Kitle Hareketleri ve Şevlerin Duraylılığı T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Kitle Hareketleri ve Şevlerin Duraylılığı

HEYELAN JEOLOJİSİ VE KİTLE HAREKETLERİ Bunlar yeryüzünün üstünde yapılan tesislerin şeklini, görünüşünü ve yapısını değiştiren doğal olaylardır. Çevreye ve insanlara büyük zararlar verirler. Kitle hareketi, yeryüzünde az yada çok eğimli yüzeylerde görülen her türlü yer değiştirme hareketine verilen genel bir isimdir. Mühendislik jeolojisinde hareketin türü, şekli, hızı, yeri ve hareket eden malzemenin cinsi vb. gibi parametlere bağlı olarak akma, kayma, düşme, heyelan, çökme vb. gibi isim alırlar.

KİTLE HAREKETLERİNİN EKONOMİK ÖNEMİ Kitle hareketlerinin zarar verebileceği alanlar şöyle sıralanabilir: 1- Tek yada toplu yerleşim alanları 2- Ziraat ve orman alanları 3- Maden ve taşocağı işletmeleri 4- Ulaşım yapılarının bulunduğu alanlar 5- Değişik amaçlı tünel açma alanları 6- Su, kanalizasyon, gaz şebekesi, telefon ve elektrik enerjisi iletim hatları 7- Sığ deniz yapı alanları (liman,dalgakıran vb) 8- Hidroteknik çalışma alanlan(baraj, tünel, gölet vb) 9- Değişik amaçlı rezervuar alanları Bu gibi yerlerde meydana gelebilecek kitle hareketleri büyük maddi ve manevi zarara, can ve mal kaybına neden olurlar. Ormanlık alanlar da yararsız, ziraat alanı ekilemez ve yapılarda kullanılamaz hale gelir.

KİTLELERİN DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Yeryüzünün ve üzerindeki yapıların şeklini, konumunu değiştiren kitle hareketlerinin ana nedeni yerçekimidir. Kitle hareketleri incelendiğinde hareketi çabuklaştıran ve kolaylaştıran birtakım doğal ve yapay nedenlerin olduğu görülür. Kitlelerin dengesinde etkili olan faktörlerin bir kısmı kitleye ait özelliklerden, bir kısmı da kitleye müdahaleden kaynaklanmaktadır. Her iki durumda kitlede gerilme artışları yada direnç azalmadan olmaktadır.

KİTLELERİN DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Kitlelerin dengesine etki eden doğal ve yapay nedenler şöyle özetlenebilir. Doğal nedenler; jeolojik özellikler, iklim koşulları, bitki örtüsü, kayaçların ayrışma derecesi ve titreşimlerdir. Yapay nedenler; yamaç eğiminin değişmesi, yamaçların aşırı yüklenmesi ve titreşimlerdir. Bu faktörlerin kitle hareketini hangi yönde etkilediği aşağıda açıklanmıştır.

KİTLELERİN DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER a) Jeoloji Özellikleri

KİTLELERİN DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Bu özelliklerden litoloji ve süreksizliklerin varlığı bilhassa önemlidir. Litolojinin etkisi: Kayacın sıkışma derecesi, litolojisi, killi malzemenin su alarak şişmesi ile hareket etmesi kolaylaşır. Bunun yanında sıkılaşmış kumtaşı, kireçtaşı gibi kayaçlarda kitle hareketinin etkisi daha azdır. Çimentonun cinsi ve çimentolanma derecesi kitlenin derecesi üzerinde etkilidir. Poroziteye bağlı olarak oluşacak boşluk suyu basıncı bir takım gerilmelere ve dengenin bozulmasına neden olur.

KİTLELERİN DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Tanelerin biçimi kayaçların mekanik özellikleri üzerinde etkilidir. Tanelerin köşeli olması içsel sürtünme açısını, sıkışabilirlik ve boşluk oranını artırır. Buna karşılık basınç direncini azaltır. Kireçtaşı, dolomit, jips vb. kayaçların erimesi ile yeraltında büyük erime kanalları ve büyük mağaralar boyutunda boşlukların oluşması da üstteki yükü taşıyamaması sonucu çökme, kayma, oturma gibi değişik tipte kitle hareketlerini oluşturur.

KİTLELERİN DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Süreksizliklerin etkisi: Bunlar hem doğrudan hem de dolaylı olarak etkilidir. Çatlaklı yapı, tabaka eğimlerinin çok fazla olması vb. gibi hususlar kayaçların dengesine olumsuz yönde etkir. Çatlaklı yapıya suyun dolması; sonra donması ve erimesi zeminin dengesi üzerinde etkili olur. Su aynı zamanda çatlak dolgu maddesinin özelliklerini de değiştirir.

KİTLELERİN DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER b) İklim Koşulları Burada yağış ve sıcaklık en önemli etkenlerdir. Yer içine süzülen sular süreksizlikleri dolduran ince malzemeyi yıkayarak ve kimyasal aşındırma ile eriterek kitle hareketine neden olur. Yeraltı suyunun zaman içinde alçalıp yükselmesi kil, silt vb. gibi ince tanelerin hareketine ve zeminin su alarak akıcı hale gelmesine neden olur. Yine çatlakların su ile dolması, boşluk suyu basıncının meydana gelmesine, kohezyon ve içsel sürtünme direncinin düşmesine neden olur. Çatlaklarda suyun donması, çatlakların daha genişlemesi ve yeni çatlak kazanmasına neden olur. Sıcaklık değişimi ayrıca kayaçlarda genleşme, büzülme şeklinde görülür. Bunun uzun süreli tekrarı kayacı parçalar.

KİTLELERİN DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER c) Bitki Örtüsü Bitki kökleri, derine giden cinsten olanlar yamacın duraylılığını sağlar şekilde etki yapar. Örneğin heyelanları önlemek için kökü derinlere giden, gövdesi fazla büyümeyen bitkiler önerilir. Kökün derinlere gitmesi, gözenek ve çatlaklardaki suyu alır. Kohezyon azalır ve böylece harekete engel olunur. Ağaçların gövdesi çok fazla büyürse yamaca ek yük getirir. Bundan dolayı da kayma gerçekleşir.

KİTLELERİN DENGESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER d) Kayaçların Ayrışması Çatlaklı yapı bozuşmanın oluşmasında ilk etkidir. Bozuşma ürünü her zaman killidir. Kil ise kitle hareketlerinde istenmeyen bir malzemedir. e) Yapay Titreşimler ‘ Kısa süreli titreşimler kitlelerde geçici gerilmeler oluşturur. Bu da yamaçların dengesini bozabilir. Kitle hareketlerinde zeminin jeoloji ve yapısal özellikleri, yeraltı ve yerüstü su seviyeleri ayrıntılı olarak incelenir. Gözlemlerden elde edilen veriler gerekirse sondajlarla doğrulanır. Bu çalışmaların ışığında kayma mekanizması ve zemini sağlamlaştırma yolları öğrenilir.

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Sharpe (1938) tarafindan yapılan sınıflandırmada rol oynayan etkenlerden en önemlileri şunlardır: a) Hareketin tipi, miktarı ve hızı b) Harekete neden olan faktör c) Hareket eden malzemenin cinsi, dizilişi, yaşı d) Su miktarı e) Hareket edenle alttaki kütlelerin arasındaki bağıntı f) Kohezyon ve içsel sürtünme karakteristikleridir.

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Sınıflandırma iki büyük gruba ayrılır: A) Serbest Yüzeyli Kitle Hareketleri 1-Akmalar a) Krip (yavaş akma) b) Hızlı akma c) Soliflüksiyon (toprak akması) 2- Kaymalar a) Heyelanlar b) Kaya kayması c) Kaya düşmesi Akma ve kayma arasındaki fark: Akmanın her türünde hareket bütün kitleye dağılmış, sürekli ve hızlı olup, akma düzlemi bulunmaz. Heyelanlarda (kaymalarda) ise hareket kayma düzlemi boyuncadır. Değişme sürekli değildir. Doğada akma ve kayma beraberdir ve ikisi arasında kesin bir sınır yoktur. B) Serbest Yüzeysiz Kitle Hareketleri Çökmeler

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI A) Serbest Yüzeyli Kitle Hareketleri 1) AKMALAR Taş, toprak ve bunların karışımı gibi yüzeysel örtü içerdiği su miktarına göre bazen çok yavaş, bazen de bir sıvı gibi hızlı akarak yer değiştirir Hızlı akma, akan malzemenin cinsine göre çamur akması veya toprak akması olarak adlandırılır.

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Krip: Yamaçların yüzeysel kısmının yerçekimi etkisiyle sürekli fakat çok yavaş olarak eğim aşağıya doğru hareket etmesine krip denir. Krip'e yavaş akma da denilebilir. Kripin hareket hızı yılda birkaç cm’yi geçmez. Bu hareket devamlı gözlem veya aletsel ölçülerle anlaşılır. Her türlü malzemede krip hareketi gözlenebilir.

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Su ile doygun topraklarda hareket daha hızlıdır.Krip miktarı, iklim koşulları ile beraber yamacın eğimine, toprak tipine, malzemeye, malzemenin ayrışma derecesine vb. ne bağlıdır. Krip hareketi gevşek, çürük, fazla ayrışmış ve yuvarlak parçalı, ayrık malzemeli arazide çok fazladır. Kripin esas nedeni yerçekimidir. Fakat yeraltı suyunun varlığı, ıslanıp-kuruma donma erime, bitki köklerinin büyümesi ve toprağı oyucu kimi hayvanların faaliyetleri bu tip hareketleri hızlandırır. Şiddetli yağış sonrası zeminin doygun hale gelmesi hareket miktarını çok artırır.

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Krip akan malzemenin cinsine göre toprak kripi, moloz kripi vb. olarak adlandırılır. Kaya kripi akmadan çok kaymadır. Ancak hareketin çok yavaş olması halinde kaya kripi adı verilir. Krip önceden belirlenip önlem alınmazsa, bu gibi yamaçlardaki yapılar zarar görür. Krip hareketini önlemek için en uygun çare yeraltı ve yerüstü sularının drenajıdır. Gerekirse istinat duvarları da yapılır.

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI b) Hızlı Akma: Toprak veya kültelerde suyun artması, devamlı darbe, titreşim veya boşluk basıncının çoğalması zeminin hareket hızını artırır ve birikmiş olan malzeme büyük bir hızla sürüklenir, adeta akar. Bunda su miktarı kitlenin iç direnci yani kohezyonu için gerekli olan sudan fazladır ve bazen likit limiti aşmış durumdadır. c) Solifiüksiyon: Toprak akması anlamandadır. Donma ve erime sonucu meydana gelir. Donmadan sonra eriyen killi siltli kayaçta su içeriği artınca birkaç derecelik çok az eğimde dahi hızlı akma olur. Hareket yerseldir. Çoğunlukla su içeriği aşırı derecede artan bu killi ve siltli malzeme tabandaki donmuş zemin üzerinde akar.

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI A) Serbest Yüzeyli Kitle Hareketleri 2) Kaymalar a) Heyelanlar Zeminin çoğunlukla kaşık şekilli bir yüzey üzerinde aşağıya ve dışarıya doğru hissedilir bir şekilde hareket etmesine. heyelan denir. Hareketim hızı, yamaç eğimi ve su miktarı ile orantılıdır. Kayma, çimentolu ve çimentosuz kayaçlarda derinlere kadar inebilir. Genellikle birbirine paralel birçok kayma düzlemi, kayma kaması bulunur. Heyelan genel olarak şu üç bölümden oluşur; kayma bölgesi, çökme bölgesi ve kabarma bölgesidir.

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Her bölgenin karakteristik kısımları ve isimlendirmeleri şöyledir: 1-Gerilme çatlak ve yarıkları: Bunlar düşey doğrultuda gelişmiştir. Taç kısmına yakın derinlere iner. 2- Taç: Heyelanın başlangıç kısmıdır. 3- Esas ayna: Hareket eden ilk aynadır ve genellikle düşeydir. 4- Tepe: Kayan malzemenin en yüksek kısmıdır. 5- İkincil ayna 6- Kayma kamaları 7- Kayma yüzeyi 8-Heyelan gölü: Heyelanın özellikle çökme bölgesinde toplanan suların meydana getirdiği göl. 9- Heyelan ucu 10-Topuk: Altta hareket etmeyen kısım. Bazen topuk, ayağın altında kalabilir. 11-Ayak: Topuğu örter. Heyelanın ön kısmıdır. 12-Enine çatlaklar. 13-Kaynak: Su kaynakları

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI

KİTLE HAREKETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI

Zemin şevlerinde üç tip heyelan görülür: ŞEVLERDE HEYELAN Heyelan, doğada kayaçların serbest olan eğik yüzlerinde yani yamaçlarda oluştuğu gibi yapay olarak, kazılarak veya doldurularak oluşturulan eğik yüzlerde yani şevlerde de meydana gelebilir. Zemin şevlerinde üç tip heyelan görülür: 1) Şev heyelanı: Kayma, eğik şev yüzeyindedir. Kayan kısım şevin bir parçasıdır (Şek.11). 2) Topuk heyelanı : Kayan kısım şevin tamamıdır. Çok sık rastlanan bir heyelan türüdür (Şek.11). 3) Taban heyelanı: Kayma yüzeyi, tabanda bulunan sağlam zemine teğet olarak gelişen heyelandır. Şev heyelanlarında, homojen zeminlerde kayma yüzeyi daireseldir ( Şek.11).

ŞEVLERDE HEYELAN D = DH-H D = Kayma yüzeyinin topuktan derinliği DH = Kayma yüzeyi derinliği β = Şev açısı r = Kayma dairesinin yarıçapı H = Şey yüksekliği

HEYELANLARDA ŞEVLERN STABİLİTESİ şeklinde ifade edilir. Bulunan sonuç yorumlanmalıdır. Güvenlik katsayısı ; Gs<1 ……………………Güvenilmez Gs = 1-1,2 ………………Güven şüphelidir Gs = 1,3-1,4 …………….Yarma ve dolmalar için güvenilir Gs > 1,5 …………………Barajlar için emniyetlidir.

HEYELANLARI OLUŞTURAN NEDENLER Kitle hareketlerinin ve heyelenların en genel nedeni yerçekimidir. Ancak bu olayı kolaylaştıran ve çabuklaştıran türlü nedenler vardır. Bunlar dış ve iç kökenli olmak üzere iki kısımda toplanabilir:

HEYELANLARI OLUŞTURAN NEDENLER A) Dış Nedenler: 1- Şey ve yamaç eteklerinde yapılan kazılar,örneğin yol heyelanları gibi. 2- Şev ve yamaç topuklarının sular tarafından oyulması . 3- Aşınma ile şev eğiminin artması . 4- Doğal veya yapay ek yükleme ve yığma dolayısıyla şev eğiminin değişmesi. 5- Şeyin ve şev üstü örtünün kaldırılması, ağaç ve bitkilerin sökülmesi ve yüzey sularının içeriye süzülmesinin kolaylaştırılması. 6- Yarık ve çatlaklarda suların donması. 7- Sarsıntılar, depremler ve yapay patlamalar.

HEYELANLARI OLUŞTURAN NEDENLER B) İç Nedenler: 1- Boşluk suyu basıncının artması . 2- Şev malzemesi kohezyonunun azalması: Çok zaman büyük heyelanlar şiddetli yağışlardan sonra meydana gelir.Yağışlar yeraltı su seviyesinin yükselmesine, şey malzemesinin kısmen veya tamamen doygun ve akla hale gelmesine, dolay ısıyla içsel sürtünmenin azalmasına neden olmaktadır. Ayrıca yağışlar zeminin birim hacim ağırlığını artım ve ince taneli kumlu zeminlerde kohezyonu azaltır. Su batan zeminde kayaçları kimyasal olarak ayrıştırarak kitlenin direncini azaltır.

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ Kitle hareketleri ile mücadele daha çok koruyucu ve önleyici önlem alınarak yapılır. Bunlardan önemlileri: a) Topuğa Yük Koyma: Topuğa basit taş-duvar örme, beton istinat duvarları yapma, ahşap, beton yada çelik kazık çakma vb. gibi yöntemler uygulanır. Bu yapılar yeterince derine indirilmelidir. Bunun içinde kayma yüzeyinin derinliği ve su tablasının konumu bilinmelidir.

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ b) Şevlerin Korunması : Bunlar özellikle şevleri dış etkilerden, en önemlisi de yüzey sularının girişinden korumaya yönelik çalışmalardır. Bunun için şev yüzeyi çimlenir, taş yada betonla örtülür veya çelik levhalarla kaplanır. Kimi yerde ağaçlandırılır. Yamaçlara su seven, köklü ve bodur ağaçlar dikilir. Böylece köklerin toprağı tutması sağlanır. c) Şevlerin Düzenlenmesi: Dengeyi bozacak ek yük ve kazıların etkisini ortadan kaldırmak için şevin eğim açısı küçültülür. Bunun için şev yüzeyi traşlanır veya sekilenir.

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ d) Yüzey ve Yeraltı Sularının Drenajı : Yüzey suları genellikle eğimli yerlerde birbirine dik veya balık sırtı drenlerde toplanır ve şeyden dışarı atılır. Heyelanın başlangıç noktası gerisinde boydan boya uzanan çevirme hendekleri yapılarak yağış sularının heyelan olacak alana girişi önlenir. Şevlerdeki yeraltı suyu boru, hendek, yatay sondaj, tünel, galeri vb. ile drene edilerek veya pompaj kuyuları yapılarak dışarı atılır. Böylece boşluk suyu basıncı azalacak, kohezyon artacak ve dolay ısıyla kaydırıcı kuvvetlerin etkisi azalmış olacaktır.

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ e) Zeminin Sertleştirilmesi: 1- Çimentolama: Şev yüzeyinden sondajlarla aç ılan deliklerden çimento enjeksiyonu yapılarak şevin kaymaya karşı mukavemeti artırılır. 2- Kimyasal maddelerle: Özellikle kaymaya müsait zeminlere özel patentli kimyasal madde enjekte edilir. 3- Dondurma yoluyla: Kısa süreli çalışmalar için uygun bir yöntemdir. Birbirini kesecek şekilde yapılan sondaj deliklerinde amonyak dolaştırılarak şevin kısa süre için donması sağlanmış olur. 4- Pişirme Yöntemiyle: Topuk kısmında açılan sondajlar birbirine bağlanarak deliklerden kızgın hava gönderilir. Bu kızgın hava, delik cidarlarının pişmesini sağlayacak, dolayısıyla şevin kaymasını önleyecek ortam hazırlanmış olacaktır.

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ b) Kaya kayması Kayaların bir süreksizlik düzlemi boyunca aşağıya doğru hareket etmesine kaya kayması veya göçmesi denir. Kitlenin ağırlığı içsel sürtünmeden fazla olduğu andan itibaren kayma hareketi başlar .

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ c) Kaya düşmesi Doğada sık görülen bir olaydır. Deniz ve vadi kenarlarındaki dik falez ve vadi yamaçlarından, sivri dağ doruklarından, mağara tavanlarından büyük veya küçük kaya parçalarının düştüğü görülür. Kaya düşmesinin nedenleri: 1- Topuk oyulmaları 2- Çatlak ve kırıklarda birbirini izleyen erime ve donma olayları 3- Hidrostatik basınç sonucu genişleme ile yerçekiminin bağlayıcı kuvvetlerden daha büyük bir değer kazanması sayılabilir.

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ B) SERBEST YÜZEYSİZ KİTLE HAREKETLERİ ÇÖKMELER Serbest yüzeyli olmayan doğal zeminin düşey yada düşeye yakın bir şekilde hareket etmesine çökme denir. Yük ve türlü kuvvetlerin etkisiyle zeminin ve dolayısıyla üstündeki yapının aşağıya doğru hareket etmesine de oturma denir. Oturmalar, inşaat sırasında ve sonradan oluşabilir.

HEYELANLARIN ÖNLENMESİ

ÇÖKMENiN NEDENLERİ A) Doğal nedenler: Yeraltında bulunan eriyebilen kayaçların sular tarafından eritilmesi ile olu şan boşlukların neden olduğu çökme ve oturmalardır. Tuzlu, jipsli, kireçtaşı ve mermer a1anlanndaki mağara tavanlarında meydana gelen karstik çöküntüler gibi çökmeye, ayrıca depremler de neden olmaktadır. B) Yapay nedenler: Bunlara, insanların yaptığı işler neden olur. Başlıcaları: 1- Yeraltından fazla su alma 2- Fazla yükleme 3- Türlü amaçlı kazılar 4- Dinamit patlatılması ve diğer sarsıntılardır.