Su içeriğinin kil içeren kayaların mühendislik davranışı üzerindeki etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of water content on engineering behaviour of the clay-bearing rocks
Yazar: ZEYNAL ABİDDİN ERGÜLER
Danışman: PROF.DR. REŞAT ULUSAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Yeryüzünde geniş alanlar kaplayan kil içeren kaya türleri suya karşı oldukçaduyarlı birimler olup, su içeriğindeki değişimler bunların mekanik özelliklerinde dedeğişikliğe ve tasarımda güçlüklerle karşılaşılmasına neden olmaktadır. Bu hususgözetilerek bu çalışmada; su içeriğine koşut olarak kil içeren kaya türlerinindayanım ve deformabilite özelliklerinde meydana gelen değişim ile bununkayaların fiziksel ve mekanik özellikleriyle olan ilişkisinin, bu tür kayalarındayanımlarının tahmininde iğne batma ölçerin uygulanabilirliğinin, ayrıca arazikoşulları da göz önünde bulundurularak ıslanma-kuruma süreçleriyle bu kayalardameydana gelen dağılmanın ve karakteristiklerinin değerlendirilmesi için bazıyaklaşımların geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçlar doğrultusunda, Türkiye'ninfarklı bölgelerinde kil içeren kaya türlerinin gözlendiği 20 ayrı yer örneklemealanları olarak seçilmiştir. Bu alanlardan seçilen kaya türlerinin (kiltaşı, çamurtaşı,silttaşı, marn ve ignimbirit) arazi koşullarındaki dağılma davranışlarıdeğerlendirilmiş, süreksizliklerin ve parçalanmanın karakterizasyonuna yönelikölçümler alınmış ve laboratuvar deneyleri için çok sayıda blok örneği derlenmiştir.Öncelikle mineralojik açıdan incelenen bu kaya türlerinden daha sonra farklı suiçeriklerinde hazırlanan örnekler üzerinde kaya mekaniği deneyleri yapılmıştır.Mekanik özelliklerin kestirimi amacıyla, bu özellikler ile su içeriği arasındakayaların fiziksel özelliklerini de dikkate alan genel bir dizi görgül ilişki geliştirilmişolup, bu ilişkiden su içeriğine bağlı olarak mekanik özelliklerin değişimi tahminedilebilmektedir. Ayrıca deney örneklerinin kolay hazırlanamadığı bu tür kayalardatek eksenli sıkışma dayanımının ?iğne batma ölçer? kullanılarak tahminedilebilmesi amacıyla geliştirilen görgül ilişkiden de ölçülen değerlere yakınsonuçlar elde edilebilmektedir. Bu çalışmada önerilen ?dağılma indeksi deneyi? ilekil içeren kayalarda suda dağılma karakteristikleriyle ilgili olarak 2 mm'den büyükboyutlardaki dağılmanın da değerlendirilebilmesinin olanaklı olabileceğianlaşılmaktadır. Gerek arazi gözlemleri gerekse laboratuvar deney sonuçları esasalınarak ıslanma-kuruma süreçleri sonucunda kil içeren kayaların arazidegöstermiş oldukları dağılmanın derecesinin kestiriminde yardımcı olabilecek birsınıflama abağı da önerilmiştir.Anahtar Kelimeler: Dağılma indeksi deneyi, Dayanım, Deformabilite, Kil içerenkaya, Islanma- kuruma, Su içeriği, İğne penetrometresi

Abstract:
Clay-bearing rocks, that cover large areas on the earth surface, are highly waterpronerock units, and changes in water content cause variations in theirmechanical parameters and some difficulties in design. By considering this, in thisstudy; variation in strength and deformability of clay-bearing rocks with watercontent and its relationship with their physical and mechanical parameters,applicability of the needle penetrometer to estimate the uniaxial compressivestrength of such rocks, and based on the site conditions, some approaches toevaluate the disintegration of rocks due to wetting-drying processes and itscharacterization were investigated. For these purposes, 20 locations from differentparts of Turkey, where clay-bearing rocks crop out, were selected as samplingsites. In-situ disintegration behaviour of the selected rocks (claystone, mudstone,siltstone, marl and ignimbrite) was evaluated, measurements for thecharacterization of discontinuities and breaking were taken and a number of blocksamples for laboratory testing were collected. Initially, these rocks weremineralogically studied, and then rock mechanics tests were carried out on thesamples with different water contents. In order to predict the mechanicalparameters, a series of empirical relationships, which also consider the physicalparameters, were developed between the water content and these parameters.These relationships enable to estimate the variation in the mechanical parametersdepending on water content. In addition, good estimates close to the observedvalues can be obtained from the empirical equation developed to predict theuniaxial compressive strength from the ?needle penetrometer? for such rocks fromwhich test samples can not be easily prepared. The results also indicate that it ispossible to assess the slaking characteristics of pieces of clay-bearing rocksgreater than 2 mm with the use of ?disintegration index test? suggested in thisstudy. Based on in-situ observations and laboratory test results, in this study, aclassification chart, that can be helpful to estimate the degree of disintegration ofsuch rocks due to wetting-drying processes in the field, was also suggested.Keywords: Disintegration index test, Strength, Deformability, Clay-bearing rock,Wetting-drying, Water content, Needle penetrometer