İstanbul Yeniköy'deki kömür madenciliği sonrası alanların havalimanı sahası olarak kullanılabilirliğinin geoteknik analizi
Geotechnical analysis of post-coal mining lands in Istanbul-Yenikoy region as usability for airport field
Yazar: HARUN CİNGÖZ
Danışman: DOÇ. DR. NURAY TOKGÖZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining

Özet:
Bu tez, İstanbul/Yeniköy-Akpınar Bölgesi'ndeki üretimi sonra ermiş açık ocak kömür işletme sahalarının, "havalimanı sahası" olarak kullanıma açılmasının planlanması ile birlikte söz konusu sahanın mevcut durum ve sınır şartları açısından kullanılabilirliğinin araştırılacağı bir çalışma olarak öngörülmüştür.
Araştırma kapsamında, Yeniköy-Akpınar Yöresi'nde 2011 yılında yapılan 42,85 km2'lik bir alanı kapsayan 42 lokasyonda, toplam 1067,78 m temel sondajından elde edilen (H ≤ 40 m) jeoteknik veriler değerlendirilmektedir. Saha üzerindeki; 6 boylam serisi içerisinde yer alan 22 sondaja ait yaklaşık 280 jeoteknik veri ve 5 enlem serisi içerisinde yer alan 42 sondaja ait yaklaşık 566 jeoteknik veri olmak üzere toplamda yaklaşık 566 jeoteknik veri kendi içinde "dolgu" ve "dolgu altı" materyallerine göre sınıflandırılarak, mevcut sahanın her ne amaçla olursa olsun yeniden kullanıma açılması durumunda oluşabilecek jeoteknik açıdan riskli materyal hareketleri incelenmiştir.
Çalışmada irdelenen 42 adet sondajdan 32 adedinde "dolgu" materyaliyle karşılaşılmış olup, dolgu derinliğinin ortalama 11,45 m olup HD= 0,20 – 29,90 m arasında değiştiği saptanmıştır. Bununla birlikte sahadaki ortalama yer altı su seviyesi 10,20 m olup Y.A.S.S.= 0,70 – 28,50 m arasında değiştiği tespit edilmiştir.  Materyal ince taneli [-200 no'lu elek (-0,075 mm)] ve iri taneli [+4 no'lu elek (+4,75 mm)] malzeme yüzdeleri açısından incelendiğinde; "dolgu" materyalinin % 90,75'inin ince taneli, "dolgu altı" materyalinin ise % 65,77'sinin ince taneli olduğu belirlenmiştir. Casagrande abaklarına göre materyallerin büyük çoğunluğunun PI = 0,73 (LL-20) doğrusunun üstünde yer aldığı için "killi" materyal sınıfında 15 ≤ PI ≤ 40 sınır aralığında yer aldığından dolayı da "orta (CI) ve yüksek plastisiteli (CH)" materyal olabileceği, bunun yanı sıra materyallerin bir kısmının da PI = 0,73 (LL-20) doğrusunun üzerinde ve 10 ≤ PI ≤ 15 aralığında yer alan "düşük plastisiteli (CL)" materyal olabileceği saptanmıştır.  Materyallerin nadiren PI = 0,73 (LL-20) doğrusunun üzerinde ve PI ≥ 40 sınır aralığında yer alan "çok yüksek (CV) ve aşırı plastik (CE)" materyal olabileceği belirlenmiştir. Yapılan değerlendirmeler kil türlerinin ise; genellikle şişebilme yeteneği az olan üç tabakalı killerden "illit" minerali ile LL ≥ 70 ve PI ≥ 40 sınır şartlarında CV ve CE bölgelerinde bulunan, üç tabakalı killerden çok – aşırı şişme yeteneğine sahip "vermiküllit" veya "montmorillonit" olabileceğine işaret etmektedir.

Yapılan jeoteknik analizlerde, materyallerin % 90,21'inin pompaj etkisine, % 58,01'inin yüksek ve % 26,46'sının da orta seviyede topaklanmaya yatkın olduğu belirlenmiştir. Bunun yanında dona yatkınlık açısında yapılan değerlendirmelerde materyallerin F4 (yüksek) ve F3 (orta) derecede dona duyalı olduğu anlaşılmıştır. Zeminin taşıma kapasitesinin (qult) 3,00 – 5,50 kg/cm2 ve emniyetli taşıma kapasitesinin (qem) de 1,30 – 1,80 kg/cm2 olduğu belirlenmiş olup, 1 m yükseklikteki temel için oturma miktarının yaklaşık 3,00 – 6,00 cm olacağı tespit edilmiştir. Söz konusu sahanın durumu tümüyle ele alındığında, böylesine önemli bir projede temel olarak kullanılması planlanan doğal yapının mevcut haliyle farklı oturmalara ve deformasyonlara müsait olması sebebiyle ancak ıslahı durumunda projenin ihtiyaçlarını karşılayabilecek niteliğe sahip hale gelebileceği anlaşılmaktadır.
Laboratuvarda yapılan analizlerde Danişment Formasyonu'ndan alınan ve dolgu malzemesi olarak kullanılan numunelerin birim hacim ağırlık (γ) ve tek eksenli basınç dayanımı (σc) değerleri tespit edilmiş olup, malzemelerin % 68'inin σc < 1 MPa, % 28'inin 1 MPa < σc < 10 MPa ve % 4'ünün σc > 10 MPa olduğu saptanmıştır. Ayrıca malzemelerin % 24'ünün 1,75 gr/cm3 < γ  < 2,00 gr/cm3, % 70'inin 2,00 gr/cm3 < γ  < 2,25 gr/cm3, % 6'sının ise γ > 2,25 gr/cm3 olduğu belirlenmiştir. Elde edilen veriler, Bieniawski (1989) tarafından zayıf zemin - kaya geçişi olarak kabul edilen 5 MPa mertebesine göre değerlendirildiğinde; malzemelerin yalnızca % 8'i için σc > 5 MPa şartı sağladığı anlaşılmaktadır. Bu durumda, dolgu malzemesi olarak kullanılan orijinal materyalin (Danişment Formasyonu) zayıf zemin özelliği taşıdığını göstermektedir. Yapılan laboratuvar çalışmalarının da gösterdiği gibi kiltaşı, silttaşı, kumtaşı ve çamurtaşı ardalanmasından oluşup düşük dayanım değerleri gösteren orijinal materyal ile yapılan dolgu çalışmalarının, zeminin kayda değer ölçüde iyileştirilmesi açısından yalnız başına yeterli olmadığı açıkça görülmektedir.
Büyük oranda ince daneli materyallerden oluşan sahada öngörülen problemlerin (pompaj etkisi, topaklanma, sıvılaşma, don etkisi ve farklı oturmalar) önüne geçilebilmesi için öncelikli olarak materyalin büyük oranda su ile temasının engellenmesi maksadıyla drenaj çalışmalarının yapılması gerekmektedir. Aksi taktirde yapımı halen devam etmekte olan projede (İYHL) kısa vadede olmasa bile uzun vadede zemine bağlı ciddi problemlerle karşılaşılması kaçınılmazdır.

Anahtar kelimeler: İstanbul Yeni Havalimanı, Yeniköy – Akpınar Yöresi, jeoteknik analiz, ince daneli materyal, yüksek plastisite.

Abstract:
This thesis has been regarded as a study to investigate the availability of the opencast coal mines and mining after the production in Istanbul / Yenikoy–Akpinar Region as an "airport site" in terms of the current situation and boundary conditions.
Within the scope of the research, geotechnical data obtained from a total drilling of length of 1067,78 m (H ≤ 40 m) in 42 locations covering an area of 42,85 km2 and being constructed in Yenikoy–Akpinar Region in 2011 have been evaluated. On the field; 280 geotechnical data from 22 drillings in 6 longitude series and approximately 566 geotechnical data from 42 drillings in 5 latitude series have been classified according to their "fill" and "under-fill" material movements and no matter how the field work can be re-used for some purposes, it's material action have been examined in terms of geotechnics.
In the study, 32 "fill" materials from 42 drillings have been encountered and the fill depth has been founded as 11,45 m and varied from (HD = 0,20 to 29,90 m) on average. Moreover, the average groundwater level in the field has been determined to be 10,20 m and varied from (Y.A.S.S. = 0,70 to 28,50 m). When the percentages of fine-grained materials [-200 mesh (-0,075 mm)] and coarse-grained materials [+4 mesh (+4,75 mm)] were examined, the result has shown that 90,75 % of the "fill" material and 65,77 % of the "under-fill" material have been fine-grained materials. The medium (CI) and high plasticity (CH) material may be available and some of the materials may also be on the line PI = 0,73 (LL-20) and between the boundary line: 10 ≤ PI ≤ 15 because most the materials are above the PI = 0,73 (LL-20) according to Casagrande (CL) material and it takes place in the boundary line (15 ≤ PI ≤ 40) in the "clayey" material class. It has been determined that the materials may be "very high (CV) and over plastic (CE)" material which are in rarely above the line PI = 0,73 (LL-20) and within the borderline PI ≥ 40. The provided evaluation indicates that it may be "vermiculite" or "montmorillonite" from three-layered clay found in CV and CE regions at the boundary line LL ≥ 70 and PI ≥ 40 with "illite" mineral with two layered killer which usually has low ability to swell.
In the geotechnical analysis, it has been determined that 90,18 % of the materials may be pumped. Additionally, 58,01 % tend to be higher-ground and 26,46 % tend to be the middle ground. Furthermore, it has been understood that those materials experimented in terms of frost point also tend to freeze at F4 (high) and F3 (medium) degrees. It has been determined that the carrying capacity of the floor (qult) is between 3,00 and 5,50 kg/cm2 and safe carrying capacity (qem) is between 1,30 and 1,80 kg/cm2. A base and height of 1 m is almost 3,00 -6,00 cm. It is understood that when the situation is fully addressed, the natural structure planned to be used as such an important project that is available for different deformations may can meet the needs of the project in the case of remediation.
In the laboratory analysis, the samples taken from the Danisment Formation and used as filling material have been determined to have the weight per unit volume of a material (γ) and uniaxial compressive strength (σc). 68 % of the materials as σc <1 MPa and 28 % of the materials as 1 MPa < σc < 10 MPa and 4 % σc > 10 MPa have been indicated. In addition, 24 % of the materials are with a weight of 1,75 gr/cm3 < γ < 2,00 gr/cm3, 70 % of the materials are with a weight of 2,00 gr/cm3 < γ < 2,25 gr/cm3 and 6 % γ > 2,25 gr/cm3. When the obtained data were evaluated by Bieniawski (1989) according to the accepted range of 5 MPa, which was considered as weak ground - rock transition, it was understood that only 8 % of the materials provide σc > 5 MPa. In this case, the original material (Danisment Formation) used as a filler material has showed poor soil properties. It is clearly seen that filling studies made with original materials consisting of claystone, siltstone, sandstone and mudstone with low strength values are not enough to improve the ground considerably.
To prevent the problems (pumping effect, lump, liquefaction, frost effect and different sites) regarded as fine-grounded materials in large scale, it is firstly necessary to drain in order to prevent materials from contact with water. Otherwise, it is inevitable to come across serious problems related to floors under construction (IYHL) in the long term, even if it is not in the short term.

Keywords:  Istanbul New Airport, Yenikoy - Akpinar Region, geotechnical analysis, fine-grained material, high plasticity.