Kaya ve taneli malzemelerde yanal gerilmelerin tahkimat tasarımı üzerindeki etkileri
Effects of rock and granular material horizontal stresses on support design
Yazar: EREN KÖMÜRLÜ
Danışman: PROF. DR. AYHAN KESİMAL
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Beton = Concrete ; Püskürtme beton = Shotcrete ; Tahkimat tasarımı = Support design ; Tüneller = Tunnels ; Yanal zemin basıncı = Lateral earth pressures ; Yer altı açıklıkları = Underground openings

Özet:
Bu çalışma kapsamında düşey gerilmelerin kaya ve taneli malzemelerde (kil, silt vb.) yanal olarak iletilme özellikleri incelenmiştir. Genel olarak 4 ana konuyu içeren tezin ilk aşamasında kaya ortamında kazılan dairesel açıklıklar için duraylılık analizi yapılarak muhtemel yenilme bölgeleri belirlenmiştir. Bu anlamda, Bray ve Brown'ın gerilme nüfuz oranı bağıntıları, Kirsch bağıntıları ve Mohr-Coulomb yenilme ölçütü kullanılarak yeni bir yenilme bölgesi sınır tayini bağıntısı türetilmiştir. Plastik zon tayini üzerine literatürdeki diğer yaklaşımlara da değinilerek yanal gerilmelerin düşey gerilmelere olan oranı arttıkça tavan-taban bölgesinde, azaldıkça yan duvarlar hizasında yenilme bölgesi (plastik zon) kalınlığının arttığı belirtilmiştir. İkinci aşamada tünelcilikte kullanılan püskürtme beton tahkimatının (polimer fiber katkılı ve katkısız) yanal gerilme iletme özelliklerine bağlı olarak farklı zemin şartları için kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Bu amaçla yapılan deneysel çalışmalarda polimer fiber katkının püskürtme betonun elastisite modulü, poisson oranı ve dolayısıyla tahkimat katılığını azalttığı görülmüştür. Üçüncü aşamada ağırlıklı olarak silt tane boyutuna sahip zeminde kazılan iki adet dik temel çukurunun duraylılığı incelenmiş ve yanal tahkimat basıncı sağlayacak bir dayanım duvarı gerekliliği yüzey yüklerinin zemin içerisindeki gerilme dağılımları üzerine etkisi dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Ayrıca zeminden aktarılan yanal gerilmeleri karşılayacak tahkimat basıncı değerleri hesaplanmış ve incelenen bir otoyolun trafiğe kapatılması veya dayanım duvarı inşa edilmesi gerektiği belirlenmiştir. Tezin son aşamasında ise Çayeli Bakır İşletmeleri yeraltı macun dolgu barikatına gelen yanal gerilmeler incelenerek dolgu özelliklerine uygun alternatif barikat tahkimatı tasarımları oluşturulmuştur.

Abstract:
In this thesis horizontal stress transformations of rocks and clay-silt size particular materials are investigated. There are 4 main topics of thesis. First is stability analysis for circular underground openings that is excavated in elastic rock zone. An approach about yield zone (plastic zone) thickness is derived in respect of Bray and Brown stress influence ratio and stress distribution formulas, Kirsch formulas and Mohr-Coulomb failure criteria. Ratio of horizontal stress/vertical stress (k ratio) effects stress distribution and durability of underground openings, directly. Plastic zone?s vertical thickness increases with increasing k ratio and it decreases with decreasing k ratio. Plastic zones expand in horizontal direction with decreasing k ratio. In the second part, polymer fiber reinforced and unreinforced shotcrete supports are compared as tunnel support. Polymer fiber effects are investigated in respect of compressive, flexural strengths and stiffness of support. Poisson ratio and elasticity modulus effect the stiffness of support. Polymer fiber addition decreases the poisson ratio, elasticity modulus and stiffness of shotcrete. Durability of two steep foundation excavation in urban place of Trabzon is investigated with in-situ and laboratory works. And, one of them is evaluated as risky. And, retaining wall construction is suggested for this steep soil layer. Necessary horizontal support pressure is calculated. Paste backfill barricades and exposed horizontal stress for barricades are investigated in fourth part of thesis. Barricade designing fundamentals are referred. Two new barricades were designed for Cayeli Copper Mine paste backfill aplications. Details of new designs are explained.