İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜNEL Ü DERS İyildiz.edu.tr/~sahin/tuneller/GENISLETILMIS_4.BOLUM_DERS_NOTLARI.pdf · YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİİnşaat Mühendisliği Bölümü

TÜNEL DERSİErgin ARIOĞLU

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİYILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİYILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİYILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİYILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜİNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Ü İÜ İ

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜİNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Ü İÜ İTÜNEL DERSİTÜNEL DERSİGenişletilmiş 4Genişletilmiş 4. Bölüm. Bölüm

TÜNEL DERSİTÜNEL DERSİGenişletilmiş 4Genişletilmiş 4. Bölüm. Bölüm

(Diğer bölümde incelenen konuların özetlenmesi, Jeolojik dayanım indeksi, (Diğer bölümde incelenen konuların özetlenmesi, Jeolojik dayanım indeksi, GSI’ nin açılımının verilmesi ve diğer kaya sınıflama sistemleri (RMR, Q) ile GSI’ nin açılımının verilmesi ve diğer kaya sınıflama sistemleri (RMR, Q) ile (Diğer bölümde incelenen konuların özetlenmesi, Jeolojik dayanım indeksi, (Diğer bölümde incelenen konuların özetlenmesi, Jeolojik dayanım indeksi, GSI’ nin açılımının verilmesi ve diğer kaya sınıflama sistemleri (RMR, Q) ile GSI’ nin açılımının verilmesi ve diğer kaya sınıflama sistemleri (RMR, Q) ile ç ğ y ( , Q)ç ğ y ( , Q)

olan ilintileri, kaya kütlesinin mekanik büyüklükleri)olan ilintileri, kaya kütlesinin mekanik büyüklükleri)ç ğ y ( , Q)ç ğ y ( , Q)olan ilintileri, kaya kütlesinin mekanik büyüklükleri)olan ilintileri, kaya kütlesinin mekanik büyüklükleri)

Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLUProf. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLUProf. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLUProf. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU

Yapı Merkezi AR&GE BölümüYapı Merkezi AR&GE Bölümü

20092009

Yapı Merkezi AR&GE BölümüYapı Merkezi AR&GE Bölümü

20092009

11

2009200920092009



ÜTEŞEKKÜR

Değiştirilmiş GSI yöntemine, 2002 ilişkin sunu malzemesini temin eden, ve yazdıklarığ ş ş y , ş , y

kitabın, 2007, 4 ve 5 bölümlerine ait pdf dosyalarını(*) cömertçe kullanılmasını sağlayan

Hacettepe Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyelerinden

Prof. Dr. Reşat ULUSAY

Doç. Dr. Harun SÖNMEZ’ e

ve

TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası, Ankara Yetkililerine

burada teşekkür edilir.

22

(*) Kaya kütlesi puanlama sistemi RMR (1976, 1979) ve Q (Norwegian Geotechnical System, 1974) ile ilgili ayrıntılı açılımlar için 4 ve 5 bölümleri okunacaktır. Bu dosyalar http://www.inm.yildiz.edu.tr/anabilimdallari/ulastirmatr/index.htm sitesine konulmuştur.



Kaya kütlesi sınıflama sistemleri ile ilgili bilgiler ve sayısal örnekler için de aşağıda belirtilen

kaynaklara başvurulacaktır:

• Püskürtme Beton

Ergin ARIOĞLU – Ali YÜKSEL – Ali Osman YILMAZ

TMMOBMaden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi Yayını 2008TMMOBMaden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi Yayını, 2008

Bilgi Föyü: 1 ve Bilgi Föyü: 2

Problem: 1, 2, 3, 4

• Tünel/ Galerilerin Sismik Analizi

Ergin ARIOĞLU Ali Osman YILMAZErgin ARIOĞLU – Ali Osman YILMAZ

TMMOBMaden Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi Yayını, 2006,

Bilgi Föyü: 7

Kitaplar, Yıldız Teknik Üniversitesi Genel Kütüphanesi ve Ulaştırma Anabilim Dalı Kütüphanelerinde (Araştırma

Görevlisi N Sevgi YALÇIN) mevcuttur

33

Görevlisi N. Sevgi YALÇIN) mevcuttur.



İLK ÜÇ BÖLÜMDE İNCELENEN KONULARDAN ÇIKARTILAN TEMEL NOKTALARİLK ÜÇ BÖLÜMDE İNCELENEN KONULARDAN ÇIKARTILAN TEMEL NOKTALAR

Başarılı tünel projesi aşağıdaki hususları eksiksiz sağlamalıdır.

o Tünel kazı ve nihai iksaları tüm stabilite isteklerini yerine getirecektir.

o Tünel ilerleme hızı güncel teknolojinin limitleri içinde olacaktır.

o Öngörülen zaman/ bütçe programlarına uyumlu olacaktıro Öngörülen zaman/ bütçe programlarına uyumlu olacaktır.

o Proje boyunca yerli mühendislik/ tünel teknoloji olanakları en üst düzeyde kullanılacaktır.

o Projede sıfır can kaybı esas alınacaktır.

o Proje kapsamında gözetilen “kalite anlayışı” tünel hizmet süresi boyunca (onarım + bakım)

masraflarınıminimize etmelidir.

o Projede geri kazanımmalzeme kullanım oranı yüksek olmalıdır.

Tünel projelerinin başarısı verilen proje koşullarındaki jeolojik/ hidrojeolojik/ geoteknik

risklerin en elverdiği ölçüde ortaya çıkartılması ve gereken mühendislik önlemlerininrisklerin en elverdiği ölçüde ortaya çıkartılması ve gereken mühendislik önlemlerinin

uygulanmasına yakından bağlıdır.

Mühendislik jeolojisi geoteknik arazi/ laboratuar çalışmalarının bütçesi proje bedelinin % 1 – 3

44

arasında olmalıdır.



Devamıdır…

Sondaj uzunluğu en az projelendirilen tünel uzunluğu kadar olmalıdır. Tüm saha verilerinin

çok iyi yorumlandığı ve iyi mühendislik hizmetinin verildiği projelerde yukarıdaki sınır değer

aşağı çekilebilir.

Kaya kütlesi sınıflama sistemlerinde kullanılan kaya kalite gösterge değeri “RQD” bir çok

limitleri olduğu unutulmamalıdır (Karot alma yönüne bağlı olarak değişken RQD tanımı 10 cm’ denlimitleri olduğu unutulmamalıdır. (Karot alma yönüne bağlı olarak değişken RQD tanımı, 10 cm den

daha küçük kaya parçacıklarının değerlendirmeye alınmaması, hacimsel çatlak miktarı Jv (adet/m3)

arasında çok anlamlı bir korelasyon kurulamaması vb.).

Kaya kütlesi sınıflaması sistemlerinin (RMR, Q, GSI vb.) kullanımında maksimum özen

gösterilmelidir. Bu sistemler mühendislere çok önemli tasarım kolaylıkları (kaya kütlesinin

k ik bü üklükl i tü l t bilit t l ik tü ü b tl TBM tü l ki il l h lmekanik büyüklükleri, tünel stabilite tanımları, iksa türü ve boyutları, TBM – tünel makine ilerleme hızları

vb.) sunarken, aynı zamanda içerdikleri içsel yetmezlikleriyle (süreksizlik geometrisinin

tanımlanmasındaki eksiklikler, kaya kütlesinin maruz kaldığı “gerilme koşulları”’ nın sayısallaştırmadaki

kimi güçlükler, sismik yüklemede çatlaklı kaya kütlelerinin davranışları konusunda yeterli bilgi birikiminin

olmaması vb.) ciddi değerlendirme hataları taşıdıkları kesinlikle unutulmamalıdır.

55



Devamıdır…

Özellikle kaya kütlelerinde açılan tünellerin iksalarına etki eden düşey yüklemenin büyüklüğü,

tünel açıklığının etrafında oluşan “kemerlenme olgusu” nedeniyle derinlik basıncından daha

dazdır.

Terzaghi “Kemerlenme Teorisi”, 1943 tünel iksalarına etki eden basınçlarının hesaplanmasında

kullanılabilir. K= Yatay basınç/ Düşey basınç oranı için önerilen K=1 değerinin projekullanılabilir. K Yatay basınç/ Düşey basınç oranı için önerilen K 1 değerinin proje

koşullarında, özellikle sığ tünellerde dikkatle irdelenmesi gerekmektedir.

Sıkışma, tünel cidarının kazı boşluğuna doğru yaptığı radyal yerdeğiştirmesidir. Yenilme

“plastikleşme” şeklindedir. Gözlenen yenilmeler genellikle “ihbarlı” özellik gösterir. Dairesel

kesitli tünellerde “sıkışma”’ nın düzeyi

koşulundan belirlenebilir Örneğin σ b büyüklüğü Q’ ya göre

t

y,b

σ Tünel cidarındaki teğet gerilme= = 1

σ Kaya kütlesinin tekeksenli basınç dayanımı

koşulundan belirlenebilir. Örneğin σy,b büyüklüğü Q ya göre

(γ= Kaya yoğunluğu, t/m3)

0,333 2y,bσ = 700. .Q , t/mγ

66

ve



σ = 2σ = 2 (Derinlik basıncı)= 2 γ H (Bu ifade hidrostatik gerilme koşulu için geçerlidir)Devamıdır…

σt= 2σz= 2. (Derinlik basıncı)= 2.γ.H (Bu ifade hidrostatik gerilme koşulu için geçerlidir)

olduğu dikkate alındığında

Hk=350.Q0,333

şeklinde yazılabilir. Verilen tünel derinliği H< Hk ise “sıkışma” oluşmaz. Eğer H>Hk ise tünel

çevresinde “ciddi sıkışma hareketi” sözkonusudur. (Düzey derecelenmesi için Bkz 3. Ders

notları)

Kaya patlaması şeklinde gözlenen stabilite sorunu genellikle çok büyük derinlik basıncı altında

sağlam – çatlaksız – kaya kütlesinin ani, tahripkar şekilde yenilmesidir. Dairesel kesitli tüneldesağlam çatlaksız kaya kütlesinin ani, tahripkar şekilde yenilmesidir. Dairesel kesitli tünelde

kritik tünel derinliği

y,b labσ 0,5σ

S = = = 1

Hk> 0,09.σlab , m

kl d f l d l b l ( f d h d k l k l ( l d

t

S = = = 1σ 2. .Hγ

şeklinde formule edilebilir. (Bu ifade hidrostatik gerilme koşulu (K= σz=σy=1 için geçerlidir.

σlab= Sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı, t/m2, γ= Kaya yoğunluğu, γ= 2,7 t/m3

alınmıştır.).

77

alınmıştır.).



Yeraltı yapılarının tasarım felsefesi:

İLAVE GÖSTERİM

Yeraltı yapılarının tasarım felsefesi:

Kaya kütle sınıflaması

Kaya kütlesini kullanarak sınıflandırma:

Geri çözümlere dayanan amprik yaklaşımlar

Tasarım

RMR GSI

oÇatlakların tariflenmesio Blok boyutuo Pürüzlülük/ dayanımo Tünel faktörleri

RMR, GSI

•Stini (1920)•Barton (1977)•Bieniawski (1978)•Müller (1978) o

İksa gereksinmeleri

Tünel projelerinde yenilme/ stabilitenin belirlenmesi:

Müller (1978)•Hoek – Brown, (1992)• Palmström (1995)

Kaya kütle davranışı Jeolojik dayanım indeksi, GSI

Tasarım

Analitik ve nümerik

Tünel projelerinde yenilme/ stabilitenin belirlenmesi:

• Protodyakanov (1925)•Terzaghi (1943)• Labasse (1947)•Caquot (1956)•F Mohr (1956)

Hoek – Brown Yenilme Eğrisi• m (kırılma)• c (kohezyon)

indeksi, GSI Analitik ve nümerik Modeller

Denge noktası

iksa

basıncı

iksa

F. Mohr (1956)• Lauffer (1958)•Dudddeck (1972)•Wood (1975)•Einstein (1979)•Sakuira (1987)•Hoek (1995)

c (kohezyon)• σlab,b

Zemin/ kaya kütlesi ile iksa karakteristiğinin etkileşimi

Tünel cidar deformasyonuTüne

l

88

Hoek (1995)•Carranza‐Torres (1998)• Singh (1999)

etkileşimi

Kaynak: Martin, D., http://www.ndk.ethz.ch/downloads/publ/PDF‐ZLG‐S1/6.pdf’ den değiştirilerek.



Kırılma modları:

İLAVE GÖSTERİM

GSI sınıflaması

Kaya kütlesiyZemin ve kaya kütlesinin etkisi: kaya patlaması

99Kaynak: Martin, D., http://www.ndk.ethz.ch/downloads/publ/PDF‐ZLG‐S1/6.pdf’ den biraz değiştirilerek.

Kaya sıkışma: Tünel cidarının kazı boşluğuna doğru radyal hareketi



Kaya kütlesinin tanımı:

Kaya Malzemesi SüreksizliklerGerilme

aya üt es ta

Gerilme

Mühendislik girişimi

GerilmeGerilme

Kaya Kütlesi Özellikleri S

Gerilme

y S

KK

(Hudson, 1989)

KKo KM : Kaya malzemesi – sağlam, çatlaksız, laboratuar numunesi

(φ=5,4 cm x 10 cm)

o S : Süreksizlik – çatlaklar –

o KK : Kaya kütlesi

1010



İLAVE GÖSTERİM

Kaya kütle sınıflamasında alınan temel öğeler ve bir örnek: RMRKaya kütle sınıflamasında alınan temel öğeler ve bir örnek: RMR

σlab,b=SağlaÇatlak ü kliliği

Arazi gerilmeleri

Kaya kütle puanlama sistemi,

m kayanın dayanımı

sürekliliği gerilmeleriRMR= A1+A2+A3+A4+A5+B

=0 – %100

Yeraltı suyu

Çatlak aralığı

Çatlak yönelimi

Kötüden iyiye doğru:

%1 – %15 : A1= Tek eksenli dayanım

Yeraltı suyuğ y

RQD, Sondaj kalitesi (çatlak sıklığı)

%3 – %20 : A2= RQD

%5 – %20: A3= Çatlak aralığı

0 – %30: A4=Çatlakların durumu

Çatlak açıklığı ve ayrışma derecesi

Çatlak şekli

sıklığı) Ç

0 – %15: A5= Yeraltı suyu

0 – %12: B= Çatlak yayılımı

1111Kaynak: Martin, D., http://www.ndk.ethz.ch/downloads/publ/PDF‐ZLG‐S1/6.pdf



Bir tünel projesi – İstanbul Metro Tüneli – için kaya puanlama sisteminin “RMR89” uygulaması:

GD KBLevent İstasyonu

Gayrettepe İstasyonu Zincirlikuyu Şaftı

D l Kumtaşı çamurtaşı A d i

Kaya kütle parametreleri

Kumtaşı Çamurtaşı Fay zonu geçişleriMak Min Mak Min Mak Min

Dolgu Kumtaşı, çamurtaşı Andezit

parametreleri Mak. Min. Mak. Min. Mak Min

Tek eksenli basınç dayanımı

136,4 MPa (12) 55 MPa (7) 37,5 MPa (4) 31 MPa (4) 9,4 MPa (2) 9,0 MPa (2)

RQD 50‐75% (13) 25‐50% (8) 50‐75% (13) 25‐50% (8) 25‐50% (8) <25% (3)

Süreksizlik aralığı 0,6‐2 m(15) 60‐200 mm (8) 200‐600 mm (10) 60‐200 mm (8) 200‐600 mm (10) <60 mm (5)Süreksizlik aralığı 0,6 2 m(15) 60 200 mm (8) 200 600 mm (10) 60 200 mm (8) 200 600 mm (10) <60 mm (5)

Süreksizliklerin durumuÇok pürüzlü yüzeyler (20)

Çok pürüzlü yüzeyler (20)

Çok pürüzlü yüzeyler (20)

Pürüzlü yüzeyler (10) Pürüzlü yüzeyler(10) Az oyuklu>5 mm (0)

Yeraltı suyu Islak (7) Nemli (10) Nemli (10) Nemli (10) Damlama (4) Damlama (4)

1212

Puan düzenlemesi Çok uygun(0) Orta (‐5) Çok uygun (0) Orta (‐5) Uygun değil (‐10) Uygun değil (‐10)

Toplam Puan (67) (48) (57) (35) (24) (4)Sınıf numarası II III III IV IV VTanımlama İyi kaya Orta kaya Orta kaya Zayıf kaya Zayıf kaya Zayıf kayaKaynak:Dalgıç, S, 2002.



JEOLOJİK DAYANIM İNDİSİ, GSIJ O OJ S , GS

• Genel

Hoek tarafından önerilen daha sonra Sönmez ve Ulusay, 2002 tarafından çok daha kullanışlı hale getirilen GSIHoek tarafından önerilen daha sonra Sönmez ve Ulusay, 2002 tarafından çok daha kullanışlı hale getirilen GSI

abağı ile kaya kütlesinin özellikleri tünel projesi için kantitatif olarak belirlenebilir.

• Yöntem

Bu belirleme yönteminde iki temel parametre mevcuttur:

o Yapısal özellik puanı: Anılan büyüklük kaya kütlesinin “çatlaklılık” durumu belirtir. Ve değeri kaya kütlesinin

hacimsel çatlak sayısından “Jv” hesaplanabilir.

SR= ‐ 17,5lnJv+79,8

RQD’ den kestirilmesi:

110 RQD

RQD= Kaya kalite göstergesi, %.

3v

110 ‐RQDJ = = 444 ‐ 0,4RQD , adet/m

2,5

Çatlak aralığı ölçümünden Jv’ nin kestirilmesi:

(Ayrıntılı bilgi için Bkz Ulusay, Sönmez 2007 sunu malzemesi)

1313



Çatlak aralık ölçümlerinden J ’ nin belirlenmesi:Çatlak aralık ölçümlerinden Jv nin belirlenmesi:

1 2 nN N NJ

Jv’ nin hesaplanması için Palmström (1996) aşağıdaki eşitliği önermiştir.

1 2 nv

1 2 n

J = + + ......... +L L L

Jv =Hacimsel çatlak – eklem –sayısı (çatlak/m3)

l k k ( ’d ’ k d ) d k d k l h l ğLn = Her çatlak takımına (1’den n’ e kadar) dik yöndeki ölçüm hattının uzunluğu

Nn= Her çatlak takımındaki (1’den n’ e kadar) çatlak sayısı

n = Çatlak takımı sayısı

Çatlak takımlarının farklı yönelimleri

nedeniyle hat etütlerinin her çatlak

takımına dik yönde yapılması çoğu kez

güç olabilir.

Şerit metre

1414Kaynak: Ulusay, Sönmez, 2007



Bu güçlüğün aşılabilmesi amacıyla Sönmez ve Ulusay (1999) aşağıdaki ifadeyi önermişlerdir

Devamıdır…

Bu güçlüğün aşılabilmesi amacıyla Sönmez ve Ulusay (1999) aşağıdaki ifadeyi önermişlerdir:

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

∑n

v31 1 1 1

J = + + ......... + =S S S S

, adet/m⎝ ⎠i=11 2 n iS S S S

S= Her çatlak takımının gerçek aralığı; n= Çatlak takımı sayısı

ölçüm

S: Gerçek aralıka: Görünür aralık (ölçüm hattı üzerinde ölçülen)

1515

ölçüm(ölçüm hattı üzerinde ölçülen)α: Ölçüm hattı doğrultusuyla süreksizliğin doğrultusu arasındaki açıβ:Süreksizliğin (çatlağın eğimi)

Kaynak: Ulusay, Sönmez, 2007



o İleri derecede eklemli kaya kütlelerinin ayırtlanması oldukça güçtür. Bu nedenle, bu tür kaya kütlelerindeDevamıdır…

o İleri derecede eklemli kaya kütlelerinin ayırtlanması oldukça güçtür. Bu nedenle, bu tür kaya kütlelerinde

Jv’nin tahmini için aşağıdaki eşitlik önerilmiştir (Sönmez ve Ulusay, 1999)

⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟

3. .1 1 1

J = , adet/m⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠v

x y z

. .J , adet/mS S S

Sx,y,z = Birbirine dik x, y ve z yönlerinde eklemlerin ortalama aralığı

S ≈ S ≈ S (İleri derecede eklemli homojen kaya kütlelerinde)Sx ≈ Sy ≈ Sz (İleri derecede eklemli homojen kaya kütlelerinde)

Bu nedenle, yukarıdaki eşitlik aşağıdaki gibi basitleştirilebilir.

⎛ ⎞⎜ ⎟

331

J = adet/m⎜ ⎟⎝ ⎠vJ =S

, adet/m

Yukarıdaki eşitliklerde eklemlerin sayısı dikkate alınmadığından, bunlardan belirlenecek Jv değerleri

gerçekçi olmayabilir ve olması gerekenden yüksek J değerleri elde edilebilirgerçekçi olmayabilir ve olması gerekenden yüksek Jv değerleri elde edilebilir.

Bu sınırlamanın giderilebilmesi amacıyla Sönmez ve Ulusay (2002) aşağıdaki eşitliği önermişlerdir:

⎛ ⎞⎜ ⎟

31J = D adet/m⎜ ⎟

⎝ ⎠v nJ = D , adet/m

SDn= İleri derecede çatlaklı kaya kütlesindeki münferit kaya parçalarının yüzey sayısı (Birbirine paralel veya

yaklaşık paralel yüzeylerin aynı eklem takımına ait olduğu dikkate alınarak, bu tür yüzeyler bir kez sayılır).


S= Ortalama çatlak – eklem – aralığını temsil eden kaya parçaları veya bloklarının ortalama boyutu.



o Süreksizlik çatlak koşulu puanlaması:

Devamıdır…

o Süreksizlik – çatlak – koşulu puanlaması:

SCR=Rr + Rw + Rf

Rr = Çatlak yüzeylerinin pürüzlülüğüne ilişkin puan : (0 – 6)

Rw = Bozunma – ayrışma – derecesi ile ilgili puan : (0 – 6)

Rf = Çatlak içi malzemesine ilişkin puan : (0 – 6)

Sondaj loglarının özenli incelenmesi sonucunda sözkonusu faktörlere puanlar verilir.

SR ve SCR büyüklükleri belli olunca kantitatif GSI abağından GSI değeri kestirilebilir.

Sayısal Örnek:Sayısal Örnek:

Veriler:

o RQD=% 50

o Çatlak pürüzlülüğü: Az pürüzlü Rr= 3

o Bozunma derecesi: Az bozunmuş, Rw= 5

o Çatlak dolgusu: Sert, kalınlığı < 5 mm,Rf= 4

İstenen: GSI=?

Çözüm:

1717

o Hacimsel çatlak sayısı

Jv=44‐0,4RQD=44‐0,4x50=24 adet/m3



Devamıdır…

o Yapısal özellik puanı

SR= ‐17,5lnJv+79,8= ‐17,5.ln24+79,8≈24

o Süreksizlik yüzey koşulu

SCR= Rr + Rw + Rf = 3 + 5 + 4 = 12

SR= 24 ve SCR= 12 puanlarının belirlediği GSI değeri yaklaşık olarak GSI ≈40 “Bloklu/Örselenmiş olarak elde edilir

(Bkz Şekil).

GSI abağından elde edilen pratik sonuçlar şunlardır:

o Verilen süreksizlik yüzey “SCR” koşulunda artan hacimsel çatlak sayısı J ile yapısal özellik puanı azalmakta kayao Verilen süreksizlik yüzey SCR koşulunda, artan hacimsel çatlak sayısı Jv ile yapısal özellik puanı azalmakta, kaya

kütlesi yapısal olarak giderek daha “çatlaklı” olmaktadır. Artan çatlaklılık durumunda GSI değeri, küçük değerler

almaktadıralmaktadır.

o Verilen yapısal özellik “SR” durumunda, azalan süreksizlik yüzey puanı ile GSI değeri de azalmaktadır.

o Tünelin fay zonları gibi zayıf ayrışmış kaya kütlelerinden geçmesi durumunda GSI büyüklüğü (25 – 10) ile temsil

1818

o Tünelin fay zonları gibi zayıf, ayrışmış kaya kütlelerinden geçmesi durumunda GSI büyüklüğü (25 10) ile temsil

edilebilir. Böyle bir kaya kütlesinin tanımı “bloklu/ örselenmiş ve parçalanmış” şeklinde yapılmaktadır.



Kantitatif GSI AbağınınğSon şekli:(Sönmez & Ulusay, 2002)

SCR=

12

SCR=

12

SS

SR= 24SR= 24




Kaya kütle sınıflama sistemleri arasındaki ilişkiler• RMR89 belli ise GSI kestirimi:

GSI= RMR89 – 5 ; RMR89>23 (Hoek vd., 1995)

RMR < 23 ise değiştirilmiş Q’ faktörü kullanılabilirRMR89< 23 ise değiştirilmiş Q faktörü kullanılabilir.

r

n a

JRQDQ' = .

J J

RQD= Kaya kalite göstergesi, %

Jn= Çatlak takım sayısına ilişkin faktör

Jr= Çatlak pürüzlülük durumuna ilişkin faktör

Ja= Çatlak ayrışma derecesine ilişkin

(Jn, Jr, Ja’ a ait ayrıntılı açılımlar için kaynaklar bölümüne bakılmalıdır).

GSI= 9lnQ + 44 (Hoek vd. 1995).

• Q belli iken RMR değerinin kestirimi:⎛ ⎞RMR 44

RMR ≈ 9 lnQ + 44 , , Bieniawski, 1989

RMR ≈ 15 logQ + 50 , , Barton, 1995

⎛ ⎞≈ ⎜ ⎟⎝ ⎠

RMR ‐ 44Q exp

9

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠≈RMR‐50

10Q 10

2020

gQ , , ,

RMR belli olduktan sonra GSI değeri kestirilebilir. (Yukarıdaki ifadelerin istatistiksel bağıntılar olduğu, daha açık

deyişle belirli bir “sapma” bandı içinde kaldıkları hatırlanmalıdır).



RMR ve Q arasındaki istatistiksel ilişki

nQ+ 6

2

44

Olağanüstüzayıf

Aşırı derecedezayıf

Çokzayıf Zayıf Orta İyi

Çokiyi

k i

İleri derecede iyi

Olağan-üstü iyi

Örnek:

80 RMR VAKA ÇALIŞMALARI RMR = 9 InQ

RMR = 9 InQ

+ 44

9 InQ

+ 26

Ço iyi

NGI Vaka çalışmaları RMR Vaka çalışmaları Diğer Vakalar Hindistan’ a ait vakalar

Ortalama kaya kütlesi Q=0,1

için;

O l RMR 23 ( f)

60RMR = 9

aİyi

RM

R

o Ortalama RMR= 23 (zayıf)

o Ortalama %90 güvenlik

üst değeri RMR= 41 (orta)

40

yıfOr

ta

%90 Güvenilirlik sınırı%90 Güvenlik sınırı o %90 güvenlik alt değeri

RMR= 5 (çok zayıf)

20

k ıfZa

y

00.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

Çok

zayı

2121Kaynak: Bieniawski, 1984’ den alıntılayan Ulusay, Sönmez, 2007.

Q



Değişik araştırmacılara göre kaya kütlesinin tek eksenli basınç dayanım ifadeleri

Kaynak Eşitlik Değiştirilmiş Eşitlik

Değişik araştırmacılara göre kaya kütlesinin tek eksenli basınç dayanım ifadeleri

Kalamaras veBieniawski, 1993

Arıoğlu, 1995(Adolf – Exener 1986 Protodyakov

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

y,b

lab,b

σ RMR ‐ 100= exp

σ 24 ≈RMR 9logQ + 44 (Bieniawski, 1989)

y,b ç a t lab,bσ = f .f .f .σ(Adolf – Exener, 1986, Protodyakov, 1964, Priest – Hudson, 1976 ve Stacey, 1986’ a dayanarak) ;

n

ç çç

n

çç

d 0,054+ 1 + 1

l lf = =

d 0,054+ 7,5+m

ll

[ ] ( )

≈

≈

≈

lab,b lab,b

a a

t

σ < 75MPa, m 7,5 ; σ > 75 MPa m= 3,5

f = 1 taze kaya f 0,4 orta derece ayrışmış ‐ bozunmuş kaya

f 1

RQD = 100. 0,1n + 1 exp ‐0,1n

Sheorey, 1997≈RMR 15logQ + 50 (Barton 1995)⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

y,b

lab,b

σ RMR ‐100= exp

σ 20

j1

l =n

Singh ve Goel, 1999

≈

lab,b 0,333y,b

3

σσ = 7. . .Q

100

2,6 t/m

γ

γ

, σlab,l<100 MPa için

2222

0,333y,b lab,bσ = 0,182.σ .Q



Devamıdır…

Kaynak Eşitlik Değiştirilmiş Eşitlik

Barton, 2002 ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

0,333lab,b

y,b

σσ = 5. . Q.

100γ

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠≈RMR‐50

15Q 10

, σlab,l<100 MPa için

Hoek et al, 1995

( )≈ 3

0,333

y,b lab,b

2,6 t/m

σ = 2,81. σ .Q

γ⎝ ⎠≈Q 10

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

y,bσ GSI ‐100= exp

≥

≥76 76GSI = RMR ; RMR 18

GSI = RMR 5 ; RMR 23

Hoek, 2004

⎜ ⎟⎝ ⎠lab,b

pσ 18

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

y,b

lab,b

σ GSI= 0,036exp

σ 30

≥89 89

r

n a

GSI = RMR ‐ 5 ; RMR 23

GSI = 9lnQ' + 44

JRQDQ' = x

J J

σy,b, σlab,b= Sırasıyla kaya kütlesinin ve sağlam kayanın tek eksenli basınç dayanımı, MPa

RMR= Kaya kütlesi puanlama sistemi

fç, fa, ft= Sırasıyla çatlaklık, ayrışma ve zaman faktörü

dn, lç, m, n= Sırasıyla numune çapı, çatlaklar arasımesafe, dayanım faktörü, 1 m’ deki ortalama çatlak sayısı

Q=Kaya tünelcilik kalitesi, Q’= Değiştirilmiş Q faktörü

RQD= Kaya kalite göstergesi, Jn= Çatlak takım sayısı, Jr= Çatlak pürüzlülük sayısı, Ja= Çatlak ayrışma sayısı,

GSI= Jeolojik dayanım indeksi, γ= Kaya kütlesinin birim ağırlığı, t/m3, gr/cm3

2323



Devamıdır…

0.8

0.9

1.0

1 Sheorey, 1997⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

y,b

lab,b

σ RMR ‐100= exp

σ 20

⎛ ⎞⎜ ⎟

y,bσ RMR ‐100= exp

y,bσ 0.6

0.7

Kalamaras, Bieniawski, 19932

3 Hoek, 2004

⎜ ⎟⎝ ⎠

y,

lab,b

= expσ 24

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

y,b

lab,b

σ GSI= 0,036exp

σ 30

lab,bσ

0 3

0.4

0.51

2

0.1

0.2

0.33

RMR, GSI

Şekil Basınç dayanım oranının σ /σ RMR ve GSI ile değişimi

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0.0

Şekil – Basınç dayanım oranının, σy,b/σlab,b, RMR ve GSI ile değişimi

(σy,b, σlab,b= Sırasıyla kaya kütlesinin ve sağlam kayanın tek eksenli basınç

dayanımı, MPa; RMR= Kaya kütlesi puanlama sistemi; GSI= Jeolojik

dayanım indeksi)

2424

dayanım indeksi)



Basınç dayanım oranının, Jeolojik Dayanım İndeksinin, GSI ve Sağlam

4

5

6

mi= 25

⎛ ⎞⎡ ⎤⎡ ⎤⎜ ⎟ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎜ ⎟

⎝ ⎠i

GSIy,b ‐0,1.m0,8i

lab b

σ= 0,0034.m . 1,029 + 0,025.e

σ

Hoek, 1998:

kaya numunesine ait malzeme faktörü ile kestirimi:

2

3

mi=5mi= 10mi=15mi= 20

i⎝ ⎠lab,b 0,05.GSIy,b lab,bσ = 0,019.σ .e

( ) ( ){ }iGSI

‐0,1.m0,8iy,b lab,bσ = 0,0034.m .σ 1,029 + 0,025e

, 5 < GSI < 35

789

0.10⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

y,b

lab b

σ

σ

GSI= Jeolojik dayanım indisi, (Boyutsuz)

mi= Sağlam numuneye ait malzeme faktörü

Örnek: Jeolojik dayanım indisi GSI= 40 olan

3

4

5

6

7⎝ ⎠lab,bσ Örnek: Jeolojik dayanım indisi GSI= 40 olan

bir kaya kütlesinde silttaşı mi= 10 ve

incelenen oran σy,b/σlab,b≅ 0,1 mertebesinde

kestirilmektedir. Örneğin; sağlam kaya

2

3 kestirilmektedir. Örneğin; sağlam kaya

numunesinin tek eksenli basınç dayanımı

σlab,b= 30 MPa için yerinde dayanım

σy,b≈0,1x30= 3 MPa

0 10 20 30 40 50 60 70

0.01

Jeolojik Dayanım İndeksi, GSI

y,b

düzeyindedir.

2525

Şekil – Hoek, 1998 bağıntısına göre basınç dayanımları oranının (σy,b/σlab,b) jeolojik dayanım indeksi, GSI ve sağlam kaya numunesine ait malzeme faktörü, mi ile değişimleri (σy,b= Yerinde tek eksenli basınç dayanımı, σlab,b= tek eksenli basınç dayanımı – sağlam kaya – , Kumtaşı mi=19, Silttaşı mi= 9, Kiltaşı mi= 4, Grovak mi= 18). (Hoek, Kaiser ve Bawden, 1995)Kaynak: Yapı Merkezi Ar‐Ge Bölümü, Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul, 2008.



Kaya kütlesinin Elastik Modülünün belirlenmesinde kullanılan amprik bağıntılar:

Erm=Ey= Kaya kütlesinin elastik modülü

Ei=Elab= Laboratuar numunesinin elastik modülü,GPa,

σci=σlab,b= Sağlam numunenin tek eksenli basınç

dayanımı, MPa

RMR= Kaya kütlesi puanlama sistemiy p

Q= Kaya tünelcilik kalitesi

Qc= Laboratuar basınç dayanımına göre düzeltilmiş Q

faktörüfaktörü

GSI= Jeolojik dayanım indeksi

s= Hoek‐Brown kaya kütlesi yenilme ölçütünde

çatlaklık faktörü,

a= Hoek‐Brown yenilme ölçütünün üs değeri

D= Örselenme faktörü (0‐1). Tünel makinesiyle

Kaynak: Ulusay ve Sönmez 2007

açılmış kazılarda D=0, delme+patlatma ile açılan

tünellerde ise D≈0,8‐0,7.

WD= Bozunma‐ayrışma derecesi(2006b)

2626

Kaynak: Ulusay ve Sönmez, 2007.



Yerinde elastik modülün, Ey, Q faktörü ve sağlam kaya numunesinin tek

6789100000

( )0,333y lab,bE = 2157. Q.σBarton, 2002:

, y, Q ğ yeksenli basınç dayanımı ile değişimleri:

2

3

45

σlab,b= 5 MPa10 MPa20 MPa

100 MPa

MPa

⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

0,333lab,b 3

y

Q.σE = 10. .10

100

( )0 333

, MPa, σy,b < 100 MPa

3

45678910000

tik Mod

ül, E

y, ( )≈0,333

y lab,bE 2157. Q.σ

789

2

3

1000Yerind

e Elast

2

3

4567

2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 789 2 3 4 5 6 7890.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000

100

2727

Q Faktörü Şekil – Barton, 2002 amprik bağıntısına göre yerinde elastik modülün, Ey, Q faktörü ve tek eksenli basınç dayanımına – sağlam kaya numunesi –, σlab,b göre değişimleri (Barton, 2002)

Kaynak: Yapı Merkezi Ar‐Ge Bölümü, Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul, 2008.



Kaya kütlesinin kritik birim kısalma büyüklüğü – elastik rejimde yaptığı birim kısalma değeri –

σy,b

lerin

ıGözen

eksıkışm

ası

Şekil – Tipik bir kaya kütlesinin basınç gerilmesi altındaki davranışıσ

Ey, σy,b= Sırasıyla kaya kütlesinin elastik modülü ve basınç dayanımı, εk= Kritik birim kısalma değeri ,

εp= Pik birim kısalma

y,bk e

y

σε = ε =

E

Değerlendirme:Değerlendirme:

ε>εk’ da kaya kütlesi elastik rejimden hızla ayrılarak, doğrusal olmayan bölgeye girer. Daha açık

deyişle, gerilme düzeyindeki çok küçük artışlarda kaya kütlesinin deformasyonu çok belirgin

kild t K d tü ld “ t bilit l ”’ b l d ğ ik kt if d

2828

şekilde artar. Kısacası; ε=εk durumu tünelde “stabilite sorunları”’ nın başladığı eşik noktayı ifade

eder. Aynı kavramı Sakurai, 1985, 1997 çalışmalarında kullanmıştır.

Kaynak: Singh ve Choudhai, 2007’ den,Yapı Merkezi Ar‐Ge Bölümü, Yapı Merkezi Arşivi, Çamlıca, İstanbul, 2008.



Devamıdır…

Kritik birim kısalmanın “εk” formüle edilmesi:

Tanım gereğince

y,bk

y

σε = x100 , %

E

’ dir.

σy,b= 7 γ Q0,333 MPa (γ = 2,65 t/m3)

σy,b= 18,55 Q0,333 MPay,

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

1,6

y,by lab

lab,b

σE = E

σ

( )1,6

σlab,b, Elab= Sırasıyla kaya kütlesinin tek eksenli basınç dayanımı ve elastik modülüdür. Ve sözkonusu büyüklük

aşağıdaki şekilde yazılabilir.

( )( )

lab,bk 0,2

lab

σε = 17,33 , %

E . Q(Singh vd. 2007)

ε değeri ile tünel sıkışma derecesi belirlenebilir (Bkz Singh et al 2007)

2929

εk değeri ile tünel sıkışma derecesi belirlenebilir (Bkz Singh et al 2007).



Devamıdır…

Sayısal Örnek:

o Tek eksenli basınç dayanımı: σlab,b= 50 MPa – sağlam numune –

o Elastik modül: Elab= 15000 MPa – sağlam numune –lab ğ

o Kaya kütlesi: Q=0,4 – çok zayıf kaya kütlesi –

İ tİstenen:

Kaya kütlesinin tek eksenli yükleme altındaki kritik birim kısalma büyüklüğü

( )1,650( )( )k 0,2

50ε = 17,33. =% 0,72

15000x 0,4

3030



Üç eksenli basınç altında kaya kütlesi yenilmesiσ1 σ1=f(σ3)ç ç y y

• Yenilme ölçütü ifadesi:

Hoek – Brown 2002’ ye göre yenilme ölçütü:⎛ ⎞

aσ '

σ1

σ1

σ3

σ σ = Sırası ile düşey ve yanal gerilmeler

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

31 3 lab,b y

lab,b

a3 1 y,b lab,b

σσ = σ + σ m . + s

σ

σ = 0 için σ = σ = σ .sσ

σy,b

σ1, σ3= Sırası ile düşey ve yanal gerilmeler

σlab,b= Laboratuar numunesinin tek eksenli basınç dayanımı

σy,b= Kaya kütlesinin tek eksenli basınç dayanımı

σy,ç0 σ3

tgφ

mesi,

τ 1

τ=f(σn)A’ dan çizilen teğet

Mohr yenilme dairesiσy,ç= Yerinde çekme dayanımı (Bkz Şekil)

• Yerinde malzeme faktörü:

⎛ ⎞⎜ ⎟GSI ‐100 1 3σ ‐ σ

2

Aτ

Kaym

a Gerilm

GSI= Jeolojik dayanım indeksi

D= Örselenme faktörü, D= (0 – 1)

⎜ ⎟⎝ ⎠

y labm =m .exp28 ‐ 14D

σnσ3σ1

Normal gerilme σ

σ1

φ= İçsel sürtünme açısı

2

Kohezyon=c

• Çatlaklılık faktörü:⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

GSI ‐100s = exp

9 ‐ 3D

1 3σ + σ

2

Normal gerilme, σn

o Normal gerilme ‐ teğet noktasında –

1 3 1 3 1 3n

σ + σ σ ‐ σ σ σ ‐ 1σ = ‐ .

2 2 σ σ + 1

∂ ∂∂ ∂

3131

• Yenilme ifadesinin üs değeri:

( )‐0,066GSI ‐6,66a = 0,5 + 0,166 e ‐ e , GSI > 30 a = 0,5

1 32 2 σ σ + 1∂ ∂o Kaya zarf eğrisi:

( ) 1 31 3

1 3

σ σ ‐ 1τ = σ ‐ σ .

σ σ + 1

∂ ∂∂ ∂

∂σ1/∂σ2 değeri yenilme ifadesinin teğet noktasındaki eğimini gösterir.



L b t i it l f ktö ü

Devamıdır…

• Laboratuar numunesine ait malzeme faktörü:

o Üç eksenli basınç dayanım deneylerinden bulunur veya

o Hoek vd. 1995 kaynağında rapor edilen malzeme faktörleri alınır (Bkz Ulusay ve Sönmez, 2007 kaynağına).

Değerlendirme:

• Kaya kütlelerindeki yenilme ölçütü zemin mekaniğinde kullanılan Mohr – Coulomb yenilme ölçütündenKaya kütlelerindeki yenilme ölçütü zemin mekaniğinde kullanılan Mohr Coulomb yenilme ölçütünden

farklıdır. Şöyle ki, kaya kütlelerinde yenilme ölçütünün analitik ifadesi doğrusal değildir.

• Yenilme ölçütünün doğrusal olmayan özelliği hassas bir şekilde kaya kütlesinin genel özelliğini belirleyen GSI ile

d l k didenetlenmektedir.

3232



Üç eksenli deney verisinin olmadığı durumda ml b’ ın belirlenmesi:Devamıdır…

Kaya türü Sınıf Grup İri Orta İnce Çok ince

Konglomera (22) Kumtaşı (19) Silttaşı (9) Kiltaşı (4)

Üç eksenli deney verisinin olmadığı durumda mlab ın belirlenmesi:

Klastik← Grovak →

(18)

← Tebeşir Taşı→(18)

SEDİMANTER

KlastikOlmayan

Organik(18)

← Kömür→(18)

KarbonatlıBreş(20)

Sparitik Kireçtaşı(10)

Mikritik Kireçtaşı8(20) (10) 8

KimyasalJips(16)

Anhidrit(13)

Foliasyonsuz Mermer (9) Hornfels (19) Kuvarsit 24

METAMORFİK Düşük foliasyonluMigmatit

(30)Amfibolit

31Milonit(6)

Foliasyonlu*Gnays33

Şist(10)

Fillit(10)

Sleyt9

MAĞMATİK

AçıkKoyu

Granit (33)Granodiyorit (30)

Diyorit (28)Gabro 27Norit 22

Dolerit(19)

Riyolit (16)Dasit (17)Andezit 19Bazalt (17)

Obsidyen(19)

3333

Püskürük piroklastik Aglomera

(20)Breş(18)

Tüf(15)

Kaynak: Hoek vd., 1995



Hoek – Brown Yenilme Ölçütüne Bir Sayısal Örnek:

İLAVE GÖSTERİM

Hoek – Brown Yenilme Ölçütüne Bir Sayısal Örnek:

Veriler:

o Litoloji: kumtaşıo Litoloji: kumtaşı

o Tek eksenli basınç dayanımı: σlab,b= 40 MPa

o Sağlam numunenin malzeme faktörü: mlab= 19

Öo Örselenme faktörü: D= 0 – makine ile kazı – (Bakınız fotoğraflar)

İstenen:

GSI= 100 – masif çatlaksız – ve GSI= 50 için kaya kütlesine ait σ1=f(σ3) yenilme ifadelerini çıkartınız.

Ve sonuçlarını irdeleyiniz.

Çözüm:

• Kaya kütlesine ait malzeme faktörlerinin hesaplanması

GSI= 100 için

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

y labGSI ‐100 100 ‐ 100

m =m .exp = 19.exp = 1928 ‐14D 28

⎛ ⎞ ⎛ ⎞

3434

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

GSI ‐100 100 ‐100s = exp = exp = 1

9 ‐ 3D 9



GSI= 50 içinDevamıdır…

İLAVE GÖSTERİM

ç

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

y labGSI ‐100 50 ‐100

m =m .exp = 19.exp = 3,1828 ‐14D 28

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟GSI ‐100 50 ‐100

s exp exp 0 0038

GSI= 100 ve 50 > GSI=30 olduğundan – a≈ 0,5 – alınabilir.

Kaya kütlesinin tek eksenli basınç dayanımı (σ3=0):

⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

s = exp = exp = 0,00389 ‐ 3D 9

y ç y ( 3 )

( )→

→

ay,b lab,b

0,5y,b

0,5

σ = σ .s

GSI = 100 σ = 40x1 =40 MPa

GSI = 50 σ = 40x 0 0038 = 2 46 MPa

• Üç eksenli basınç gerilmesi altında kaya kütlesinin yenilme ifadeleri :

( )→ y,b

y,b

lab,b

GSI = 50 σ = 40x 0,0038 = 2,46 MPa

σ 2,46= = 0,06σ 40

ç ç g y y

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

a

31 3 lab,b y

lab,b

σσ = σ + σ m . + s

σ

GSI = 100 için

( )⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

⎛ ⎞

0,50,53

1 3 3 3

0,5

σσ = σ + 40 19. + 1 = σ + 40. 0,475.σ + 1

40

GSI = 50 için

σ

3535Yenilme ifadelerinin değişimleri σ1=f(σ3) şeklinde çizilmiştir.

( )⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

0,531 3 3 3

σσ = σ + 40 3,18. + 0,0038 = σ + 40. 0,0795.σ + 0,0038

40



Devamıdır…

İLAVE GÖSTERİM

• GSI= 100 – Çatlaksız kaya kütlesi; sağlam laboratuar numunesi –’ nin

o Genel:

Mohr – Coulomb yenilme ölçütüne göre belirlenmesi

Zemin mekaniğinden bilindiği gibi (φ, c) geoteknik malzemenin Mohr – Coulomb yenilme ölçütü “doğrusal”’

dır Ve analitik ifadesidır. Ve analitik ifadesi

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

21 3

π φ π φσ = 2ctg + + σ tg +

4 2 4 2

⎛ ⎞

1 lab,b 3

2

σ = σ + kσ

π φk

’ dir.

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

2

lab b

π φk = tg +

4 2

Kohezyon :

σlab,bσc =

2 kİçsel sürtünme açısı

k ‐1

3636

k 1tgφ =

2 k



Devamıdır…

İLAVE GÖSTERİM

o Kohezyon değeri:

( )2lab,b lab,bc = ‐0,41713 + 0,28907σ ‐ 0,00051878 σ (Al – Awad, 2002)

(Bakınız Şekil)

σlab,b= 40 MPa → c ≈ 11,2 MPa

( Ş )

o İçsel sürtünme açısı:

→ → →lab,bσ 40c = 11,2 = k = 1,79 k = 3,19, , ,

2 k 2 k

⎛ ⎞ → °⎜ ⎟⎝ ⎠

2 π φk = tg + = 3,19 φ = 31,5

4 2

o Kırılma açısı – yatay ile –

⎝ ⎠4 2

°φ 31,5

α = 45° + = 45 + = 60,752 2

σ1

α2 2

σ1

σ3

3737



Ölçülen tek eksenli basınç dayanımının, ölçülen kohezyon ile değişimi:

İLAVE GÖSTERİM

Ö çü e te e se bas ç daya , ö çü e o e yo e değ ş

( )2lab,b lab,bc = ‐0,41713 + 0,28907σ ‐ 0,00051878 σ

(r=0,905)

ezyon, c, M

PaÖlçülen

Koh

e

Ölçülen Tek Eksenli Basınç Dayanımı, σlab,b, MPa

3838Kaynak:Al – Awad, 2002, http://docs.ksu.edu.sa/KSU_PORTAL/sites/Colleges/Papers/%5BNo.37%5D.pdf

(r= Korelasyon katsayısı)



Devamıdır…

İLAVE GÖSTERİM

o Mohr – Coulomb yenilme zarfı

1 lab,b 3σ = σ + kσ

σ = 40 + 3 19σ

şeklinde yazılabilir. Bu ifadenin değişimi Hoek – Brown yenilme ölçütünün çizildiği şekilde gösterilmiştir.

A kt ki ğl it i l il öl ütl i i l d ö li bi f k d B f k

1 3σ = 40 + 3,19σ

Açıktır ki sağlam numuneye ait incelenen yenilme ölçütlerinin aralarında önemli bir fark vardır. Bu fark

büyük ölçüde Mohr – Coulomb yenilme kriterinde kullanılan malzeme faktörü mlab’ e atanan değerden

kaynaklanmaktadır. Kumtaşı için bu değer verilen çizelgeden mlab=19 olarak alınmıştır. Deneysel kaya

mekaniğinde çok iyi bilindiği gibi sözkonusu malzeme faktörünün ortalama değeri alt ve üst sınırlar içinde

içinde değişmektedir. Ayrıca, Arıoğlu’ a göre aynı litoloji için atanan mlab değerleri, deneysel çalışmalarda

Hoek’ un rapor ettiği değerlerden farklılık göstermektedir. Douglas, 2002 doktora çalışmasında sayfa 3.29’ dap ğ ğ g g , ç ş y

kumtaşı için malzeme faktörünün 11 ile 19 arasında değiştiği belirtilmiştir. Kısaca mlab= 19 değerinden daha

küçük bir değer atandığı zaman iki zarfın uyumu artacaktır.

3939



Devamıdır…

İLAVE GÖSTERİM

Hoek – Brown Yenilme Ölçütü σ =f(σ ) değişimiHoek – Brown Yenilme Ölçütü σ1=f(σ3) değişimi

225

250 GSI= 100Çatlaksız (s= 1) kaya kütlesi≡Sağlam

200

225a

ğlaboratuar örneği

Mohr – Coulombyenilme zarfıÇatlaksız (s= 1) kaya

150

175

rilm

e, σ

1, M

Pa

GSI= 50

Ç ( ) ykütlesi≡Sağlam laboratuar örneği

100

125

üyük

Asal G

er GSI= 50Çatlaklı (s= 0,0038) kaya kütlesi

50

75

En B

0

25σy,b=σlab,b=40 MPa

σy,b=2,46 MPa

4040

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

En Küçük Asal Gerilme, σ3, MPa



Hoek – Brown Kırılma Ölçütündeki Örselenmeye Örnekler:

İLAVE GÖSTERİM

Hoek Brown Kırılma Ölçütündeki Örselenmeye Örnekler:

o Delme – patlatma işlemi kötü → D=0

D= Örselenme derece faktörü (0 – 1)

o Delme – patlatma işlemi iyi (veya makine ile kazı) → D=1

4141

Kaynak: http://www.liv.ac.uk/seismic/teaching/chapter01.pdf



Tünel açma makinesi – TBM – uygulamaları için kaya puanlama sistemi RMR sınıflandırmasına göre değiştirilmiş “iksasız kalma süresi” abağı:

Sayısal Örnek:

Ortalama jeolojik dayanım indeksi GSI= 40 için

ik k l ü i k tti ?

çıklığı(*

) , m

iksasız kalma süresi kaç saattir?

RMR≈GSI= 40

o Tavan açıklığı 6 m ise, iksasız kalma süresi

2 saattir

Tavan Aç ∼2 saattir.

o Eğer tavan açıklığı 1.5 m ise, iksasız kalma

süresi ∼40 saattir.

İk lİksasız Kalma Süresi, saat

(*) kl ğ h d l l k l l

4242Kaynak: Lauffer, 1988.

(*) Tavan açıklığı: Daha önceden yerleştirilmiş iksa ile tünel arını arasındaki iksasız yatay mesafedir.



Güncelleştirilmiş Q sistemi ile tünel iksa abağı:ESR= Eşdeğer boyut kazı destek oranı• Kısa süreli madenkazıları için ESR=2‐5,

• Küçük karayolu ve• Küçük karayolu vedemiryolu tünelleriiçin ESR=1,2‐1,3

• Büyük karayolu vedemiryolu tünelleri ,enerji santralleri,tünel girişleri içinESR=0,9 – 1,1,

• Yer altı nükleer enerjisantralleri,,demiryoluistasyonları ve gaznakil tünelleri içinESR= 0,5 – 0,8’ dir.

İKSA KATEGORİLERİ

Sayısal Örnek: Tünel kazı genişliği 10 m, büyük karayolu tüneli için ESR= 1, tünelin geçtiği kaya kütlekalitesi Q – ortalama – değeri Q=0,4 (çok zayıf kaya kütlesi) için gereken destek sistemi nedir?Bulunanlar: İksa destek kategorisi 6 bölgeye düşmektedir Desteğin “lifle güçlendirilmiş püskürtme

4343Kaynak: Grimstad ve Barton, 1993’ den alıntılayan Ulusay, Sönmez, 2007.

Bulunanlar: İksa destek kategorisi 6. bölgeye düşmektedir. Desteğin “lifle güçlendirilmiş püskürtmebeton ve bulonlama ile yapılması “ve kalınlığının ∼12 cm olması gerekmektedir. Kaya saplamasınınuzunluğu 3 metre bulunurken, püskürtme beton kullanılan yerlerde tavan saplamaları arasındakiaralık ∼1,5 m mertebesindedir.

Documents

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜNEL Ü DERS İyildiz.edu.tr/~sahin/tuneller/GENISLETILMIS_4.BOLUM_DERS_NOTLARI.pdf · YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği