Zayıf kaya malzemesinin doğrudan ve dolaylı çekme dayanımları arasındaki ilişkiler
Relationships between direct and indirect tensile strength of weak rock material
Yazar: FATİH MEHMET DEMİRBAĞ
Danışman: PROF. DR. ZÜLFÜ GÜROCAK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Ana Bilim Dalı / Uygulamalı Jeoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Kaya malzemesinin çekme dayanımı, yenilme kriterleri, yeraltı kazılarının duraylılığı, kazılabilirlik ve kırılma mekaniği gibi kaya mekaniği uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Ancak, jeoteknik tasarımlarda sıkışma dayanımına göre daha az kullanılır. Bu parametre, doğrudan ve dolaylı yöntemler kullanılarak belirlenebilmektedir. Doğrudan çekme deneyi daha sağlıklı sonuç vermesine karşın yöntemin zorluğu kullanım alanını sınırlamaktadır. Doğrudan çekme deneyinde standart boyda örnek hazırlama, örnek içerisinde yer alan süreksizlikler, deney esnasında örneğin alt-üst yüzeyinin birbirine tam paralel olması koşulu, örnek üzerine yapıştırılan başlıkların hassasiyeti, yapıştırıcı kür süresi ve çekme makinesinin bulunamaması vb. zorluklar nedeniyle yöntem yaygın olarak kullanılmamaktadır. Bu nedenlerden dolayı, daha basit ve uygulanması kolay olan Brazilian, üç ve dört nokta eğilmede çekme ve Loung deneyi gibi dolaylı yöntemler tercih edilmektedir. Ancak, çekme dayanımı konusunda yapılan çalışmalar, dolaylı yöntemler kullanılarak belirlenen çekme dayanımı değerlerinin kaya malzemesinin gerçek çekme dayanımını temsil etmediğini göstermektedir. Bu nedenle, kaya malzemesinin doğrudan ve dolaylı olarak belirlenen çekme dayanımları arasındaki ilişkilerin ortaya konulması önem taşımaktadır. 
Bu çalışmada, düşük dayanıma sahip zayıf kaya malzemesinin doğrudan ve Brazilian çekme dayanımları arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Bu amaçla, andezit, granodiyorit, tüf, marn ve killi kireçtaşı olmak üzere farklı litolojiye sahip formasyonlardan derlenen toplam 152 karot örneğinde doğrudan ve Brazilian çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. 
Elde edilen sonuçlar genel olarak kaya malzemesinin doğrudan çekme dayanımı değerlerinin, Brazilian çekme dayanımına göre daha düşük olduğunu göstermektedir. Ayrıca, doğrudan ve dolaylı çekme dayanımı değerleri, basit regresyon analizleri ile değerlendirilmiş ve kaya malzemesinin doğrudan ve Brazilian çekme dayanımları arasındaki ilişki belirlenmiştir. Regresyon analizi sonuçlarına göre, bu iki çekme dayanımı arasında çok kuvvetli pozitif bir korelasyon (r = 0.89) mevcuttur. Bu korelasyonu ifade eden eşitlik ile çekme dayanımı yaklaşık 12 MPa'dan daha düşük olan kaya malzemesinin Brazilian çekme dayanımı kullanılarak kaya malzemesinin doğrudan çekme dayanımını tahmin edilebilir.

Abstract:
The tensile strength has an important place in rock mechanics applications such as failure criteria, stability of underground excavations, excavation and failure mechanics. However, it is used less considering the compressive strength in geotechnical designs. This parameter can be determined using direct and indirect methods. Despite the fact that the direct tensile test gives more reliable results, the difficulty of the testing requirements limits its extensive usage. The method is not widely used due to the difficulties like; difficulty of standard size sample preparation, the existing discontinuities in the sample, the requirement that the upper and lower surfaces of the sample should exactly be parallel to each other during the test, the sensitivity of the heads attached to the surface of the sample, the curing time of the epoxy and absence of pulling machine etc. For these reasons, indirect methods such as Brazilian, three- and four-point bending tensile and Loung tests, which are simpler and easier to carry out, are widely preferred. However, previous studies focused on the tensile strength showed that the tensile strength values determined using the indirect methods do not represent the true tensile strength of the rock material. Accordingly, it has significant importance to reveal the relations between the direct and indirect tensile strengths of the rock material.
In this study, the relationship between the direct and Brazilian tensile strengths of weak rock material was investigated. For this purpose, the direct and Brazilian tensile tests were carried out on a total of 152 core samples collected from different lithologies, including andesites, granodiorites, tuffs, marls and clayey limestones.
The results indicated that the direct tensile strength values of the rock material in general are lower than the Brazilian tensile strength. Likewise, the direct and indirect tensile strength values were evaluated by simple regression analysis and the relationship between the direct and Brazilian tensile strengths of the rock material was determined. According to the regression analysis results, there is a very strong positive correlation (r=0.89) between these two tensile strengths. With the equation expressing this correlation, the direct tensile strength of the rock material can be estimated by using the Brazilian tensile strength of the rock material with a tensile strength lower than about 12 MPa.