Donma-çözülme döngüsünün kayaçların mühendislik parametreleri üzerine etkisi
Effect of freezing-thawing cycle on engineering paremeters of rock
Yazar: İSMAİL İNCE
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA FENER
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Bu çalışmada, laboratuar ortamında donma çözülme (D-Ç) sürecinin kayaçların mühendislik ve dokusal özelliklerinde meydana getirdiği değişimler araştırılmıştır.
Bu amaçla Konya, Aksaray, Niğde, Kayseri, Nevşehir ve Kırşehir illerinde yapı malzemesi olarak kullanılan veya kullanılabilecek farklı dayanım ve dokusal özelliklere sahip kayaç 22 örneği belirlenerek, bu örneklere ait yeterli miktarda blok numune laboratuara getirilmiştir. Belirlenen 22 örnekte D-Ç süreci öncesi (doğal) ve sonrası yapılacak fiziksel, mekanik ve aşınma deneyleri ile dokusal (makroskobik ve mikroskobik) değişimlerin incelemesi için bloklardan ilgili standartla uygun numuneler hazırlanmıştır. Kayaçlarda D-Ç sürecinin etkisi doğal başta olmak üzere 5, 10, 15, 20 ve 30 çevrimlerinden oluşan beş donma çözülme döngüsü ile araştırılmıştır.
D-Ç sürecinin kayaçların fiziksel özellikleri üzerine etkisi; porozite, ağırlıkça su emme, P dalgası yayılma hızındaki değişimler ile araştırılmıştır. Porozite ve ağırlıkça su emme değerleri D-Ç çevrim sayısının artışıyla doğru orantılı olarak (lineer olmayan) bir artış, P dalgası yayılma hızında ise lineer olmayan bir azalış gözlenmiştir.
D-Ç sürecinin kayaçların mekanik özellikleri üzerine etkisi; tek eksenli sıkışma dayanımı, nokta yük dayanım indeksi ve Brazilian çekme dayanımındaki değişimlerle incelenmiş ve mühendislik özelliklerinde D-Ç çevrim sayısının artışıyla ters orantılı olarak lineer olmayan bir azalış belirlenmiştir.
D-Ç sürecinin kayaçların aşınma özellikleri üzerine etkisi; Böhme aşınma kaybı, agrega darbe dayanımı, Los Angeles aşınma kaybı ve suda dağılmaya karşı duraylılık deneyleri ile araştırılmıştır. Böhme ve Los Angeles aşınma kaybı değerleri D-Ç çevrim sayısının artışıyla doğru orantılı olarak lineer olmayan bir artış, agrega darbe dayanımı ve suda dağılmaya karşı duraylılık değerlerinde ise lineer olmayan bir azalış gözlenmiştir. 
Laboratuar çalışmaları ile elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, kayaçların fiziksel, mekanik ve aşınma özellikleri ile D-Ç çevrim sayısı arasında 0,50 ile 0,99 arasında değişen belirlilik katsayıları (R2) elde edilmiştir.
Kayaçlarda makro ve mikro ölçekte yer alan dokusal kusurlar (çatlak, damar, fisür vb.), kayacın dokusunu oluşturan minerallerin tane boyutu, cinsi ve çeşitliği örneğin D-Ç sürecinden etkilenme oranını doğrudan etkileyen önemli bir özellik olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, variations in engineering and textural properties of rocks were investigated under laboratory conditions during freeze-thaw (F-T) cycles.
For this purpose, 22 different rock units being used as building stone or potential building stone were determinedand collected from Konya, Aksaray, Niğde, Kayseri, Nevşehir and Kırşehir cities. The specimens were prepared for physical, mechanical and abrasive tests and textural changes before and after freeze-thaw cycles in accordance with the standards. The effect of freezing-thawing cycles was examined in five cycles as 5, 10, 15, 20 and 30 in turn.
The effect of freezing-thawing cycles on physical properties of rocks was determined by changes in porosity, water absorption in weight and P-wave velocity. Values of porosity and water absorption in weight increased directly proportional with freezing-thawing (F-T) cycles. P-wave velocity values decreased non-linearly with an increase infreezing-thawing (F-T) cycles.
The effect of freezing-thawing cycles on mechanical properties of rocks was investigated by changes in uniaxial compressive strength, point load strength index and Brazilian tensile strength. These mechanical properties of rocks decreased non-linearly with an increase infreezing-thawing (F-T) cycles.
The effects of freezing-thawing cycles on abrasion properties of rocks were examined by Bohme abrasion loss, aggregate impact value, Los Angeles abrasion loss and slake durability tests. The test results indicated that Bohme and Los Angeles abrasion loss values increased directly proportional with freezing-thawing (F-T) cycles. However, aggregate impact value and slake durability test values decreased non-linearly with an increase in freezing-thawing (F-T) cycles.
Results of physical, mechanical and abrasional properties of rocks andfreezing-thawing (F-T) cycles indicate that the coefficient of determination (R2) ranges between 0, 50 and 0, 99.
Macroscopic and microscopic textural defects (fracture, veins and fissure etc.) of rocks and their mineralogical and textural characteristics influence the rate of freezing-thawing cycles directly.