Zemin Etüdü Nedir? Hangi Disiplinleri Kapsar?

Zemin Etüdü Nedir? Hangi Disiplinleri Kapsar?

Mayıs 28, 2021 0 Yazar: Gürsoy Yurtalan

Zemin etüdü, inşası gerçekleşecek yapıların zeminlerinin incelenerek, yapı inşasına uygunluğunun kontrol edilmesidir. Zemin, yapının inşası için uygun olmasa da günümüzde gelişmiş teknikler sayesinde,  gerekli güçlendirme işlemleri yapılarak inşaata uygun hale getirilebilmektedir.

Bir alanda zemin etüdü yapılmasının amacı, zeminin fiziksel özelliklerinin ortaya çıkarılmasıdır. Yer altındaki farklı katmanların durumu, sıkışabilirliği, elastisitesi, gevşekliği, içerdiği kayaçların tanecik boyutu, sıkışmazlığı, su içeriği ve kil içeriği gibi birçok parametre ölçülerek zeminin genel durumu jeomekanik açıdan ortaya konur.

Zemin Etüdü Hangi Disiplinleri Kapsar?

zemin etudu kapsamları

Zemin etudu kapsamları

 Zemin etüdü, temel olarak jeoloji biliminin bir kolu olan jeomekanik disiplininin bir çalışma alanıdır. Jeomekanik, yer altındaki yapıların, stres ve su içeriği gibi farklı fiziksel etkilerle nasıl davranış gösterdiğinin ortaya konmasını sağlar. Bunun ortaya konabilmesi için de hem arazide(in situ) hem de laboratuvarda bazı deneylerin yapılması gerekir.

Jeomekanik çalışmalar ile ortaya çıkarılan fiziksel(mekanik) özellikler, jeofizik yöntemler kullanılarak da kesinleştirildiği gibi ilave özellikler ve katman yapısı da yüksek çözünürlükte elde edilebilmektedir. Jeofizik yöntemler, sıklıkla arazide yapılmaktadır. Zemin etüdü için elektrik rezistivite yöntemleri ve sismik yöntemler kullanılmaktadır.

Jeomekanik deneyler yapılırken, jeolojik kesitlerin ortaya çıkarılabilmesi için sondaj kuyuları da açılmaktadır. Bu sondajlar, hem jeomekanik deneylerin yapılmasını sağlamakta, hem de yer altını oluşturan baskın kayaç kesitlerinin elde edilmesini ve analizini kolaylaştırmaktadır.

Sondajlar

Zemin etüdü için sondaj

Zemin etüdü için sondaj

 Zemin etüdünün yapılacağı arazide, sondajlar çok sık alınmak yerine yalnızca seçilen bölgelerden alınmaktadır. Bu sondajların derinliği genellikle 15 m ya da 20 m aralığında olmaktadır. Bu derinlik, yapının temelinin oturacağı araştırma derinliğidir, değişkenlik gösterebilir.

Sondajlar, birbirine bağlı birden fazla çelik borudan oluşan sondaj boruları aracılığı ile gerçekleşir. Sondaj borusu, yeri delerek yaklaşık 20 m derinliğe ulaşılmasını sağlar. Daha büyük yapılar için daha derin sondajlar gerekebilir.

Sondaj çalışması sonucunda yer altının litolojisi ortaya çıkarılmış olur. Litoloji, yer altında bulunan kayaç çeşidi ve mineral içeriği hakkında bilgi sahibi olunmasını sağlamaktadır. Böylece, arazi hakkında genel bir fikir elde edilmiş olur.

Zemin Etüdü İçin Uygulanan Jeofizik Yöntemler

Elektrik ve sismik yöntemler, zemin etüdünde sıkça uygulanmaktadır.

Sismik Yöntemler

Zemin etüdünde en sık uygulanan yöntemler, sismik yöntemlerdir. Sismik yöntemler, yer altına yapay bir enerji kaynağı ile ses dalgası gönderilerek yapılır. Burada enerji kaynağı dinamit olabilirken, yalnızca balyoz ile vuruş yapılarak da enerji oluşturulabilir. Bu yöntemde önemli olan, yerin altındaki katmanlara ulaşacak enerjiyi üretebilmektir. Üretilen ve yerin altına gönderilen ses dalgaları, farklı yer altı katmanlarından geçerek derinlere doğru iner. Her katman değişiminde sismik dalgalar kırılır.

Yerin altına gönderilen ses sinyalleri, katmanlar arasında ilerlerken aynı zamanda yansıyarak yer yüzüne de geri dönmektedir. Jeofon adı verilen cihazlar ile bu sinyallerin geliş süreleri hesaplanır. Basit fizik formülü olan Yol=Zaman X Hız formülünden bu sismik sinyallerin hızları hesaplanır. Her tabakaya ait sismik hız, farklı değerde olmaktadır. Farklı sismik hızlar, farklı litolojik özelliklere denk gelir.

Hesaplanan sismik hızlardan, kayaçların fiziksel özellikleri ve dinamik parametleri, hesaplama yoluyla elde edilir. P ve S adı verilen sismik dalgalar, farklı yer içi parametrelerinin hesaplanmasına olanak sağlar. P dalgası, ortamın geometrisini ve yapısal özelliğini tespit etmeye yararken, S dalgası ise ortamdaki kayaçların mekanik özelliklerinin ortaya çıkarılmasını sağlamaktadır.

P ve S dalga hızları sayesinde şu parametreler hesaplanabilir: yoğunluk, Poisson oranı, maksimum kayma modülü, bulk modülü, dinamik elastisite modülü. Bu parametreler ile zeminin sıkıştırılabilirlik derecesi, sökülebilirlik derecesi, kırılganlığı ve sağlamlığı üzerine yorumlar yapılabilir.

Elektrik Yöntemler

 Elektrik yöntemler, toprağın elektrik iletkenliğinin hesaplanması için kullanıldığından, genellikle su ve tuzluluk araştırmalarında kullanılır. Buna rağmen zemin etüdünde de bazı kestrimler yapılabilmesini sağlar.

Yer altına iki adet akım elektrodundan gönderilen elektrik akımının oluşturduğu gerilim(potansiyel), iki adet gerilim elektrodu tarafından okunur. Bu okuma, arazi üzerine serilen elektrik hatlar üzerinde sürekli tekrarlanır. Böylece arazinin tamamındaki elektrik özdirenç değerleri elde edilmiş olur.

Elde edilen elektrik özdirenç değerleri, ortamdaki su, tuz ve kil dağılımı hakkında bilgiler verir. Killi zeminlerin inşaat için uygun olmadığı genel olarak bilinmektedir. Bunun yanında su içeriğinin artması da zemini güçsüzleştiren unsurlandandır. Elektrik yöntemler ile elde edilen kil, tuz ve su miktarı da zemin etüdü için önemli fikirler verebilmektedir.

Zemin Etüdü İçin Arazi ve Laboratuvarda Yapılan Jeomekanik Deneyler

 Zemin özelliklerinin hızlıca ortaya çıkarılabilmesi için arazide ve laboratuvarda gerçekleştirilen jeomekanik deneyler, zemin etüdü için hayati öneme sahiptir.

Standart Penetrasyon Testi

 Bu deneyde zeminden alınan numunelere, farklı sürelerde farklı vuruşlar gerçekleştirilir. Belirli bir sondaj derinliğinde yapılan bu deneyde, belirlenen ağırlıklar belirli yükseklikten sondaj borusuna vurularak deney gerçekleştirilir. Burada asıl amaç zeminin ne kadar sert ya da yumuşak olduğunun ortaya konmasıdır. Konsalide olmuş sert bir zeminde daha sık penetrasyon vuruşları yapmak gerekir. Fakat yumuşak zeminlerde daha az vuruşlar yapılarak daha kısa sürede yer altına penetre edilmiş olur.

Yeryüzünde, zemin etüdü işlemlerinde en sık tercih edilen yöntemdir denebilir. Temel düzeyde bir deney olsa da, zemin hakkında çok önemli bilgiler vermektedir.

Persiyometre Deneyi

Zemin etüdünde önemli bir bilgi de zeminin taşıma gücüdür. Buna ek olarak, bina yapıldıktan sonra gerçekleşecek oturma miktarları bilinmelidir. Bunların bilinebilmesi için persiyometre deneyleri gerçekleştirilir. Bu deney çoğunlukla, çakıllı, kumlu, alüvyon içeren, killi, kumlu ve siltli yumuşak zeminlerde gerçekleştirilir. Bu zeminler genellikle ayrışmış ve bozunmuş kaya birimlerinden oluşmaktadır. Bu da, yapının inşası sonrasında oturma ve kaymaların gerçekleşebilme ihtimalini doğurmaktadır.

Bu deney, bir basınç deneyidir. Basınçlı suyun sondaj içerisine verilmesi ile sıkıştırılan birimlerdeki hacim değişmeleri ölçülür. Persiyometre deneyi sonrasında, kayaç birimleri üzerindeki gerilme değerleri ve nitelikleri elde edilir. Emme basıncı, efektif gerilme değeri ve sıvı içeriği gibi etkenler, bu deneyin sonuçlarını etkileyen parametrelerdir.

Laboratuvarda Yapılan Basınç Deneyleri

Araziden alınan kayaç birimleri, doğal ortamdakine benzer bir basınç ortamı oluşturularak teste tabi tutulur. Bu deneyde, yandan, üstten ve farklı açılarla çarprazdan basınçlar uygulanır. Uygulanan basınç sonrasında malzemede meydana gelen deformasyonlar incelenir. Verilen basınca göre kayaç biriminde oluşan deformasyon miktarları ve yönleri, olası bir tektonik harekette, zeminin ne gibi tepkiler verebileceğini göstermektedir. Bu nedenle de zemin etüdü çalışmalarında önemli yer kaplar.

Laboratuvarda Elek Analizi

Araziden alınan kayaçlara ait kum, kaba kum ve çakıl gibi birimleri, farklı genişliklerde deliklere sahip olan eleklerden geçirilir. Üstüste yer alan eleklerden geçirilen bu birimler, en alttaki eleğe kadar elenir. Her elekte kalan birimin miktarına göre, bir zemindeki kayaç birimlerinin ne kadar kaba taneli ya da ince taneli olduğu ortaya konur. Ortaya konan veriler, yüzde cinsine çevrilerek teorik grafikler ile karşılaştırılır. Böylece zeminin sınıfı belirlenebilir. Farklı yüzde değerleri, zemin etüdü açısından farklı zemin sınıflarını işaret eder.

 

Zemin etüdü üzerine hazırladığımız bu içeriğimizin ardından “Depreme dayanıklı evlerin temel özellikleri” başlıklı içeriğimiz de dikkatinizi çekebilir.