SÜREKSİZLİKLER ve MÜHENDİSLİKTE ÖNEMİ

Giriş Mühendislik işlerine ve kayaçların mühendislik özeliklerine etki yapan en önemli faktör litoloji (kayaç türü) ve jeolojik yapıdır. Her türlü yapının emniyeti ve maliyeti bu iki özeliğin iyi bilinmesine bağlıdır. Kayaçlardaki değişik büyüklükteki yapısal özeliklerin, örneğin mikrofissür, kırık, çatlak ve fayların, çeşitli mühendislik işlerine etki yaptığı ve bunların etkisiyle bir çok felâketlerin meydana geldiği saptanmıştır. Bu nedenle kayaçların fiziksel özelikleri ve bu özelikleri değiştiren çeşitli gerilmeler, bunların oluştuğu kırılma ve deformasyon mekanizmaları deneysel yöntemlerle ele alınmaktadır.

Mühendislik işlerine etki yapan jeolojik yapılar son yıllarda Süreksizlik adı ile tanımlanmaktadır. Bunlar; Mikrofissür, Fissürler, Kırıklar, Çatlaklar, Faylar, Tabaka yüzleri, Foliasyon yüzleri

Mikrofissür ve Fissürler Gözle görülüp görülemiyecek kadar küçük, kıl gibi ince olan çatlaklara «Fissür» ismi verilmektedir. Bunlardan daha küçük olan ve ancak mikroskopta görülenlere de «Mikrofissür» adı verilmektedir Fissür ve mikrofissürler, boş, su ile ya da kil, jips, kalsit, silis, demir oksit v.b. gibi maddelerle doldurulmuş olabilir. Bunlar ancak dikkatle bakılırsa, büyüteç ve mikroskopla görülebilir. Şekilleri düzgün, birbirine paralel ya da karışık birbirini keser olabilir. Çapları ve uzunlukları milimetre (fissür) ya da mikron (mikrofissür) mertebesindedir. Mikrofissür ve fissürler kuruma sonucu ya da çeşitli yönlerden gelen gerilmelerin etkisi ile oluşmuş olabilir.

Boş olan, her hangi bir madde ile doldurulmamış bulunan fissür ve mikrofissürler permeabiliteye ve taşıma gücüne etki yaparlar. Diğer taraftan kil, jips v.b. gibi maddelerle doldurulmuş iseler, daha da tehlikeli olabilirler. Bunların su ile karşılaşmaları halinde, şişerler, hacim deformasyonları ve şişme basıncı oluşur; ya da fazla su etkisi ile, yıkanır gider yıkanmanın etkisi, boşluk oluşması ya da başka boşlukların doldurulması şeklinde olabilir. Dolayısı ile zeminde boşluk basıncı ya da şişme basıncı doğar.

Çatlaklar ve Kırıklar Yatay, düşey ya da verevine çok az (mm) hareket etmiş ya da hiç hareket etmemiş kırıklara Çatlak (Joint) ismi verilmektedir. Eğer kırılan parçalarda hiç hareket yoksa ve birbirine yapışık ve sıkı ise bu zaman Kırık adı verilmektedir. Eğer kırılan parçalar, her hangi bir yönde yer değiştirmişse, kırılma olayına Fay ismi verilmektedir.

ile ya da killerde kuruma ve bazaltlarda soğuma ile oluşmaktadır. Çatlaklar, çeşitli faktörlerin etkisi ile basınç, çekme, kayma gerilmeleri ile ya da killerde kuruma ve bazaltlarda soğuma ile oluşmaktadır. Birbirlerine az ya da çok paralel olan çatlaklara «Düzenli Çatlaklar» denir. Birbirine paralel olan çatlak grubuna «Çatlak Takımı» birbirini kesen iki ya da daha fazla çatlak takımı da «Çatlak Sistemi» oluşturur. Birbirine paralel şekilde gelişmemiş, dalgalı, kırıklara da «Düzensiz Çatlak» denir. bazalt kiltaşı

Çatlaklar kapalı, açık, ya da çeşitli maddelerle doldurulmuş olur. Suların getirdiği maddelerle veya madenlerle doldurulduğu zaman «Damar» ismini alır. Kalsit damarı, kuvars damarı ya da kurşun damarı v.b. gibi.

Çatlak ve Kırıkların Mühendislik Özelikleri Son yıllarda meydana gelen büyük baraj yıkımları, kaymalar v.b. olaylar, çeşitli mühendislik yapılarına, kazılarına, baraj temel ve tünel göçmelerine etkiyen süreksizliklerin daha ayrıntılı olarak incelenmesinin gerekli olduğunu ortaya koymuştur.

Bu İnceleme ve araştırmalarda, genel anlamda tüm süreksizliklerin: 1 — Yönelimleri, doğrultu ve eğimleri 2 — Çatlak aralığı: iki çatlak arasındaki dik uzaklık. 3 — Çatlağın devamlılığı (Persistance) ; Süreksizliğin bir düzlem üzerindeki uzantısı. 4 — Çatlak açıklığı : Açık, boş, kapalı. 5 — Çatlak genişliği 6 — Çatlak sayısı: çatlaklılık derecesi 7 — Çatlak alanı, 8 — Blok büyüklüğü, 9 — Pürüzlük derecesi ve geometrileri, 10 — Dolgu malzemesi türü 11 — Su durumu ve akımı (Çatlak suyu ve akımı) 12 — Süreksizliklerin mekanik özelikleri (Kesme dirençleri, içsel sürtünme açılan ve kohezyonları 13 — Bağıl yaşları, oluş nedenleri 14 — Dolgu ve yüzlerinin ayrışma dereceleri araştırılır.

Süreksizlik Özelliklerinin Uygulamadaki Önemi D. Deere (1963), temel araştırılmaları için yapılan sondajlardan elde edilen karotların boylarına, diğer bir deyimle çatlak aralıklarına, bakarak temelin jeomekanik özelikleri hakkında fikir edinilmesinin mümkün olabileceğini ileri sürmüş ve bazı önerilerde bulunmuştur.

D. Deere, çatlak aralıklarının uzunluğuna, göre, çatlakları ve tabaka kalınlıklarını aşağıdaki gibi sınıflamıştır

Daha sonraları bu konuda çalışmalarını sürdüren D. Deere ve arkadaşları, sondajlardan elde edilen karotlardan, temel kayasının kalitesi, karakteri, süreksizliğin türü ve sayısı hakkında fikir elde etmenin mümkün olduğunu ve bunların proje çizimlerinde kullanılabileceğini önermiştir. Bunun için de Çatlak Sıklığı ve Kaya Kalitesi Özeliği (RQD) deyimlerini kullanmıştır.

Sondaj logları, bize yer altındaki süreksizlikleri en iyi gösteren ölçütlerden biridir. Bundan dolayı temeldeki kaya kitlesinin iyiliği için, 30 cm birim olarak alınmış, ve bir sondajda 30 cm de 1 ya da daha az çatlak bulunuyorsa, temel kaya kitlesi, İyi kaliteli; eğer, 30 cm içinde 4 - 6 çatlak varsa, kaya kitlesi Kötü Kaliteli denilmektedir.

Kayaç kalitesi ile ilgili olarak; Toplam karot yüzdesi yada verimi (TCR) Kaya kalitesi tanımı (RQD) TCR =

Süreksizlikler, kazılarda ve dik şevli yamaçlarda kaymaları oluşturur. Çatlaklar boyunca sızan sular mağmatik ve metamorfik kayaçlarda çatlak yüzeylerinin ayrışmasına, kalkerlerde de erime boşluklarının gelişmesine neden olur. Süreksizlik yüzeylerinin ayrışması kaymaları çoğaltır. Baraj, tünel, temel ve yol kazılarında bu hususa dikkat gerekir.

Faylar Yer değiştirmiş kırıklara Fay ismi verilmektedir. Kırılma ile birbirinden ayrılan bloklar bir düzlem boyunca hareket eder; hareket her yönde ve her miktarda olabilir. Hareketin oluştuğu düzleme Fay Düzlemi denir.

Bu düzlemin her iki tarafında bulunan fay bloklarının birbirlerine göre fay düzlemi üzerinde yaptıkları hareketlerin, doğrultu veya eğim yönüne yakınlığına göre sırası ile doğrultu atımlı veya eğim atımlı faylar tanımlanır.

Doğrultu atımlı bir fayda (strike-slip fault), fay hareketleri yataydır

Bir fayın atımının hem eğim hem de doğrultu yönünde bileşenleri varsa, bu faya verev atımlı (oblik atımlı) fay denir.

Eğim atımlı faylar, sıkışma kuvvetleri neticesinde oluşmuşsa ters fay, çekme kuvvetleri ile oluşmuşsa normal fay adını alır.

Bir ters fayın açısı çok düşük ise (0°-10°), bu faya örtü fayı veya Nap adı verilir.

Normal faylarla sınırlı çöküntü alanlarına graben, yüksekte kalan kesimlere de horst adı verilir

Fayların İnşaat İşlerinde Önemi Faylar inşaat işlerine büyük tehlike ve zarar verdiklerinden üzerinde daha fazla durulmakta ve ayrı bir önem verilmektedir. Fayların asıl tehlikesi, bilinmemesi, inşaata başlamadan evvel görülmemiş, anlaşılmamış olmasıdır. Eğer faylar önceden bilinirse, ne kadar tehlikeli olursa olsun, önlem alınır, temel sistemi ona göre seçilir, statik hesaplar ona göre yapılır. Faylar önceden bilinmeden, inşaata başladıktan sonra anlaşılacak olursa, inşaat yerlerinin, hesaplarının ve dolayısı ile projelerin değişmesine, zaman ve para kaybına ve hattâ o yerin terk edilmesine sebep olur. Bundan dolayı, Türkiye gibi faylı, kırıklı arazisi geniş bir ülkede, inşaata başlamadan önce, inşaat bölgesi ve civarının yapısal özelikleri ayrıntılı olarak saptanmalı ve jeolojik durumu inşaat mühendisliği açısından ele alınmalıdır.

Fayların ve fay bölgelerinin yapılara çeşitli etkileri vardır: Bunların en önemlileri; 1) Fay bölgesinin iyi çimentolanmamış, yani geçirimli olması, ya da kille doldurulmuş geçirimsiz bulunması temele ters etki yapar. Geçirimli olması, yeraltı sularının dolaşımını kolaylaştırır ve dolayısıyla, içsel sürtünmeyi azaltır. Farklı oturmalara ve boşluk suyu basıncına yol açar. Ayrıca, zeminin taşıma gücünü azaltır.

Fayların killerle doldurulması, yeraltında geçirimsiz bir perdenin oluşumu ve farklı hidrostatik basınca neden olur; Bu da yapıya direkt olarak etkir. 2) Faylar, bazen yer kabuğunun derinlerine kadar gider ve buralardan sıcak ve mineralize sular çıkar. Faylardan çıkan bu hidrotermal sular kayaçların fiziksel özeliklerinin değişmesine, kazıya ve taşıma gücüne etki yapar.

3) Deprem bölgelerinde gelişebilen yatay ve düşey atımlı Faylar mühendislik yapılarında daha da etkilidir ve daha hayatidir. Bundan dolayı yeryüzündeki faylar: Aktif ve Pasif olmak üzere iki kısma ayrılabilir. Mühendislik işlerinde, baraj ve tünel yeri seçiminde plânlamaya geçmeden önce, inşaat yerinin yapısal özelikleri ve faylar iyice tanınmış ve saptanmış olmalıdır. Çünkü fayın durumu seçilen yerin uygunluğuna, yapının maliyetine ve plânlamaya etki eder. İlk araştırmalar arazide yüzey jeolojisi ile başlar, fay olması düşünülürse, daha ayrıntılı çalışmalar yapılır.

Tünellerde fayın iki tarafında farklı hidrostatik basıncın oluşu, inşaat sırasında çeşitli, ani ve beklenmedik problemler ortaya koyar. Keza fay düzlemlerinin çok zaman ayrışması, yassı yassı ayrılıp kırılması, ya da kırıklı olması, sızmayı arttırır ve buralarda toplanan fay killerinin hacimleri su ile temasta artar, çatlamalar meydana gelir; ve enjeksiyon yapılmasını zorunlu kılar. Baraj yerlerinde, fay bölgeleri saptanınca, daha ayrıntılı çalışmalar gerekir ve pahalı çözüm yolları ortaya çıkar. Geçirimli ve taşıma gücü az olan fay bölgelerinin temizlenmesi ve enjeksiyonlarla tehlikesiz hale getirilmesi gerekir. Yapılan işlemlerin yeterliliğinin tayini için, yerinde ayrıntılı çalışmalar ve arazi üzerinde (in situ) deneyler yapılmalıdır. Kalkerler içindeki faylar, erime boşluklarının artmasına ve dolayısıyla böyle yerlerde yapılan barajlarda fazla kaçakların oluşmasına neden olur.