Yol Mühendisliğinde Yamaç ve Şevlerin Stabilitesi Prof. Dr. Mahir VARDAR Dr. Müh. Muhterem DEMİROĞLU Uzm. Yük. Müh Cenk KOÇAK Ar. Gör. Gökhan ŞANS 15 Kasım 2012

Yamaç ve şev stabilitesi nedir?

Yamaç ve şev stabilitesi için neler bilinmeli? Projenin amacı ve nitelikleri Proje Aşaması Topografya-Morfoloji Jeolojik durum Sismik etkiler-Depremsellik Kayaçların Mühendislik Jeolojisi Parametreleri Kayaçların Jeomekanik Parametreleri Yeraltısuyu Durumu ve drenaj koşulları

KAZI VE YAPIM ÖNLEMLERİ, İŞLEMLERİ, YÖNTEMLERİ YOL GEOMETRİSİ YARMA-ŞEV GEOMETRİSİ 3 1 JEOLOJİ 2 KAZI VE YAPIM ÖNLEMLERİ, İŞLEMLERİ, YÖNTEMLERİ DEPREMSELLİK HESAPLAMA YÖNTEMLERİ 4 5

TOPOGRAFYA, JEODEZİ JEOMORFOLOJİ u MEKAN VE BOYUT Geometrik bilgiler TOPOGRAFYA, JEODEZİ JEOMORFOLOJİ TEKNİK RESİM, TASARI GEOMETRİ, KARTOGRAFYA, UZAKTAN ALGILAMA, GPS, GİS, BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

EVRİM VE SÜREÇLERİN TANIMI KÖKEN - OLUŞUM EVRİM VE SÜREÇLERİN TANIMI Ortamsal ilişkiler JEOLOJİ + JEOFİZİK MİNERALOJİ, KRİSTALOGRAFİ PETROGRAFİ, PETROLOJİ, SEDİMANTOLOJİ, STRATİGRAFİ, PALEONTOLOJİ, YAPISAL JEOLOJİ, TEKTONİK, TEKTONOFİZİK, SİSMOLOJİ, JEOKİMYA

w Jeosistemin matematik tanımı DEPREMSELLİK HİDROJEOLOJİ YER-TÜR-DURUM-BOYUT-BİÇİM NİTELİK-NİCELİK-KOŞULLAR ÇEVRE ETMENLERİ MÜHENDİSLİK JEOLOJİSİ MÜHENDİSLİK JEOFİZİĞİ DEPREMSELLİK HİDROJEOLOJİ ÇEVRE JEOLOJİSİ MALZEME JEOLOJİSİ

Mühendislik Jeolojisinde ORTAMLAR

Sistem Büyüklüğü - Kaya Davranışı

Yamaçlardaki olası su hareketleri

x Jeosistemin davranış modelleri JEOMEKANİK – JEODİNAMİK ZEMİN MEKANİĞİ KAYA MEKANİĞİ (TOPRAK MEKANİĞİ) JEOKİMYA KONTİNUUM MEKANİĞİ KUVAZİKONTİNUUM MEKANİĞİ DİSKONTİNUUM MEKANİĞİ REOLOJİ

HEYELANLARIN KAREKTERİSTİK KISIMLARI Heyelan başlangıç(taç) kısmı Gerilme çatlakları Esas ayna Tepe En Echelon fissür ve çatlaklar Esas kayma yüzü kesiti Kayma kaması Kayma yüzeyi Alçalan blok Yükselen blok Hareket yönü Kaynak Heyelan gölü Çökme bölgesi Kabarma bölgesi Enine çatlaklar Devrilen ağaçlar Kayan kitle Kaymayan temel Kayan kitlenin topuğu Boyuna çatlaklar Akma Akma ucu HEYELANLARIN KAREKTERİSTİK KISIMLARI

Zaman ve dinamik etkilerle dayanım azalması

Zamanla gelişen psödoplastikleşme sonucu direnç azalması

Harekete geçen süreksizlik yüzeylerindeki dayanım azalması

y ETKİLEŞİMLER JEOTEKNİK ÖGELER, ÖNLEMLER, İŞLEMLER,YÖNTEMLER Jeosistem ile teknik girişim arasındaki ETKİLEŞİMLER ÖGELER, ÖNLEMLER, İŞLEMLER,YÖNTEMLER TEMEL – BARAJ – YOL - LİMAN YARMA - DOLGU HEYELANLAR TÜNEL – METRO - YERALTI SANTRALLARI - KUYULAR YERALTI MADEN OCAKLARI AÇIK OCAKLAR

Kaya Şevlerinde yenilme mekanizmalarının gelişimi ile denetim ve destekleme çalışmalarının zamanlanması

Heyelanla sonuçlanan Deformasyon Süreci

z Jeoteknikte Optimizasyon JEOTEKNOLOJİ YÖNTEM, MAKİNA - EKİPMAN PLANLAMA VE PROGRAMLAMA BİLGİSİ, MAKİNA BİLGİSİ, SONDAJ TEKNİĞİ, KAZI VE ÜRETİM MAKİNALARI, İŞ MAKİNALARI, SAĞLAMLAŞTIRMA- İYİLEŞTİRME – DESTEKLEME MAKİNA VE GEREÇLERİ, DRENAJ VE HAVALANDIRMA EKİPMANI, SERVOKONTROL-UZAKTAN KUMANDA TEKNOLOJİSİ

Heyelanlı yamaç ve şevlerde stabilitenin sağlanabilmesi için alınabilecek mühendislik önlemleri

Hangi koşullarda hangi önlem?

Filtre zonlu, enerji kırıcı palye düzenlemesi

Eğrisel yüzeyli kayma (heyelan) türleri şev kayması topuk heyelanı taban kayması

Davranış belirleyici özelikler Katı haldeki kayaçların davranışına doğrudan etki eden faktörlerin hepsine birden davranış belirleyici özelikler adı verilir. Bunlar; ayrık kayaç (zemin) niteliğindeki ortamlarda danelerin mineralojisi, boyutu, biçimi, dizilimi ve dağılımıdır. Benzer şekilde, kayalarda maddesel özellikler, süreksizlikler arasında kalan parçaların (birim kaya elemanlarının) boyutu, biçimi, dizilimi ve dağılımı da ortamın davranışını doğrudan yönlendirir. Maddesel (substanz) özellikler dışında kalan etmenler, doku adı altında toplanır.

Ayrık kayaçlarda davranış belirleyici etmenler Dane boyutu Dane dizilimi ve biçimi Kimyasal bileşim Jeolojik Yapı Yeraltı suyu A- Suyun teğetsel kuvvete etkisi B- Suyun normal kuvvete etkisi C- Boşluk suyu basıncının gerilme durumunu değiştirici etkisi

t = ((h-a)0 + a(0 + H2O n) )/ h V = h . b . 1 G = h . b . o N = h . b . o . cos T = h . b . o . sin Yeraltı suyu Etkisi t = ((h-a)0 + a(0 + H2O n) )/ h

YAMAÇ VE ŞEVLERDE DURAYLIK (STABİLİTE) ANALİZİ YÖNTEMLERİ GENELLEŞTİRİLMİŞ YÖNTEM İSVEÇ DİLİM YÖNTEMİ (PETTERSON-FELLENİUS YÖNTEMİ) ETKİN GERİLME ANALİZLİ DİLİM YÖNTEMİ (BİSHOP YÖNTEMİ) DAİRESEL OLMAYAN KAYMA YÜZEYLERİ İÇİN GELİŞTİRİLMİŞ DİLİM YÖNTEMİ (JANBU YÖNTEMİ) Fi - DAİRESİ YÖNTEMİ ( TAYLOR YÖNTEMİ ) LOGARİTMİK SARMAL YÖNTEMİ ( RENDULİC YÖNTEMİ ) KAYMA DAİRESİNİN VE GERİLME ÇATLAĞININ KONUMLARINI BELİRLEYİCİ YÖNTEMLER Fellenius Yöntemi Çatlak Derinliği Yöntemi Jumikis Yöntemi Hoek ve Bray Yöntemi

GENELLEŞTİRİLMİŞ YÖNTEM

Teknik Kohezyon için: C = (G.d - N tan f ) / L Stabilite Oranı (Ns)

İSVEÇ DİLİM YÖNTEMİ (PETTERSON-FELLENİUS YÖNTEMİ) Gs  1.0: güvensiz 1.0  Gs  1.2: kuşkulu 1.2  Gs  1.4: baraj için kuşkulu yarma ve dolgular için güvenli, Gs  1.5: güvenli

ETKİN GERİLME ANALİZLİ DİLİM YÖNTEMİ (BİSHOP YÖNTEMİ) Bishop Yöntemi, çalışma biçimi açısından İsveç Dilim Yöntemi ile büyük benzerlik gösterir. Burada da dairesel kayma yüzeyi üzerinde dilimler oluşturulmakta, önce her dilim ve daha sonra da tüm kütle için tutucu ve kaydırıcı etmenler biribirleriyle oranlanarak güvenlik sayısı hesaplanmaktadır. Yöntemin farklı ve ilgi çeken yanı ise, geçirgenliği düşük ve dolayısıyla çok uzun zamanda ve güçlükle drene olabilen zeminlerdeki boşluk suyu basıncını (pu) dikkate alması ve etkin (effektif) gerilme analizlerinden yararlanmasıdır.

DAİRESEL OLMAYAN KAYMA YÜZEYLERİ İÇİN GELİŞTİRİLMİŞ DİLİM YÖNTEMİ (JANBU YÖNTEMİ)

Fi - DAİRESİ YÖNTEMİ (TAYLOR YÖNTEMİ) Yöntemin uygulanması sırasında şev veya yamaç ölçekli olarak çizildikten sonra, tahmini kayma dairesi geçirilir. Kayan kütlenin ağırlığı planimetre ile ağırlık merkezi de ipe asılarak saptanır. a uzunluğu formülden elde edilir. Analitik olarak momentin eşitliğinden C b a = C L r yazılır ve buradan da moment kolu uzunluğu a = L r / b olur Denge koşulunu sağlayan birim kohezyonun bulunabilmesi için kuvvet üçgenin çizilmesi ve bunun için de önce A noktasının belirlenmesi gereklidir.

LOGARİTMİK SARMAL YÖNTEMİ ( RENDULİC YÖNTEMİ ) Toplam Moment: M = C r1 2  e 2a tanf da olduğu için M = C ( r22 - r12 )/ 2 tanf Kayma yüzeyinin denklemi r = r0 e a tan f Güvenlik Sayısı: Gs = (C ( r22 - r12 )/ 2 tanf) / Gd

KAYMA DAİRESİNİN KONUMUNU BELİRLEYİCİ YÖNTEM Fellenius Yöntemi Yöntemde; yalnızca kohezyonu olan (sürtünmesiz) homojen zeminlerde en güvensiz kayma dairesinin konumunun, oluşturulan şevin veya mevcut yamacın eğimine bağlı olduğu varsayılmaktadır. Fellenius’a göre bu dairenin merkezi, şevin topuk ve tepe noktalarından a ve b açılarına göre çizilen doğruların kesişme noktasıdır. Değişik şev eğimleri veya şev açıları için kullanılması gereken a ve b değerleri bir çizelgede toplanmıştır. Eğimi ve yüksekliği bilinen bir şevin a ve b açılarının değerleri çizelgede bulunduktan sonra, grafik veya analitik yoldan M ve C noktalarının yerleri saptanır.

Gerilme çatlağının derinliği: GERİLME ÇATLAĞININ KONUMLARINI BELİRLEYİCİ YÖNTEMLER Çatlak Derinliği Yöntemi Gerilme çatlağının derinliği: hç = 2 C tan ( 450 + (f/2) ) / g Merkez Açısı (‘): q‘= 180-2(arctan(ym/xm)-arctan(yc / xc))

GERİLME ÇATLAĞININ KONUMLARINI BELİRLEYİCİ YÖNTEMLER Jumikis Yöntemi Kayma dairesi merkezinin bulunması için burada da, şevin eğimine göre çizelgeden alınan a ve b açılarından yararlanılarak önce bir M’ noktası saptanır. Jumikis yönteminde, M noktasının kesin yeri verilememekte, olası konumu hakkında yaklaşımda bulunulabilmektedir. Düzensiz şev geometrilerinin, yeraltısuyu etkisinin ve inhomojenliğin dikkate alınamaması da yöntemin başka bir zayıf yönüdür.

GERİLME ÇATLAĞININ KONUMLARINI BELİRLEYİCİ YÖNTEMLER Hoek ve Bray Yöntemi Hoek ve Bray; kuru veya suya doygun, kohezyonsuz, fakat sürtünmeli ve homojen yapılı zeminlerde kritik kayma dairesi merkezini ve olası gerilme çatlağının yerini belirlemeye yarayan abaklar geliştirmişlerdir. İçsel sürtünme açısı ve şev eğiminin bilinmesi durumunda bu abaklardan yararlanılabilmektedir.