GEOTEKNİK MÜHENDİSLİĞİ INS - 317 Bölüm 1 – Chapter 1 Giriş – Mühendislik Jeolojisi

Dersin İçeriği Geoteknik mühendisliğine giriş, mühendislik jeolojisi, Zeminlerin Oluşumu ve Geoteknik mühendisliğinin Konuları, Zeminlerin fiziksel özellikleri ve sınıflandırılması (classification), Zeminde su ve zeminlerin geçirimliliği (permeability), Zeminlerin sıkışması (compaction), Zeminlerde oluşan gerilmeler (stresses on soil), Zeminlerde görülen oturmalar (settlements), Zeminlerin dayanımı ve yük altındaki davranışları (strength)

HAFTALIK KONULAR – DERSİN İŞLEYİŞİ 1 Geoteknik mühendisliğine giriş, mühendislik jeolojisi, zeminlerin Oluşumu ve Geoteknik mühendisliğinin Konuları, 2 Zeminlerin fiziksel özellikleri ve Sınıflandırılması, 3 4 Zeminlerin fiziksel özellikleri ve Sınıflandırılması, Zeminde su ve zeminlerin geçirimliliği 5 Zeminde su ve zeminlerin geçirimliliği 6 Zeminlerin sıkışması 7 Zemin Gerilmeleri: zeminlerde toplam ve efektif gerilmeler; Yüzeysel yüklemelerden dolayı gerilme artışı 8 Zemin Gerilmeleri: zeminlerde toplam ve efektif gerilmeler; Yüzeysel yüklemelerden dolayı gerilme artışı, Oturmaların hesabı, konsolidasyon teorisi, oturma- zaman davranışı, 9 Ara Sınav 10 Oturmaların hesabı, konsolidasyon teorisi, oturma- zaman davranışı, 11 Zeminlerin dayanımı ve yük altındaki davranışları, stabilizasyon yöntemleri 12 13 14 15 Tekrar

Değerlendirmede Esas Alınan Çalışmalar SAYISI KATKI PAYI Devam   Laboratuar 5 15 Uygulama Arazi Çalışması Derse Özgü Staj Ödev 3 Proje Sunum / Seminer Kısa Sınav (Quiz) Ara Sınav 1 30 Yarıyıl Sonu Sınavı 40 TOPLAM %100

Uygulama (fiziksel özellikler) 3. Hafta 12 Ekim Hafta - Tarih Carsamba Persembe Cuma   1. Hafta 28 Eylul - Ders Ödev - 1 2. Hafta 5 Ekim Uygulama (fiziksel özellikler) 3. Hafta 12 Ekim Lab tanitim - Su muhtevası - Birim ağırlık tayini 4. Hafta 19 Ekim Elek analizi Lab raporu 5. Hafta 26 Ekim Atterberg limit deneyleri 6. Hafta 2 Kasim Uygulama (kompaksiyon) 7. Hafta 9 Kasim Kompaksiyon deneyleri (Standart Modifiye) 8. Hafta 16 Kasim Uygulama (Zemin gerilmeleri) Ödev - 2 9. Hafta 23 Kasim Vize haftası 10. Hafta 30 Kasim Uygulama (Konsolidasyon) 11. Hafta 7 Aralik Konsolidasyon deneyi 12. Hafta 14 Aralik Üç eksenli deney, Çimento stabilizasyonu Ödev - 3 13. Hafta 21 Aralik Çimento stabilizasyonu ve tek eksenli deney 14. Hafta 28 Aralik CBR deneyi 15. Hafta 4 Ocak Genel Tekrar

Geoteknik Mühendisliği Geoteknik mühendisliği Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği konularından oluşur. Yer yüzeyini kaplayan doğal-yapay malzemeler toprak veya kaya olarak adlandırılır. Geoteknik mühendisliğindeki çalışmalar genellikle bu iki malzeme üzerinedir. Geoteknik mühendisliğinde toprak veya kaya sözcüğü yerine zemin kullanılabilir. Yani zeminler Toprak Zeminler ve Kaya zeminler olarak ikiye ayrılabilir. Önce zemini tanıyalım

Mineraller  MİNERALLERİN RÖLÜ Mineraller ve madenler yeryüzünün katı kısmının temel yapı taşıdır ve inşaat jeolojisi için oldukça önemlidir; 1. Mineraller ve kayaçlar inşa ettiğimiz binalar, kullandığımız otomobillerle bilgisayar ve diğer birçok şeyin üretiminde temel kaynakları oluşturur, 2. Mineral ve kayaçlar heyelanlar, kıyı erozyunu ve volkanik faaliyetler gibi birçok yeryüzü sürecinde önemli rol oynar, 3. Mineral ve kayaçların geçirdikleri süreçleri ve özelliklerini bilmek Yerküredeki mekanizmaların nasıl çalıştığını ve Yer kaynaklarımızı nasıl en iyi şekilde yönetebileceğimizi anlamamızı sağlamaktadır.

Önemli Mineraller – İnşaat Mühendisliği için MİNERALLERİN RÖLÜ Mineraller ve madenler yeryüzünün katı kısmının temel yapı taşıdır ve inşaat jeolojisi için oldukça önemlidir; 1. Mineraller ve kayaçlar inşa ettiğimiz binalar, kullandığımız otomobillerle bilgisayar ve diğer birçok şeyin üretiminde temel kaynakları oluşturur, 2. Mineral ve kayaçlar heyelanlar, kıyı erozyunu ve volkanik faaliyetler gibi birçok yeryüzü sürecinde önemli rol oynar, 3. Mineral ve kayaçların geçirdikleri süreçleri ve özelliklerini bilmek Yerküredeki mekanizmaların nasıl çalıştığını ve Yer kaynaklarımızı nasıl en iyi şekilde yönetebileceğimizi anlamamızı sağlamaktadır. 

Önemli Mineraller 8 element kayaç yapıcı minerallerin çoğunda bulunmakta olup, kıtasal kabuğun ağırlığının %98 den fazlasını temsil eder.  Bu minerallerden oluşan kayalar parçalanıp zemine dönüştüğünde ilgili mineral orijinal seklinde kalır. Bundan dolayi kayaclari tanimak onemlidir.

Önemli Mineraller 

Önemli Mineraller  - Oksijen ve silisyum elementlerini iceren minerallere silikat denir. Bunlardan En bol bulunan mineral feldispatdir icerisinde Potasyum, kalsiyum ve sodyum da bulunur. - Feldispatlar kimyasal olarak bozuştuğunda çevresel olarak çok büyük anlamı olan kil minerallerini oluştururlar.

Önemli Mineraller  Ikinci en bol bulunan mineral kuvars SiO2 Kum olarak adlandirilan malzemeyi olusturan mineraldir.

Önemli Mineraller  Insaat muhendislerini en cok ilgilendiren diger bir mineral ise kildir. Diger silikat minerallerinin bozusmasi sonucu olusur.

Toprak ve Kaya Zeminlerin Oluşumu Zeminlerin dayanımı genel olarak parçacıkların fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre değişim gösterir. Bu nedenle zeminlerin türleri ve oluşum süreçleri bilinmesi önemlidir. Zeminleri tanımak ve bu süreci anlamak adına Kaya(ç) döngüsü kullanılmaktadır. Toprak zemin Kayaların fiziksel parçalanması ve/veya kimyasal olarak ayrışması ile oluşur.  Zemin denildiği zaman ne anlaşılıyor du? Kaya ve toprak...

MİNERALLER NEREDE VE NASIL OLUŞUR? Kayaç bir veya daha fazla mineralin bir araya toplanmasıyla oluşmuştur. Kayaçlar mineral bileşimine, kimyasal bileşimine ve dokularına veya kayaç döngüsü sırasında nasıl oluştuklarına göre 3 genel tür ve aileye ayrılabilirler. Rock Cycle – Kaya Dongusu Magmatik Kayalar (Igneous Rock), Sedimenter Kayalar, Metamorfik kayalar Kayaç döngüsü 3 ana kaya grubu oluşturur: Mağmatik kayaçlar, Sedimanter kayaçlar ve Metamorfik Kayaçlar. Ergimiş kayaçların hem yüzeyde hem de yeryüzünün altında kristalleşmesiyle mağmatik kayaçlar oluşur. Yüzeyde ve yüzeye yakın yerlerdeki kayaçlar fiziksel ve kimyasal olarak parçalanarak, rüzgar, su ve buzla okyanus gibi çökel havzalarına taşınan sedimentleri oluşturur. Biriken sediment tabakaları fiziksel ve kimyasal değişime uğrayarak sedimanter kayaçları oluştururlar. Çok derinde gömülü olan sedimanter kayaçlar ise ısı, basınç ve kimyasal sıvıların etkisiyle metamorfize olarak metamorfik kayaçları oluşturabilir. Eğer metamorfik kayaçlar çok derine gömülürlerse, eriyip döngüye yeniden başlayabilir.

MAGMATIK KAYACLAR -IGNEOUS ROCK - - Yeryüzü altında bulunan ergimiş kayaç malzemesine mağma, - Mağmanın, litosferin farklı derinliklerine veya yeryüzüne kadar yükselip soğuyarak katılaşması sonucunda meydana getirdiği kayaçlara da mağmatik kayaçlar adı verilir. IKI CESIT MAGMATIK KAYAC VARDIR - Mağmanın yeraltında oluşturduğu olaylara plütonizma ve oluşan kayaçlara plutonik veya derinlik (intrusive) kayaçları denir. - Yer yüzünden aşağıda çok yavaş soğuma ile meydana gelir. - Gecmiste üzerini kaplayan malzemenin sürekli erozyona maruz kalması ile ortaya çıkar. - Granit en çok bilinen çeşididir. - Magma’nın yeryüzüne çıkması ile oluşan olaylara volkanizma ve oluşan kayaçlara da volkanik veya yüzey (extrusive) kayaçlar denir. - Bazalt, Andezit en çok bilinen çeşididir. Magma (yüzeye ulaşan magmaya lav denir) olarak bilinen ergimiş kayaç malzemesinin soğuması mineral oluşumunu açıklayan bir olgudur. Magma ya da lav soğuduğunda mineraller kristallenip gelişerek bazalt (ferromagnezyen silikatlarca zengin) ve granit (ferromagnezyen olmayan silikatlarca zengin) gibi çeşitli magmatik kayaçların mineral bileşimini belirler. Magmadan gelen sıcak sulu çözeltiler genelde yan kayaçlardaki çatlaklar ve boşlukları kaplar ve bu çözeltilerden bir kısmında ekonomik öneme sahip değişik mineraller kristallenir. Mineraller ayrıca sıcak kaynaklardaki sular soğuduğunda ve sıcak, mineralce zengin sular siyah bacalar olarak bilinen sıcak kaynaklardan deniz tabanına boşaldığında da oluşurlar. Deniz suyunda, daha nadir olarak göl suyunda bulunan çözülmüş malzemeler, su buharlaştığında bileşik yaparak halit (NaCl), jips (CaSO4. 2H2O) ve diğer birkaç minerali meydana getirirler. Her ikisi de kalsiyum karbonat (CaCO3) ceşidi olan aragonit ve/veya kalsit, buharlaşan sulardan da oluşmakla birlikte midyeler, istiridyeler, mercanlar ve yuzen mikroorganizmalar gibi organizmaların kavkılarını oluşturmak icin bu bileşiği kullandıklarında da oluşur. Birkaç bitki ve hayvanın dış iskeletlerinde kullandıkları silisyum dioksit (SiO2), canlılar öldüklerinde deniz tabanında mineral olarak birikir. Bazı kil mineralleri ise kimyasal sureçler feldispatlar gibi oteki mineralleri bileşim bileşim ve yap›sal açıdan değişikliğe uğrattığında oluşurken diğerleri de kayaçların metamorfizma ile değişmesiyle ortaya çıkar. https://www.youtube.com/watch?v=PrN7jygu4cQ 0 – 3.26 sn

Sedimanter (çökel) Kayalar - Sedimentary Rocks MAGMATIK KAYALARIN BOZUSMA/AYRISMA SURECI (WEATHERING) - Kayaların fiziksel (mechanical) ve kimyasal (chemical) süreç (process) yoluyla parçalanması bozuşma (weathering) olarak tanımlanır. Kimyasal özellikler değişmez. Su, buz, rüzgâr, heyelanlar ve donma-genleşme ile aşınma (Fiziksel asinma) Oksijen ve kimyasal maddelere maruz kalma (kimyasal) TAŞINMA SÜRECI (TRANSPORTATION) – ÇÖKELME - Bozunan/ayrışan parçalar farklı yollar ile (su, ruzgar vb. Etkenler) taşınır. SEDIMANTASYON ve TAŞLAŞMA -Uygun ortamlara taşınan parçacıklar taşındığı yerde istiflenip tabakalaşması ve zamanla bu tabakaların sıkışıp taşlaşması sonucu Sedimanter Kayalar oluşur. - Yer yüzünün yaklaşık %70’i sedimanter kayalardan oluşur.

Sedimanter Kayalar - Sedimentary Rocks - Çamur gibi ince taneli malzemenin taşlaşması için genellikle sıkışma tek başına yeterli olurken, kum ve çakıl gibi sedimanların, sedimanter kayaca dönüşebilmesi için çimentolanma olayı gerekli bir süreçtir - Kalker, kil, silis gibi minerallerin çimentolanma ile sıkışması sonucu çimentolu sedimanter kayaçlar oluşur. https://www.youtube.com/watch?v=uozyWZ6XQzM

Metamorfik Kayalar – Metamorphic Rocks Yeryüzü derinliklerinde daha önce var olan her türlü kayacın sıcaklık, basınç ve kimyasal aktiviteye sahip sıvı ve gazların etkisi altında zamanla başkalaşıma uğramaları sonucu oluşan kayaçlar. Genellikle metamorfizma sertliği ve dayanımı arttırır ancak sorunlara da sebep olabilir. (kararsız yapı)

Metamorfik Kayalar – Metamorphic Rocks - Mermer gibi metamorfik kayaçlar yapı taşları olarak kullanılırken belirli metamorfik mineraller ekonomik açıdan önem taşır. - Kayaçları oluşturan minerallerin birbirine paralel düzlemler veya bantlar oluşturacak şekilde sıralanmaları ile oluşan yapıya foliasyon adı verilir. - Şist kuvvetli folyasyon gösteren kayaçlara örnektir. - Killer gibi yumuşak malzemeler şiste dönüşebilir ancak kumtaşları dönüşemez.

Bir örnek çok bilinen Basınç altında tamamen aynı element den oluşan… kömür – elmas ?

https://youtube.com/watch?v=1oQ1J0w3x0o

Zemin Mekaniği Dersinin İçeriği hangi konuları kapsamaktadır?

Temeller yapısal yükleri zemine aktaran elemanlar Temellerin Tasarımı Temeller yapısal yükleri zemine aktaran elemanlar

Uygulamalar Büyük yayılı yük Küçük yük Yumuşak Kil Sıkı Kum Çok büyük konsantre ağırlık Büyük yayılı yük Küçük yük Yumuşak Kil Sıkı Kum Sağlam Kaya

İstinat Yapıları Zemin Zemin Zemin Zemin Zemin Ağırlık İstinat Duvarı Betonarme İstinat Duvarları Zemin Zemin Zemin Çivili Duvar Zemin Donatılı Toprak Duvar Ankraj Destekli Duvarlar Zemin Zemin

Şevlerin Tasarımı

Kayma Göçmesi – Şev Stabilitesi

Ön Yükleme West Kowloon Otobanındaki Önyükleme, Hong Kong. (5 ila 10 m’ lik dolgular – 2 ila 5 ay süre ile)

Donatılı toprak duvarlar

Tüneller

Derin destekli kazılar

İstinat yapılarının tasarımı I I I I I I ! I I I ! I - I I (a) Sllding or translational failure (b) Rotation and bearing capacityy failure Crack k) Deep seated fatlure (d) Structural fatlure

Koprü ayak temelleri

Toprak dolgu barajlar I (

Baraj dolgu inşaatı

Faydalanilan Kaynaklar İNM 106 - İnşaat Mühendisleri için Jeoloji Yerkabuğunu oluşturan mineraller ve kayaç grupları Yrd.Doç.Dr. İnan KESKİN Prof.Dr.Kadir Dirik Ders Notları Doç. Dr. Havvanur KILIÇ - Notları