Khasab — Tibat (Umman) sahil yolu şevlerinde kaya düşmesiriski azaltma yöntemlerinin araştırılması
Investigation of rockfall risk reduction methods on Khasab-Tibat (Oman) coastal road slopes
Yazar: ZUHAL SOYLU
Danışman: DOÇ. DR. YILMAZ MAHMUTOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Khasab - Tibat Sahil Yolu İyileştirme Projesi, Umman Ulaştırma ve İletişim Bakanlığı ile STFA Oman LLC firması arasında 17 Haziran 2014 tarihinde imzalanan yapım anlaşmasına göre gerçekleştirilen bir projedir. Bu proje, Khasab ilini Tibat'a bağlayan sahil karayolunda meydana gelen kaya düşmeleri nedeniyle yaşanan can ve mal kayıplarını önlemek amacıyla mevcut yolun düzeltilmesi veya yeniden inşa edilmesini, ayrıca kıyı ve şev koruma işlerini içerir. Toplamda 27 km'lik 6 bölümden oluşan projede, şev stabilizasyonu, kaya dolgusu, kıyı koruma dolgusu ve menfez inşası gibi çeşitli işler gerçekleştirilmiştir. Çalışma, Khasab - Tibat sahil yolunun 0+000 km ile 15+105 km arasındaki şev koruma işlerini incelemekte ve gelecekteki benzer projeler için de  kaynak olarak kullanılması hedeflemektedir. 
Khasab - Tibat sahil yolunun 15 km'lik bölümünde kaya düşmelerini önlemek için şev stabilitesi ve kaya düşmesi analizleri yapılarak, uygun koruma önlemleri seçilip tasarlanmıştır. Bu çalışma, benzer projeler için bir örnek metodoloji sunma amacı taşımakta olup; bu doğrultuda izlenen metodoloji, üç temel aşamadan oluşmaktadır. 
Aşama 1- Veri Toplama: Saha ve laboratuvar çalışmaları ile gerekli veriler toplanmıştır. Bu veriler, daha sonraki analizlerin temelini oluşturmuştur. 
Aşama 2- Analizler ve Risk Değerlendirmesi: Tehlikelerin ön değerlendirmesi için analizler yapılmış, risk ölçümü için detaylı çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu analizler, mevcut durumun, olası risklerin ve risk büyüklüğünün belirlenmesine yardımcı olmuştur. 
Aşama 3- Tasarım ve Öneriler: Son aşamada, tasarım özellikleri ve muhtemel koruma önlemleri önerilmiştir. Elde edilen analiz sonuçlarına dayanarak uygun koruma önlemleri belirlenmiş ve tasarım özellikleriyle sunulmuştur. 
Bu metodoloji, Khasab - Tibat sahil yolunun 15 km'lik bölümünde kaya düşmelerini etkili bir şekilde önlemek amacıyla kullanılmıştır. 
Aşama 1, temel olarak saha araştırmalarının, laboratuvar testlerinin gerçekleştirilmesini ve veri toplama sürecini içerir. Bu aşamada, Khasab - Tibat sahil yolunun proje kapsamındaki 15 km'lik bölümü, insansız hava araçları kullanılarak taranmış ve bu taramalar sonucunda sahil yolu boyunca konumlanan kaya şevleri, belirli kriterlere göre sıralanmış, 1'den 82'ye kadar alt bölümlere ayrılmış ve numaralandırılmıştır. Belirlenen bu bölgelerde süreksizlik hatları ölçülmüş, doğal şev yüzeyinden ve ayrışmış süreksizlik yüzeylerinden Schmidt çekici ölçümleri ile pürüzlülük katsayısını (JRC) belirlemek için Barton tarağı ölçümleri alınmıştır. Bu verilerin, standart profillerle karşılaştırılarak, taze yüzey ve ayrışmış yüzey için tek eksenli basınç dayanımı değerleri ve JRC katsayıları hesaplanmıştır. Bazı bölgelerde kaya ve zemin numuneleri alabilmek için sondaj çalışmaları yapılmış ve elde edilen numuneler, mekanik ve fiziksel laboratuvar deneylerine tabi tutulmuştur. Kaya düşmesi riskini değerlendirebilmek için yol ve trafik durumuyla ilgili veriler toplanmıştır. Her bir bölge, insansız hava araçlarıyla havadan ve lazer ile karadan taranmış; bu yöntemlerle elde edilen koordinatlı fotoğraflar, Agisoft PhotoScan Professional Version 1.4.3 ile işlenmiştir. Netice iribariyle şevlerin ortofoto haritası oluşturulmuştur. Aynı program aracılığıyla şevlerin bulut verileri ile eş yükselti haritasına ulaşılmıştır. Ortofoto haritası üzerinde potansiyel yenilme tehlikesi olan kayalar boyutlandırılmış, sistemli bir şekilde numaralandırılmış ve riskli bölgelerden analizler için kesitler alınmıştır. 
Aşama II'de, Khasab Tibat sahil yolunda kaya düşmesi riskinin değerlendirilmesi için öncelikle gözlemsel bir değerlendirme yapılmıştır. Bu değerlendirme, çalışma alanının özellikleri, şevlerin yüksekliği ve eğimi, yol ile şev arasındaki mesafe ve şev yüzeyindeki kayaların durumu (masif, kırıklı, parçalı) gibi kriterlere dayanarak gerçekleştirilmiş, şevlerin, olası kaya düşmesi riski belirlenerek, harita üzerinde "yüksek riskli," "orta riskli" ve "risk yok" şeklinde bölgelere ayrılmıştır. Gözlemsel risk değerlendirmesinin akabinde, kaya düşmesi riskinin sayısal olarak değerlendirilmesi için Kaya Düşmesi Tehlike Derecelendirme Sistemi (RHRS) kullanılmıştır. RHRS, şev yüksekliği (a), hendek etkinliği (b), ortalama araç riski (AVR) (c), karar verme görüş uzaklığı yüzdesi (d), yol genişliği (e), jeolojik karakter (f), blok boyutu (g), iklim ve şevde suyun varlığı (h), kaya düşmesi tarihçesi (i) parametrelerinin puanlandırılması yoluyla yapılır. RHRS'de derecelendirmeler 0 ile 100 arasında değişen değerler için üstel bir fonksiyon (y = 3x) ile ifade edilir. Burada y, RHRS çizelgesinde karşılık gelen puanı temsil eder. Her bir parametre için bir puanlar hesaplanır. Toplam puan, ilgili bölge için kaya düşme riskine dair puanı verir. RHRS, Aşama I'de belirtilen tüm alt bölgeler için uygulanmış ve yol kesimlerinin tehlike seviyelerini belirlemek için bir karar destek aracı olarak kullanılmıştır. Proje kapsamında, RHRS analizleri sonucunda düşük puan alan bölgeler, daha karmaşık analizler yapmadan korunması gereken yol kesimlerinden ayrıştırılmıştır. 
Aşama III, tasarım özellikleri ile birlikte koruma önlemlerinin belirlenmesini içerir. Bu amaçla, Bieniawski kaya kütle sınıflaması olan RMR'ın geliştirilmiş bir versiyonu olarak bilinen ve dünya genelinde kaya kütlesi koşullarını tanımlamak için birçok mühendis tarafından sistemli bir araç olarak kullanılan, şev kütle puanlaması olan "SMR" derecelendirmesi kullanılmıştır. SMR temel kaya kütle oranından (RMR), kazı yöntemi, şev ve süreksizliklerin konumu arasındaki geometrik ilişkiden yararlanarak sayısal bir değer ortaya koyar. SMR puanlamasına göre; önerilen destek sistemleri, destek duvarları ve şevde palye inşası, kazı ile şevin kontrollü şekillendirilmesi, yüzey drenajı, derin drenaj püskürtme beton, topuk duvarı, sistematik bulonlama, spot bulonlama, topuk hendeği (trenci), topuk veya şev bariyerleri ve şev temizliğidir. Ayrıca, projenin kapsamına bağlı olarak özel yöntemler de önerilmiştir. Özel yöntemler; mevcut yolun deniz doldurularak şevden uzaklaştırılmasını, kaya düşmesine karşı enerji sönümleyici bariyer uygulaması, destek duvarı, püskürtme beton ve enjeksiyon gibi mühendislik yöntemlerinin biri veya birkaçının birlikte uygulanmasını içerir. RHRS analizinde düşük puan elde edilmiş, SMR analizinde ise yüksek puan elde edilmiş şevlerde herhangi bir uygulama önerilmemiştir. SMR puanı düşük olan bölgelerde ise öncelikle kinematik analiz yapılmış ve şevde oluşabilecek muhtemel yenilme mekanizması belirlenmiştir. Sonrasında her bir şevin kendi içinde riskli bölgelerinin belirlenmesi için şev yüzeyinden alınan kesitlerle limit denge analizleri yapılmış ve şevin güvenlik katsayısı araştırılmıştır. Şev güvenlik katsayısının proje için referans kabul edilen 1.3 değerinden düşük olduğu bölgelerdeki herhangi bir yenilme durumunda, yol üzerine kaya düşmesi senaryosu Rocscience'ın Rocfall 5.0 yazılımı kullanılarak modelleme avantajıyla incelenmiştir. Analiz sonuçlarına göre; kaya parçasının yola düşme riski bulunan bölgelerde güçlendirmelere izin verilmiştir. Tez çalışması kapsamında, 42 numaralı şevde kaya düşmesi riskinin azaltılması için yapılan tasarım çalışmalarına yer verilmiştir.

Abstract:
The Khasab - Tibat Coastal Road Improvement Project is a project signed on June 17, 2014, between the Ministry of Transport and Communications of Oman and STFA Oman L.L.C. The project aims to rectify or reconstruct the existing road to prevent the loss of life and property caused by rockfalls on the coastal road connecting Khasab to Tibat. The project also includes coastal and slope protection works. This project consists of a total of six sections covering a distance of 27 kilometers and involves various activities such as slope stabilization, rockfill, coastal protection fill, and culvert construction. This thesis study focuses on slope protection works along the Khasab - Tibat Coastal Road between 0+000 km and 15+105 km, aiming to serve as a resource for similar future projects. 
In the 15-kilometer section of the Khasab - Tibat Coastal Road, appropriate protection measures were selected and designed to prevent rockfalls through slope stability and rockfall analyses. This study provides a methodology example for similar projects, consisting three fundamental stages: 
Stage 1- Data Collection: In this stage, necessary data was collected through field and laboratory studies to form the basis for subsequent analyses. 
Stage 2- Analyses and Risk Assessment: In this stage, analyses were conducted for preliminary hazard assessments, and detailed analyses were performed for risk measurement. These analyses helped identify the current situation and potential risks.
Stage 3- Design and Recommendations: In the final stage, design specifications and potential protective measures were proposed. Based on the analysis results, appropriate protection measures were determined and presented alongside design specifications. 
This methodology was used to effectively prevent rockfalls in the 15 km section of the Khasab - Tibat Coastal Road. 
Stage 1 primarily involves data collection through field surveys and laboratory tests. This included the use of unmanned aerial vehicles to scan the 15-kilometer section of the Khasab - Tibat Coastal Road. The scanned data allowed the categorization and numbering of rock slopes along the coastal road according to specific criteria. In these areas, continuity lines were measured, and Schmidt hammer measurements and Barton's rake measurements were taken to determine uniaxial compressive strength values and Joint Roughness Coefficients (JRC) for fresh and weathered discontinuity surfaces. Some areas required drilling to obtain rock and soil samples, which were then subjected to mechanical and physical laboratory tests. Data related to the road and traffic conditions were collected to assess the rockfall risk. Each area was scanned both from the air and the ground, and this data was processed to create orthophoto maps of the slopes, providing cloud data and contour maps. Orthophoto maps were used to size potential instable rocks, systematically numbered and sections for analysis were taken from risky areas. 
In Stage II, an observational evaluation was first conducted to assess the risk of rockfalls on the Khasab - Tibat Coastal Road. Based on criteria such as the characteristics of the study area, slope height and gradient, distance between the road and slope, and the condition of rocks on the slope (massive, fractured, or fragmented), the slopes were classified into "high risk," "medium risk," and "low risk" areas on a map. Following  the observational risk assessment, the Rockfall Hazard Rating System (RHRS) was used to numerically evaluate the risk of rockfalls. The RHRS is calculated through the scoring of parameters like slope height (a), ditch effectiveness (b), average vehicle risk (AVR) (c), decision sight distance percentage (d), road width (e), geological character (f), block size (g), climate and slope water presence (h), rockfall history (i), and expressed in an exponential function (y = 3x), with y representing the score in the RHRS chart. Each parameter is scored, and the total score for a region provides the rockfall risk score. RHRS was applied to all sub-regions identified in Stage I, acting as a decision support tool to determine the hazard levels of road sections. As part of the project, areas identified with low scores in RHRS analyses were designated as road sections needing protection without further complex analyses.
Stage III involves determining protection measures along with design specifications. To achieve this, the "SMR" rating system, an improved version of the Bieniawski Rock Mass Rating (RMR) and widely used by engineers worldwide as a systematic tool for characterizing rock mass conditions, was utilized. According to the SMR rating, recommended support systems include retaining walls, benching with excavation-controlled shaping of the slope, surface drainage, deep drainage, shotcrete, toe wall, systematic bolting, spot bolting, toe ditch, toe or slope barriers, and slope cleaning. In addition, special methods were recommended depending on the scope of the project scope such as sliding the existing road over the sea fill, energy-absorbing barriers against rockfall, retaining walls, shotcrete, and injection among other engineering methods, either individually or in combination. No application was recommended for slopes that received low scores in RHRS analysis but high scores in SMR analysis. For slopes with low SMR scores, kinematic analysis was conducted first to identify potential failure mechanisms on the slope.Subsequently, cross-sections were taken from the slope for internal risk zone determination, and slope stability factors were investigated. In regions where the slope stability factor was below the reference value of 1.3 for the project, scenarios of rockfall onto the road in case of a failure were modeled using Rocscience's Rocfall 5.0 software. Analysis results allowed for the implementation of strengthening measures in areas where there was a risk of rocks falling onto the road. This thesis study includes design efforts aimed at reducing the risk of rockfalls in slope number 42.