 2 50,8 3 51,8 4 48,6 5 52,3 6 51,9 ORT. 51,3

54 Çizelge 4.9. 2. Grup beton numunelerin basınç dayanım değerleri TEK EKSENLİ ÖRNEK SIKIŞMA NO DAYANIMI σ c, (MPa) 1 50,3 2 45.7 3 53.4 4 49.4 5 48.2 6 49,7 ORT. 49,5 Çizelge 4.10. 3. Grup beton numunelerin basınç dayanım değerleri TEK EKSENLİ ÖRNEK SIKIŞMA NO DAYANIMI σ c, (MPa) 1 23.5 2 25,9 3 30,0 4 35,8 5 24,7 6 25,9 ORT. 27,6

55 Çizelge 4.11. 4. Grup beton numunelerin basınç dayanım değerleri TEK EKSENLİ ÖRNEK SIKIŞMA NO DAYANIMI σ c, (MPa) 1 26,8 2 23,8 3 24,0 4 33,8 5 34,0 6 33,0 7 33,6 ORT. 29,9 Çizelge 4.12. 1. Grup alçı numunelerin basınç dayanım değerleri TEK EKSENLİ ÖRNEK SIKIŞMA NO DAYANIMI σ c, (MPa) 1 25,7 2 25,6 3 27,4 4 29,2 5 27,9 6 25,6 7 25,7 8 25,2 9 21,6 ORT. 26,0

56 Çizelge 4.13. 2. Grup alçı numunelerin basınç dayanım değerleri TEK EKSENLİ ÖRNEK SIKIŞMA NO DAYANIMI σ c, (MPa) 1 2,6 2 2,5 3 2,4 4 2,5 5 2,2 6 2,1 7 2,6 8 2,6 9 2,1 ORT. 2,4 Çizelge 4.14. 3. Grup alçı numunelerin basınç dayanım değerleri TEK EKSENLİ ÖRNEK SIKIŞMA NO DAYANIMI σ c, (MPa) 1 14,2 2 13,7 3 14,5 4 13,6 5 13,9 6 14,3 7 13,3 8 12,5 9 13,6 10 12,9 ORT. 13,7

57 Yapılan deneyler sonucunda 51,25, 49,45, 29,88 ve 27,62 MPa basınç dayanımına sahip beton numuneler ile 25,96, 13,66 ve 2,41 MPa basınç dayanımına sahip alçı numuneler elde edilmiştir. Aynı boyda, aynı malzemeden elde edilen numunelere nokta yük deneyi yapılmış, nokta yükü dayanım indeksi değeri ile tek eksenli basınç dayanım değeri arasındaki k katsayısının değişimi gözlemlenmiştir. 4.3. Brazillian Dolaylı Çekme Dayanım Deneyi İle Elde Edilen Bulgular Bu deney silindirik kayaç örneklerinin uçlarından sabitlenerek çekilmesi şeklinde uygulanan doğrudan çekme deneyinin daha pratik olarak bulunmasında kullanılan dolaylı bir yöntemdir. Bu çalışmada l/d oranı 1,0 olacak şekilde numuneler hazırlanmış, deneyde 7 farklı basınç dayanımına sahip, her bir gruptan en az 6 adet deney örneği kullanılmıştır (Şekil 4.6). Şekil 4.6. Çekme deneyi için hazırlanan numuneler

58 Hazırlanan numunelere nokta yükü cihazı kullanılarak Brazillian dolaylı çekme dayanımı deneyi yapılmıştır (Şekil 4.7), (CANMET, 1977a). Şekil 4.7. Nokta yükü cihazı ile dolaylı çekme dayanımı Yapılan deneyler sonucunda numunelerin yenilme şekilleri Şekil 4.8 ve Şekil 4.9 da verilmiştir.

59 Şekil 4.8. Brazillian çekme deneyi sonunda yenilen alçı numuneler Şekil 4.9. Brazillian çekme deneyi sonunda yenilen beton numuneler

60 Yapılan deneyler sonucunda elde edilen çekme dayanım değerleri aşağıdaki Çizelgelerde verilmiştir. Çizelge 4.15. 1. Grup beton numunelerin çekme dayanım değerleri ÖRNEK NO ÇEKİLME DAYANIMI σ t, (MPa) Örnek 1 5,7 Örnek 2 5,9 Örnek 3 5,7 Örnek 4 5,5 ORT. 5,7 Çizelge 4.16. 2. Grup beton numunelerinin çekme dayanım değerleri ÖRNEK NO ÇEKİLME DAYANIMI σ t, (MPa) Örnek 1 5,3 Örnek 2 5,6 Örnek 3 5,4 Örnek 4 5,4 Örnek 5 5,3 Örnek 6 5,1 ORT. 5,4

61 Çizelge 4.17. 3. Grup beton numunelerin çekme dayanım değerleri ÖRNEK NO ÇEKİLME DAYANIMI σ t, (MPa) Örnek 1 4,3 Örnek 2 3,6 Örnek 3 4,0 Örnek 4 3,9 Örnek 5 4,5 ORT. 4,1 Çizelge 4.18. 4. Grup beton numunelerin çekme dayanım değerleri ÖRNEK NO ÇEKİLME DAYANIMI σ t, (MPa) Örnek 1 4,9 Örnek 2 4,9 Örnek 3 4,7 Örnek 4 4,8 Örnek 5 4,8 ORT. 4,8

62 Çizelge 4.19. 1. Grup alçı numunelerin çekme dayanım değerleri ÖRNEK NO ÇEKİLME DAYANIMI σ t, (MPa) Örnek 1 1,7 Örnek 2 1,8 Örnek 3 1,6 Örnek 4 1,3 Örnek 5 1,7 Örnek 6 1,7 Örnek 7 1,8 Örnek 8 1,7 Örnek 9 1,8 Örnek 10 1,7 Örnek 11 1,9 Örnek 12 1,8 Örnek 13 1,8 Örnek 14 1,9 Örnek 15 1,7 ORT. 1,7

63 Çizelge 4.20. 2. Grup alçı numunelerin çekme dayanım değerleri ÖRNEK NO ÇEKİLME DAYANIMI σ t, (MPa) Örnek 1 1,2 Örnek 2 1,1 Örnek 3 1,2 Örnek 4 1,3 Örnek 5 1,1 Örnek 6 1,2 Örnek 7 1,3 Örnek 8 1,2 Örnek 9 1,1 Örnek 10 1,2 Örnek 11 1,1 Örnek 12 1,1 Örnek 13 1,0 Örnek 14 1,0 Örnek 15 1,1 ORT. 1,2

64 Çizelge 4.21. 3. Grup alçı numunelerini çekme dayanım değerleri ÖRNEK NO ÇEKİLME DAYANIMI σ t, (MPa) Örnek 1 1,8 Örnek 2 1,3 Örnek 3 1,9 Örnek 4 1,8 Örnek 6 1,5 Örnek 7 1,4 Örnek 8 1,6 Örnek 10 1,3 Örnek 11 1,3 Örnek 12 1,5 Örnek 13 1,4 Örnek 14 1,3 Örnek 15 1,2 Örnek 16 1,3 Örnek 17 1,2 Örnek 18 1,2 Örnek 19 1,4 Örnek 20 1,6 Örnek 21 1,5 ORT. 1,5

65 Yapılan yarmada çekme deneyleri sonucunda numunelerin basınç dayanımları azaldıkça çekme dayanım değerleri de azalmakta olduğu gözlemlenmiştir. Basınç dayanımları yaklaşık olan 3. Grup beton, (27,62 MPa) ile 1. Grup alçı (25,96 MPa) numunelerin çekme dayanımları Çizelge 4.17 ile Çizelge 4.19 de görüldüğü gibi birbirinden oldukça farklı çıkmıştır. 4.4. Mohr Diyagramı Yardımı ile Elde Edilen Bulgular 7 farklı grup numune ile yapılan basınç ve çekme dayanım değerlerinin ortalaması kullanılarak örneklerin yenilme zarfları çizilmiş ve bu zarftan içsel sürtünme açısı (φ), ve kohezyon (c) değerleri aşağıdaki diyagramlardan elde dilmiştir. Şekil 4.10. 1. Grup beton için elde edilen Mohr dairesi ve yenilme zarfı

66 Şekil 4.11. 2. Grup beton numuneler için elde edilen Mohr dairesi ve yenilme zarfı Şekil 4.12. 3. Grup beton numuneler için elde edilen Mohr dairesi ve yenilme zarfı

67 Şekil 4.13. 4. Grup beton numuneler için elde edilen Mohr dairesi ve yenilme zarfı Şekil 4.14. 1. Grup alçı numuneler için elde edilen Mohr dairesi ve yenilme zarfı

68 Şekil 4.15. 2. Grup alçı numuneler için elde edilen Mohr dairesi ve yenilme zarfı Şekil 4.16. 3. Grup alçı numuneler için elde edilen Mohr dairesi ve yenilme zarfı

69 Çizelge 4.22. Mohr diyagramı ile elde edilen veriler Örnek No Tek Eksenli Basınç Dayanımı σ c, (MPa) Çekme Dayanımı σ t, (MPa) Kohezyon c (Mpa) İçsel Sürtünme Açısı (φ o ) σ c / σ t 1 51,2 5,7 8,6 53,1 9,0 2 49,5 5,4 8,2 53,5 9,2 3 29,9 4,8 6.0 46,4 6,2 4 27,6 4,1 5,3 48,1 6,8 5 26,0 2,9 4,3 53,3 9,1 6 13,7 1,5 2,2 53,8 9,4 7 2,4 1,2 0,8 20,7 2,1

70 5. DENEYSEL ÇALIŞMALARDA ELDE EDİLEN VERİLERİN ve ARALARINDAKİ İLİŞKİLERİN AÇIKLANMASI Bu bölümde nokta yük dayanım indeksi deneyinde farklı boylardaki numunelere ait deney sonuçlarının karşılaştırılması, nokta yük dayanım indeks değerleri ile tek eksenli basınç dayanım değerleri arasındaki ilişki ve nokta yük dayanım indeksi değerleri ile çekme dayanımı değerleri arasındaki ilişkiler irdelenecektir. 5.1. Nokta Yük Dayanım İndeksi Deneyinde Numune Boyunun Deney Sonucuna Etkisi Yapılan çalışmalarda basınç dayanımları farklı 4 grup beton ile basınç dayanımları farklı 3 grup alçı numune kullanılmıştır. Numunelerin boy/çap oranları 1,0, 2,0, 3,0 ve 4,0 olacak şekilde her boydan 10 ar adet numune hazırlanmıştır (Şekil 5.1). Şekil 5.1 Farklı boylarda hazırlanan numuneler

71 Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen grafikler Şekil 5.2 de verilmiştir. Şekil 5.2. Farklı boylarda hazırlanan numunelerin nokta yükü dayanım indeks değerleri Şekil 5.2 den de görüldüğü gibi farklı boylarda hazırlanan numunelerin nokta yük dayanım indeks değerleri birbirine yakın değerlerde çıkmıştır. Numunelerdeki ufak farklılıkların artış veya azalışlarında anlamlı bir sonuç elde edilememiş, nokta yükü dayanım indeks deneyinde 1,0 ile 4,0 arasında değişen boy/çap oranının deney sonuçlarını etkilemediği sonucuna varılmıştır. 5.2. Nokta Yükü Dayanım İndeksi ile Tek Eksenli Basınç Dayanımı Arasındaki İlişki Nokta yük dayanım indeksi kayaçların tek eksenli basınç dayanımı değerinin dolaylı olarak belirlenmesinde kullanılan bir indeks değerdir. Nokta yükü dayanım indeksi ile tek eksenli basınç dayanımı arasında elde edilen oranın literatürde 3 68 gibi çok geniş bir aralık içinde değiştiği ancak genel kümelenmenin 10 30 arasında olduğu görülmektedir. Birçok araştırmacı bu iki değer arasındaki ilişkiyi incelemiş, iki değer

72 arasındaki k katsayısının 22 24 arasında kullanma eğilimi olmuştur. Araştırmacıların çoğu nokta yük dayanım indeksi değeri arttıkça tek eksenli basınç değerinin de arttığı konusunda hemfikirdir. Yapılan deneysel çalışmalarda farklı basınç dayanımlarında her bir gruptan 10 ar adet olmak üzere 70 tane numune tek eksenli basınç dayanımı deneyine tabi tutulmuş, bulunan tek eksenli basınç dayanım değerleri ile nokta yük dayanım değeri arasındaki k katsayıları beton numuneler için Çizelge 5.1 de, alçı numuneler için Çizelge 5.2 de verilmiştir. Çizelge 5.1. Beton numunelere ait k katsayısının değişimi Tek Eksenli Basınç Nokta Yükü İndeksi Değerleri Değerlerinin σ c, (MPa) I s(50), (MPa) k katsayısı 51,3 2,7 19,2 49,5 2,6 19,0 29,9 2,2 13,5 27,6 2,2 12,7 Çizelge 5.2. Alçı numunelerin ait k katsayısının değişimi Tek Eksenli Basınç Değerleri Nokta Yükü İndeksi Değerleri σ c, (MPa) I s(50), (MPa) k katsayısı 26,0 1,6 16,3 13,7 0,9 15,9 2,4 0,4 5,6

73 Deneysel çalışmalar sonucunda k katsayılarının her basınç dayanımı için farklı değerlerde çıktığı, hazırlanan örneklerden basınç dayanımı birbirine yakın beton numunelerden 27,62 MPa, alçı numunelerden 25,96 MPa olan numunelerin k katsayıları değerlendiğinde birbirinden oldukça farklı değerler aldığı gözlemlenmiş, k katsayısının farklı malzemelerde farklı değerler alabileceğini göstermiştir (Şekil 5.3). Şekil 5.3. Nokta yük ile tek eksenli basınç dayanım değerleri arasındaki ilişki Nokta yükü dayanım değerleri ile tek eksenli basınç dayanımı arasındaki yapılan regresyon analizi sonuçları Şekil 5.4. de verilmiştir.

74 Şekil 5.4. Tek eksenli basınç dayanımı σ c ile nokta yük dayanım değeri Is (50) arasındaki ilişki Yapılan analiz sonucunda tek eksenli basınç dayanımı ile nokta yük dayanım indeksi arasında Şekil 5.4 e görülen ve Eşitlik 5.1 de verilen ilişki saptanmıştır. Korelasyon katsayısı 0.90 gibi yüksek bir değer elde edilmiştir. σ c = 16,54 I s(50) (R 2 = 0,88) (5.1) Eşitlik 5.1 deki dayanım dönüştürme kat sayısı 16,54 olup, bu değer literatürde nokta yükü dayanım indeksinden tek eksenli sıkışma dayanımının tahmininde kullanılmak üzere verilen k katsayısının değişim aralığının genel kümelenmesi (10-30) olan değerler içinde yer almaktadır. 5.3. Nokta Yük Dayanım İndeksi ile Çekme Dayanımı Arasındaki İlişki Yapılan deneysel çalışmalarda nokta yükü dayanım indeksi deneyine tabi tutulan numunelerden l/d oranı 1 olacak şekilde Brazillian dolaylı çekme dayanım deneyinde kullanılmak üzere hazırlanmıştır. CANMET 1977a ya göre Brazillian dolaylı çekme dayanım deneyi nokta yükü dayanım cihazında gerçekleştirilmiştir. Tek eksenli basınç dayanım değeri ile nokta yükü dayanım indeksi arasında oldukça çok çalışma olmasına karşın nokta yükü dayanım indeksi ile çekme dayanım değeri arasındaki ilişki üzerine çok az sayıda araştırma vardır.

75 Nokta yükü dayanım indeksi ile çekme dayanımı değeri arasındaki oran 0,8 olarak bulunmuştur (ISRM, 1985). Yapılan çalışmadaki oranlar beton numuneler için Çizelge 5.3 ve alçı numuneler için Çizelge 5.4 de verilmiştir. Çizelge 5.3. Beton numunelere ait çekme dayanım değerleri ile nokta yük arasındaki oranlar Çekme Dayanım Değerleri σ t, (MPa) Nokta Yükü İndeksi Değerleri I s(50), (MPa) Oranlar 5,71 2,67 0,47 5,37 2,60 0,48 4,79 2,21 0,46 4,05 2,17 0,53 Çizelge 5.4. Alçı numunelere ait çekme dayanım değeri ile nokta yük arasındaki oranlar Çekme Dayanım Değerleri σ t, (MPa) Nokta yükü indeksi değerleri I s(50), (MPa) Oranlar 2,85 1,59 0,56 1,46 0,86 0,59 1,15 0,43 0,40 Elde edilen veriler sonucunda nokta yükü dayanım indeksi ile çekme dayanım değerleri arasındaki oranın birbirine çok yakın değerlerde çıktığı gözlemlenmiştir. (Şekil 5.5).

76 Şekil 5.5. Nokta yükü dayanım değeri ile çekme dayanım değerleri arasındaki ilişki Çekme dayanım değeri ile nokta yük arasında yapılan regresyon analizi sonuçları Şekil 5.6. de verilmiştir. Şekil 5.6. Çekme dayanım değeri, σ t ile nokta yük dayanımı Is (50) arasındaki ilişki