6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS 11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey Temel Zeminine Ait Jeo-Mühendislik Özelliklerin Coğrafi Bilgi Sistemi Kullanılarak Değerlendirilmesi: Eskişehir İli, Güllük, Yenibağlar ve Bahçelievler Mahalleleri Örneği E. Akdeniz¹, Y. Güney², E. Pekkan³,U. Avdan 4, Mu.r Tün 5,B. Ecevitoğlu 6 1 Anadolu Üniversitesi, Eskişehir, eebruakdeniz@gmail.com 2 Anadolu Üniversitesi, Eskişehir, yguney@anadolu.edu.tr 3 Anadolu Üniversitesi, Eskişehir, epekkan@anadolu.edu.tr 4 Anadolu Üniversitesi, Eskişehir, uavdan@anadolu.edu.tr 5 Anadolu Üniversitesi, Eskişehir, mtun@anadolu.edu.tr 6 Ankara Üniversitesi, Ankara, ecevit@eng.ankara.edu.tr Using Geographical Information Systems in Interpretation of Geo- Engineering Properties of Ground: Yenibağlar and Bahçelievler District Sample in Eskişehir Abstract-Although Eskişehir has approximately 626,000 population, it does not possesses favorable soil conditions and ground water level as far as seismicity and settlement concern. During the 7.4 magnitude August 17, 1999 Kocaeli Earthquake at Eskişehir downtown, one building was collapsed and dozens became unusable. Therefore, soil conditions of the settlement and its behavior under the influence of earthquakes become important. From this viewpoint, the geotechnical evaluation of Eskişehir settlement region is needed. In this study, using the Geographical Information Systems (GIS), Güllük, Yenibağlar and Bahçelievler Districts of Tepebaşı Municipality are evaluated from the geotechnical viewpoint. Using the soil classification data obtained from Standard Penetration Tests (SPT) to determine the basic soil properties; Geo-Engineering Maps are produced. In this work, ArcGIS (a GIS software) and Voxel (a 3D solid modeling software) are used. Examination of the maps obtained reveal moderately changing soil profile with gradual gradation from fine grain soil at the surface, to a coarse grain soil. When the maps obtained are examined, in some locations, drop in SPT values were observed due to ground water level. In this study, initial data on geo-engineering model of 3 districts chosen as pilot settlements were acquired; related maps and sections were obtained. Keywords Eskişehir, Geographical Information System, SPT, Zone Maps, Geo-Engineering Maps. I.GİRİŞ CBS (Coğrafi Bilgi Sistemleri); Dünya üzerindeki sosyal, ekonomik ve çevresel sorunların çözümüne dayalı karar verme sürecinde kullanılan, coğrafi veri ve yöntemler bütünüdür. Bu sistem, dünya üzerinde mevcut olan nesnelere ve meydana gelen olaylara ait bilgileri toplamaya, bunları bilgisayar ortamında depolamaya, sorgulama yapmaya, istenilen format ve ölçekte haritalamaya ve analizlerini yapmaya yarayan yüksek performanslı bir bilgisayar sistemidir. CBS, coğrafi konumu olan nesne ve olaylara ait tüm verilerin toplanması ve depolanmasının yanı sıra güncelleştirilmesini, sorgulanmasını ve sentezlenmesini de sağlar. Bu gibi özellikleri nedeniyle bu sistem, diğer sistemlerden ayrılarak eski haritalama yöntemlerinin yerini almaktadır. (Tosun ve Orhan, 2007) Ayrıca, son yıllarda Dünya da ve ülkemizde kullanımı yaygınlaşan CBS, veritabanı desteği ve konumsal problemlere getirdiği çözümler sayesinde etkin bir karar desteği sağlamaktadır. Eskişehir ili Tepebaşı Belediyesi ne ait Güllük- Yeni Bağlar ve Bahçelievler Mahalleleri nin sınırları içinde kalan alan, yaklaşık olarak 1,52 km 2 dir ve genel olarak alüvyon zeminden oluşmaktadır. Çalışma kapsamında bölgede arazi ve laboratuar çalışmaları yapılmıştır. Bu kapsamda 136 adet sondaja ait veriler değerlendirilmiş ve sondajlardan alınan örselenmiş ve örselenmemiş numuneler kullanılarak zeminin fiziksel ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Aynı zamanda çalışma alanından alınan örselenmiş ve örselenmemiş numuneler üzerinde temel zeminine ait tane çapı dağılımı, özgül ağırlık, kıvam indisleri gibi fiziksel deneyler ile dayanım özelliklerini ortaya koyan mühendislik deneyleri yapılmıştır. Standart Penetrasyon Deneyi (SPT), zemin sınıfı ve serbest basınç dayanımı değerleri kendi içinde incelenerek bir veri tabanı oluşturulmuş, elde edilen özelliklere bağlı olarak oluşturulan veri tabanı yardımıyla zeminin 3 boyutlu modellemesi yapılmış, birer metreden alınan kesitler ArcGIS programında sayısallaştırılmıştır. Sonuç olarak sondaj verilerinden elde edilen özellikler kullanılarak orta ölçekli arazi kullanım haritaları elde edilmiştir. Ayrıca elde edilen haritalar değerlendirilmiş ve zeminin fiziksel özellikleri belirlenmiş, aralarındaki ilişki jeoteknik açıdan incelenmiştir. Elde edilen bilgiler bölgedeki araştırmacı ve uygulamacılara bölgede yapılacak çalışmalar için ön fikir verebilecek niteliktedir. II.İNCELEME ALANININ GENEL ÖZELLİKLERİ İnceleme alanı 1/25.000 ölçekli i25a4 pafta içerisinde olup, 4406750-4407750 kuzey enlemleri ile 287600-288400 doğu boylamları arasında bulunmaktadır. Bölgede Eskişehir iline güneybatıdan giren ve şehrin merkezinden geçerek şehrin doğusundan çıkan Porsuk Nehri bulunmaktadır. Porsuk Nehri inceleme alanı olan Güllük- Yeni Bağlar ve Bahçelievler mahallelerinin güneyinden geçmektedir (Şekil 1). 202
Preparation of Papers for IATS 2011 Symposium III.İNCELEME ALANININ JEOLOJİK ÖZELLİKLERİ 3.1. Stratigrafi Eskişehir ili sınırlarında bulunan formasyonlar; gençten yaşlıya doğru, Alüvyon, Akçay Formasyonu, Ilıca Formasyonu, Porsuk Formasyonu, Mamuca Formasyonu ve Karkın Formasyonu dur (Şekil 2). İnceleme alanı içerisinde bulunan Güllük-Yeni Bağlar ve Bahçelievler mahallelerinin zemini kil, silt, kum ve çakıl seviyeleri içeren alüvyondan oluşmaktadır. İnceleme alanının kuzey batısında ve batısında; kil, silt, kum ve çakıl içeren Pleyistosen yaşlı Akçay Formasyonu bulunmaktadır. İnceleme alanının güneyinde ise konglomera kumtaşı içeren Üst Miyosen yaşlı Porsuk Formasyonu bulunmaktadır. Porsuk Formasyonunda Pliyosen yaşlı Ilıca Formasyonuna ait killi tüflü kalkerli seviyelerin mostra verdiği görülmektedir. (Şekil 2.) İnceleme alanında deprem açısından riskli olduğu düşünülen alüvyon seviyesi detaylı olarak incelenmiştir; bu nedenle diğer formasyonların ayrıntısına girilmemiştir. Şekil 1: Çalışma Alanı ve Porsuk Çayı Şekil 2: Eskişehir ve Çevresinin Jeolojisi (Orhan,2005) 203
Temel Zeminine Ait Jeo-Mühendislik Özelliklerin Coğrafi Bilgi Sistemi Kullanılarak Değerlendirilmesi: Alüvyonlar Porsuk Nehri ve Sarısu Deresi nin getirdiği sedimanlar Eskişehir ilinin zeminini oluşturmuştur. Kuvaterner yaşlı bu Alüvyon içinde kil, silt, kum ve çakıl seviyeleri bulunmaktadır. Tamamen Alüvyon birimiyle örtülmüş halde bulunan çalışma alanında, genel olarak yüzeyden 5-6 m ye kadar kil-silt seviyeleri bulunurken, 5-6m den sonra ise kil-silt dereceli olarak azalarak, yerini kum ve çakıla bırakmaktadır. Yüzeyden itibaren 6 m de bulunan kil-siltin büyük bölümü yüksek plastisiteli kil ve siltten oluşmakta; daha alt seviyelerde ise killi-siltli kum bulunmaktadır. 2. Yapısal Jeoloji Eskişehir ili Triyas sonunda kapanan Tetis okyanusunun meydana getirdiği tektonizma sonucu oluşan İzmir-Eskişehir-Ankara zonunda kalmaktadır. Bu tektonizmalar sonucu Eskişehir de bir fay zonu meydana gelmiştir. Bu fay zonu İnönü-Oklubalı-Turgutlar-Sultandere hattı boyunca ilerler (Şekil 3). Eskişehir fay zonu Sultandere ile İnönü arasında birbirini takip eden segmentler halinde devam etmektedir (Altunel ve Barka,1998). Üst Kretase ve sonrasında ise inceleme alanının dışında gelişen yine kuzey-güney yönlü sıkışmalar bölgeyi etkilemiş ve de özellikle Jura-Üst Kretase birimlerinde doğrultu atımlı fayların oluşmasına sebep olmuştur (Gözler, 1996). Diğer taraftan Neojen'de gelişen tektonik olaylar (kuzey-güney yönlü gerilmeler) neticesinde de İnönü-Eskişehir-Sivrihisar doğrultusunda normal faylar oluşmuştur. Eskişehir'den geçen bu fay sistemi Eskişehir fay zonu olarak adlandırılmıştır. Ayrıca bindirme fayları, normal faylar ve doğrultu atımlı faylar olmak üzere 3 türlü fay sisteminin bulunduğuna işaret edilmektedir (Gözler, 1996). Tüm bu çalışmalar göz önünde alındığında, çalışma alanı ve çevresinde gözlenen faylar içinde sadece Eskişehir in güneyinden geçen, Eskişehir fay zonunun aktif olduğu görüşü araştırmacılar tarafından kabul edilmektedir (A. Koçyiğit, 2005). Şekil 3: Eskişehir ve Çevresinin Tektonik Haritası (Altunel ve Barka,1998) 4. İNCELEME ALANININ JEO-MÜHENDİSLİK ÖZELLİKLERİ Bu kapsamda çalışma alanının jeo-mühendislik özellikleri detaylı bir şekilde incelenmiş, zeminin SPT, zemin sınıfı ve serbest basınç dayanımı haritaları ile zemin sınıfı değişimlerini gösteren A-A' ve B- B' jeolojik kesitleri oluşturulmuştur. 4.1. İnceleme Alanındaki Deneysel Çalışmalar Bu çalışma kapsamında inceleme alanına ait sondaj raporlarında bulunan SPT, elek analizi, Atterberg limitleri deney sonuçları ve kıvam alınmış ve değerlendirilmiştir. 10 m derinliğe sahip toplam 136 adet sondaj (Şekil 4) sonucu 816 adet örselenmiş, 308 adet örselenmemiş numune elde edilmiş; bu numuneler üzerinde 348 adet tanımlama deneyi, 180 adet serbest basınç deneyi yapılmıştır. Ayrıca arazi çalışmaları kapsamında 816 adet SPT deneyi yapılmıştır. Şekil 4: Sondaj Lokasyonları ve Kesit Haritası 4.1.1.Standart Penetrasyon Deneyi Sondajlardan elde edilen SPT değerleri için bir veri tabanı oluşturularak Voxel programı yardımıyla yeraltının 3 boyutlu modellemesi yapılmıştır. Yapılan bu 3 boyutlu modelleme her bir metreden kesilerek ArcGIS programı yardımıyla sayısallaştırılmıştır. Elde edilen veriler düşey yönde incelendiğinde çok anlamlı sonuçlar oluşturduğu görülmektedir. Çalışma alanımızda düşey yönde her 2 m de bir SPT sonuçları değerlendirilerek ilgili haritalar oluşturulmuştur (Şekil 5, 6, 7). 204
Temel Zeminine Ait Jeo-Mühendislik Özelliklerin Coğrafi Bilgi Sistemi Kullanılarak Değerlendirilmesi İnceleme alanı içerisinde elde edilen SPT verilerine göre; N- darbe direnci yüzeyden ortalama 5 m ye kadar çok düşük değerler göstermektedir. Yeraltı su seviyesi çalışma alanında yaklaşık 5 m de bulunmaktadır. 5 m den sonra derinlere doğru gidildikçe N-darbe direnci değerleri yükselmektedir ve bu seviyelerdeki zemin sıkı-çok sıkı-iri taneli olarak tanımlanabilir. Elde edilen veriler yatay yönde incelendiğinde, çok anlamlı sonuçlar oluşturduğu görülmektedir. Çalışma alanımızda her 2 m de bir SPT sonuçları değerlendirilerek ilgili haritalar oluşturulmuştur. Şekil 5: Yüzeyden 0-1 m ve 2-3 m derinlik için SPT zon Şekil 6: Yüzeyden 4-5 m ve 6-7 m derinlik için SPT zon Şekil 8: Yüzeyden 3 ve 5 m derinlikler için serbest basınç dayanımı zon 4.1.3. Zeminlerin Dağılımı Çalışma alanımız Porsuk Çayı ve Sarısu deresinin getirdiği malzemeden oluşmakta ve Kuvaterner yaşlı alüvyon olarak tanımlanmaktadır. Alüvyon içerisinde bulunan zemin profilleri ve bunların derinliğe bağlı olarak değişimleri incelenmiştir. Bu çalışma sonucu elde edilen haritalara bakıldığında; 0,5-1 m arasında dolgu olarak tanımlanan bitkisel toprak bulunmaktadır (Şekil 9). Bitkisel toprak altında ise killi siltli zemin yer almaktadır. 5-6 m ye kadar ulaşan bu zeminde; genelllikle PI değeri 20-40 arasında değişen oldukça yüksek kıvam limitlerine sahiptir. Yüksek plastisiteli kil zeminin altında düşük plastisiteli siltli kil yer almaktadır (Şekil 10, 11). Düşük plastisiteli zemin genellikle silt boyutunda malzemeden oluştuğundan düşük plastisite değerine (PI<14) sahiptir. 8-9 m ye gelindiğinde zeminin kumlu-killi-silte geçiş yaptığı görülmektedir. Bu çalışma kapsamında çalışma alanımıza ait her iki metrede bir zemin sınıfı zon haritaları oluşturulmuş, buna bağlı olarak A-A' ve B-B' hatları boyunca kesitler alınmıştır(şekil 4, 12, 13). Serbest Basınç Dayanımı değerleri göz önüne alındığında yer altı su seviyesine uzak olan kumlu killi siltli zeminde 272 kn/m 2 ye kadar ulaşmaktadır. Aynı zemin yer altı su seviyesinin üzerinde veya kapiler zon içerisindeyken serbest basınç dayanımı 9 kn/ m 2 ye kadar düşmektedir (Şekil 8). Şekil 7: Yüzeyden 8-9 m ve 10 m derinlik için SPT zon Şekil 9: Yüzeyden itibaren 0 ve 2 m derinlikler için zemin sınıfı 4.1.2.Serbest Basınç Deneyi (SBD) Yapılan çalışmada zeminin serbest basınç değerleri (SBD) de kullanılmıştır. SBD değerleri için belirli veri tabanı oluşturularak 3 boyutlu modelleme yapılmış, bu 3 boyutlu model 3 ve 5 m den kesilerek ArcGIS programında sayısallaştırması yapılmıştır (Şekil 8). Çalışma alanımızdan elde edilen SBD değerlerinin genel olarak 9-272 kn/m 2 gibi büyük bir aralıkta değiştiği görülmektedir. Değerlerin bu kadar geniş aralıkta değişmesinin sebebi statik su seviyesine bağlı olarak oluşan, su muhtevası değerlerinin değişmesinden kaynaklanmaktadır. Yer altı su seviyesine yakın olan yerlerde SBD değerleri düşmekte, yer altı su seviyesinden uzaklaştıkça değerler artmaktadır. Şekil 10: Yüzeyden itibaren 4 ve 6 m derinlikler için zemin sınıfı 205
E. Akdeniz, Y. Güney, E. Pekkan, U.Avdan, M. Tün, B. Ecevitoğlu Şekil 11: Yüzeyden itibaren 8 ve 10 m derinlikler için zemin sınıfı bulunduğu gözlenmiştir. Genel olarak SBD değerinin yüksek olduğu yerlerde SPT değerleri de yüksek olması beklenir. Ancak bu yapılan her sondaj için doğruluk göstermemektedir. Operatör hataları, numunenin örselenme derecesi gibi faktörler deney sonuçlarını etkilemektedir. iv) Bu çalışma kapsamında toplam 136 adet sondaja ait veriler CBS yöntemleri kullanılarak değerlendirilmiş, bu verilerden temel zemine ait mikro bölgeleme çalışması yapılmıştır. CBS kullanarak haritaların oluşturması zaman ve enerji tasarrufu sağlamaktadır. Bunun yanında İstatistiksel olarak değerlendirilen veri sayısı arttıkça elde edilen modeller gerçeğe yaklaşmaktadır. v) Sonuç olarak bu çalışmada, noktasal bazlı verilerin 3 boyutlu modelleme yazılımları kullanılarak alansal bazlı değerlendirilmesi yapılmıştır. Böylece derinliğe bağlı değişim gözlenebilmiştir. Bu değişimler, Coğrafi Bilgi Sistemi teknikleriyle sayısallaştırılmış ve analiz ve sorgulamalar yapılmıştır. Şekil 12: A-A' Kesit Hattı KAYNAKLAR [1]. Tosun, H. ve Orhan, A., 2007, Coğrafi Bilgi Sistemi Programlarının Temel Zemininin Jeo-Mühendislik Özelliklerin Belirlenmesinde Kullanımı: Eskişehir Örneği. ESOGÜ Müh. Mim. Fakültesi Dergisi, 20, 2007/2, 43-64, Eskişehir [2]. Altunel, E. ve Barka, A., 1998. Eskişehir Fay Zonu nun İnönü- Sultandere arasındaki neotektonik aktivitesi,tjb,c:41,no:2,s.43-44. [3]. Koçyiğit, A., Türkiye ve yakın çevresinin neotektonik bölümlenmesi: Güneybatı Türkiye de neotektonik rejimin gelişim tarihçesi, çok yönlü genişleme ve deprem tehlikesi, Eskişehir Fay Zonu ve İlişkili Sistemlerin Depremselliği Çalıştayı, Genişletilmiş Bildiri Özleri Kitabı, 28-30 Nisan 2005, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Eskişehir, ss. 1-2. [4]. Gözler, M.Z., Cevher, F., Ergül, E. ve Asutay, H.J., Orta Sakarya ve güneyinin jeolojisi, MTA Rapor No: 9973, 87 s., 1996. Şekil 13: B-B' Kesit Hattı 5. SONUÇLAR Bu çalışmada, Eskişehir il merkezi Tepebaşı Belediyesi ne ait 136 adet sondaja ait veriler kullanılmıştır. Bu sondajlar yardımıyla çalışma alanını oluşturan Güllük-Yeni Bağlar ve Bahçelievler mahallenin temel zeminine ait jeo-mühendislik özellikleri ile arazi ve laboratuar deneylerinden elde edilen sonuçlar incelip değerlendirilmiştir. Yapılan çalışmadan elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmektedir: i) Çalışma alanının temel birimini oluşturan zeminin genel olarak çok değişken olmayan bir yayılım gösterdiği görülmektedir. Yüzeyde bulunan bitkisel toprağın hemen altında ince taneli zemin tabakası mevcuttur. Yanal yönde yer yer değişken özellikler gösteren bu zemin tabakası altında ise sıkı iri taneli zemin yer almaktadır. ii) İnce taneli zemin detaylı olarak incelendiğinde ise, yer yer yüksek plastisiteli zeminden düşük plastisiteli zemine geçiş yapmakta, derinlere inildikçe silt miktarı artmakta ve sıkı kum-çakıl seviyesine göreceli olarak geçiş yapmaktadır. iii) İnceleme alanında yapılan SPT ve araziden alınan numunelere uygulanan SBD deneyleri sonuçlarından yararlanılarak üretilen haritalar incelenmiştir ve SBD ile SPT arasında doğrusal bir ilişki 206