Sismik Dalga Hızları
Sismik Dalga Hızları İle Spt Ve Pressiometre Deney Sonuçları Arasındaki İlişkilerin İncelenmesi
Sismik
kırılma çalışmaları ile belirlenen P ve S dalga hızları ile zeminlerin
bazı özellikleri(Standart Penetrasyon N Deneyi, Pressiometre Deney
Sonuçları, Birim Hacim Ağırlığı, Serbest Basınç Dayanımı, Kohezyon İçsel
Sürtünme Açısı) arasındaki ilişkiler değişik zemin sınıflarında
incelenmiştir.(Şişman, 1999)
Zeminin
mekanik özellikleri ile sismik dalga hızları (Özellikle S dalga hızı)
arasında oldukça iyi ilişkilerin olduğu görülmüştür. En küçük mutlak
değerler yöntemi kullanılarak bu ilişkilerin her birinin ampirik
bağıntıları bulunmuştur.
Her
çeşit zemin için S dalga hızları ile yerin mekanik doğal özellikleri
arasında çok yakın ilişkilerin bulunduğu ve S dalga hızlarının
mühendislik çalışmalarında kullanımının önemi belirtilmiştir.
Son
yıllarda çok katlı binaların çoğalmasıyla inşaat mühendisliğinde deprem
risklerine karşın bina ve zeminlerin dinamik tepkilerinin belirlenmesi
amacı ile yapılan çalışmalarda da paralel bir artış gözlenmektedir.
Özellikle büyük mühendislik yapılarında dinamik karakteristiklerin
belirlenerek titreşim problemlerinin çözümü için sismik P ve S dalga
hızlarının belirlenmesi önem taşımaktadır. Yine P ve S dalga hızları
sökülebilirlik çalışmalarında kaya ve zeminlerin özellik ve sınırlarının
belirlenmesinde bize çok önemli bilgiler vermektedir.
Günümüzde
özellikle demiryolu, otoyol, baraj gibi büyük mühendislik projelerinde
zemin ve kayaçaların fiziksel niteliklerini ortaya çıkarmak amacı ile
sismik kırılma çalışmaları ve sondajlar yaygın olarak kullanılmaktadır.
Açılan bu sondaj kuyularında değişik derinliklerde genellikle 1.5-2
metre ara ile ve zemin özelliklerinin değiştiği derinliklerde SPT ve
Pressiometre gibi deneyler yapılmaktadır.
Yüzeyden
yapılan P ve S sismik kırılma çalışmaları özellikle sığ araştırmalarda
enerji kaynağı olarak çekiç kullanılarak pratik ve hızlı bir şekilde
yapılabildiğinden, ön etüdlerde yaygın olarak kullanılan yerinde ölçüm
yöntemlerinin başında gelmektedir.
Bu
çalışmaların yanı sıra SPT ve Shelby tüpüyle alınan örnekler üzerinde
laboratuvarda gerekli deneyler yapılarak zemin sınıfları
belirlenmektedir. Örselenmemiş numuneler üzerinde konsolidasyon, serbest
basınç, üç eksenli gibi standart deneyler yapılarak zemine ait serbest
basınç dayanımı, içsel sürtünme açısı, kohezyon, birim hacim ağırlığı
gibi önemli zemin parametreleri belirlenmiştir. Bu çalışmada çeşitli
projeler kapsamında gerçekleştirilen SPT, pressiometre, P ve S dalga
hızı ve laboratuvarda yapılan deneylerin sonuçları sistematik bir
şekilde toplanarak bu veriler arasındaki ilişkiler incelenmiş ve uygun
matematiksel bağıntılar verilmiştir. Sismik dalga hızları özellikle S
dalga hızları ile SPT darbe sayısı, serbest basınç dayanımı ve limit
basınç arasında oldukça iyi ilişkiler görülmektedir. Bu verilerin
incelenmesi esnasında zeminlerin elastik özellikleri ile ilgili önemli
bilgiler elde edilmiştir.
2.18.1 Hız Ölçüm Yöntemi
Sismik
kırılma yöntemi yüzeyden yapılan çalışmalarda özellikle sığ etüdlerde,
sinyal biriktirmeli cihazların gelişimi ile basit ve hızlı ölçü alımına
olanak sağladığından, enerji kaynağı olarak çekiçten yararlanılarak
yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu yöntemin özellikle yerleşim
yerlerinde, düşük hız romu içeren yumuşak zeminlerde uzun ölçüm
profillerine ve dinamit gibi büyük enerji kaynaklarına gereksinim
duyulması nedeniyle uygulama olanağı zordur. Bu durumlarda işin önem
derecesi göz önünde bulundurularak sondaj kuyusu içinde doğrudan
kayıtları kaydeden log yöntemleri kullanılmalıdır. Ancak sondaja
gereksinim duyulduğundan bu yöntem daha pahalı ve zaman alıcıdır.
2.18.2 Standart Penetrasyon Deneyi
Özellikle
kohezyonsuz zeminlerin yaklaşık yerinde göreceli sıkılığını saptamak
için geliştirilmiş olan bir deney yöntemidir. SPT deneyleri sondaj
kuyularında (51mm.) dış çaplı standart bir örnek alıcı (76 cm.)
yükseklikten (63.5 kg.) ağırlığındaki bir şahmerdan düşürülerek
tekrarlanan darbeleri ile zemine (45 cm.) sokulur. Bu darbeler tijin
üstünde yer alan çakma başlığı sayesinde kuyu tabanındaki örnek alıcıya
iletilmektedir. Sadece son 30 cm.' lik standart penetrasyon değerleri
(N değeri) olarak kullanılır. 45 cm.' lik çakma sırasında her 15 cm.'
lik çakma için darbe adetlerinin sayılması iyi bir uygulama şeklidir. Bu
şekilde kuyu tabanındaki değişik özellikteki zeminin derinliği daha
sağlıklı belirlenir. Çakma işlemini zorlaştıran çakıl, blok veya
çimentolaşmış yerler saptanır. SPT dalga sayıları belirlendikten sonra
kuyudan takımla beraber tüp çıkarılır ve açılarak içindeki zemin çeşidi
belirlenir. Zemin örneği bir kavanoza konularak ağzı sıkıca kapatılır ve
parafinlenir. Bu örnek üzerinde laboratuvarda çeşitli deneyler
yapılarak zemin sınıfı belirlenir.
2.18.3 Pressiometre Deneyi
Pressiometre
deneyleri ile zeminlerin yerinde elastisite modülleri, taşıma gücü,
temel oturmaları ile değişik zemin parametreleri hesaplanabilmektedir.
Sondaj deliğine indirilen bir sonda ile oluşturulan radyal basınçların
kuyu çeperinde yol açtığı deformasyonlara karşılık gelen hacim-basınç
grafiğinin belirlenmesi Pressiometre cihazının başlıca çalışma
prensibidir. Pressiometre cihazının başlıca 3 bölümü bulunmaktadır.
Bunlar, yerüstü ölçme cihazları, sonda (Prob) ve basınç ileten plastik
borulardır. Günümüzde geliştirilmiş Pressiometre cihazları ile 70 kg/cm2
'ye kadar efektif basınç uygulayarak 5-200000kg/cm2 arasındaki zemin ve
kayaların deformasyon modülünü ölçebiliriz.
Pressiometre
her cins zeminlerde ve yumuşak kaya formasyonlarda kullanılır. Aynı
prensip ile çalışan Dilatometre denilen cihazlar ise yumuşak ve en sert
kayalarda kullanılır.
Pressiometre deneyleri uygulama açısından iki şekilde yapılır.
1. Basınç kontrollü (PC)
2. Deformasyon kontrollü (DC)
1. Basınç
kontrollü : Bu halde pressiometre sondasına düzgün kademeler halinde
basınç uygulanır, bu basınç altında sondanın radyal deformasyonları
ölçülerek basınç deformasyon eğrisi çizilir.
2. Deformasyon
kontrollü : Bu halde ise sondanın maksimum radyal deformasyon değerine
düzgün kademeler halinde (örneğin 0,05; 0,15; 0,20) gelinir. Her
deformasyon kademesinde sondaya verilen basınç saptanır ve
basınç-deformasyon eğrisi çizilir.
2.18.4 Daha Önce
Yapılan Çalışmalar
Kuyu
logu ekipman ve yöntemlerinin kullanılarak,ölçülen S dalga hızlarıyla SPT (N)
deyerleri arasında , aşağıdaki deneysel bağıntı verilmiştir.
Vs=92.1.N0,329 (92)
Vs=89.8.N0,341 (93)
S
Dalga hızları ile SPT (N) değerleri arasında iyi ilişki olmasına karşın P
dalgası ile SPT (N) değerleri ilişkisinin daha geniş bir aralıkta dağılaım
gösterdiği belirtilmiştir.
S
dalga hızları ile zemin mekaniğinde yaygın olarak kullanılan parametrelerden
serbest basınç dayanımı (qu) arasındaki ilişki ilk kez Shima Et Al
(1968) tarafından 12 veri üzerinde incelenmiştir. İmai ve Yoshimura(1975) bu verileri
de kulanarak aşağıdaki deneysel bağıntıyı vermiştir. Bu ilişkilendirmede
kullanılan veri sayısı 33'
tür.
Vs=147,6 qu 0.417 (94)
Pressiometre
çalışmalarından elde edilen, net limit basınç (Py) değerleri ile
kuyu logu yöntemi ile belirlenen S dalga hızları arasındaki ilişki izleyen
şekilde verilmiştir. (İmai ve Yoshimura - 1975)
Vs=144,5 Py 0.377 (95)
Vs
ile Py arasında iyi bir ilişki bulunmuş olup kullanılan veri
sayısı 19'
dur. Çalışma yapılan ortamlar daha çok killi, kumlu, siltli zeminlerden
oluşmuştur.
İmai
ve Yoshimura (1975) tarafından pressiometre deney sonuçlarından hesaplanan
pressiometrik modül, diğer bir deyişle statik (pressiometrik) modül (Ep)
ile kuyu loglarından elde edilen sismik hızlardan hesaplanan dinamik elastisite
modülü (Ed) arasındaki ilişkiyi aşağıdaki deneysel bağıntı ile
vermiştir.
Ed=108,4 Ep0.773 (96)
2.18.5 Elastik Dalga Hızları ve SPT
N Değeri İlişkisi
SPT
deneylerinde elde edilen N değerinin fiziksel anlamı kuşkuluda olsa , kullanım
kolaylığı nedeni ile temel mühendisliğinde tasarım için zorunlu deneyler
arasında yer almaktadır.
SPT N
değerleri ile aynı yerde yüzeyden sismik kırılma çalışmaları sonucu elde
edilen P ve S sismik dalga hızı değerleri arasındaki ilişkiler aşağıda sırası
ile irdelenecektir.
2.18.6 P Dalga Hızı İle
SPT ( N ) Değeri İlişkisi
Yüzeyden
yapılan sismik kırılma çalışmalarında elde edilen P dalga hızları ile aynı
derinliklere karşılık gelen SPT N değerlerinin aritmetik ortalaması arasındaki
ilişkisi için Press et al (1988) tarafından verilen bilgisayar programı
kullanılarak verilere en iyi uyan bağıntı
VP = 108,9 N0,562 (97)
olarak hesaplanmıştır. P dalga hızı ile SPT değerlerinin
dağılımı geniş bir aralıkta olmaktadır. Buna P dalga hızının su düzeyinin altında
ani olarak artışı neden olmaktadır. Zeminlerin hemen hemen tümü belirli bir
poroziteye sahiptir. Boşluk oranı tane boyu arttıkça artar. Zeminler
sıkıştıklarında boşluk oranları azalmakta , dolayısı ile SPT değerleri
büyümektedir. P dalgasının havada yayılma hızı 340m/sn 'dir. Bu boşluklar su
ile dolu olduğunda buradaki yayılma hızı 1600m/sn civarındadır. Özellikle
porozitesi yüksek kumlarda yeraltı su düzeyinin altında ölçülen değeri etki
eden başlıca faktör suyun P dalga hızıdır. Özellikle kuru halde düşük P dalga
hızı veren zeminler suya doygun hale getirildiğinde , P dalga hızlarında aşırı
artışlar olmaktadır. Bunun tersi olarak zeminin dayanım paremetreleri
azalmaktadır. Bu nedenle verilerimizin yeraltı su düzeyinin altındaki ve
üstündeki dağılımı farklıdır. Çalışmada 103 adet veri kullanılmıştır.
Yukarıda
belirtilen bağıntıdaki verilerin büyük bir kısmı yeraltı su seviyesinin altında
ölçülen değerlerdir. Bu nedenle bağıntının tek başına kullanılması
sakıncalıdır.
2.18.7. S Dalga Hızı İle SPT (N) Değeri İlişkisi
Yüzeyden
yapılan sismik kırılma çalışmaları sonucu bulunan S dalga hızları ve aynı yerde
yapılan SPT ( N ) değerleri arasında ilişkiler izlenen yöntemle verilmiştir.
Burada N, 30 cm
penetrasyona karşılık gelen darbe sayısıdır. Çalışmada zemin cinsleri
birleştirilmiş, zemin sınıflamasına göre belirlenmiştir.
İzleyen
şekilde gösterilen bu verilerin yukarıda verilen fonksiyonun yaklaştırılmasıyla
en küçük mutlak değerler yöntemi ile verilere en iyi uyan bağıntı
Vs= 32,8 N0,51 (98)
olarak hesaplanmıştır. VS ile N
arasındaki ilişki, VP ile N arasındaki ilişkiden daha iyidir. Bunun
başlıca nedeni yeraltı su seviyesinden sonra Vp hızlarının
artmasıdır. Suda S dalgaları yayılmamaktadır. Bu nedenle suya doygun zeminlerde
S dalgaları zeminin katı kısımlarında yayıldığından dolayı zeminlerin sıkılığı
hakkında önemli bilgileri içermektedir. VS ve SPT ( N )
değeri arasında iyi bir ilişki görülmektedir. Zeminlerin suya doygun
olduğu durumlarda P dalga hızının artmasıyla Poısson oranı artacağından VP
hızıyla birlikte Poısson oranının irdelenmesi bize zeminin durumu hakkında daha
fazla bilgi sağlayacaktır. Sadece Vp hızlarıile zeminlerin
özelliklerinin belirlenmesi çok zordur. Bu nedenle Vp ve Vs hızlarının birlikte belirlenmesi gereklidir.
Yüzeyden
yaptığımız sismik kırılma çalışması sonucu elde ettiğimiz Vs hızları
ile N değeri arasındaki (7) bağıntısı
Imai ve Yoshimura (1975) tarafından kuyu loglarındaki hız değerlerini
kullanarak elde edilen (91) bağıntısı ile paralellik göstermektedir. Ancak kuyu
loglarından elde edilen hızlar yüzeyden elde edilen hızlardan bir miktar yüksek
çıktığında , (91) bağıntısı daha emniyetli tarafta kalmaktadır.
2.18.8. Elastik Dalga Hızları Ve Pressiometre
Sonuçları Arasındaki İlişkiler
Arazide
açılan sondaj kuyularında yapılan pressıometre deneyi ile değişik seviyelere
ait Py net limit basınç ve Ep
pressıometrik modüleri ile aynı yerde yüzeyden yapılan sismik kırılma
çalışmaları sonucu elde edilen boyuna (P) ve enine (S) sismik dalga hızları
arasındaki ilişkiler aşağıda sırasıyla incelenmştir.
2.18.9. P Dalga Hızı İle Net Limit Basınç ( Py )
İlişkisi
Boyuna
sismik dalga hızı (Vp) ile pressiometre deneyinde elde edilen net
limit basınç (Py) arasındaki ilişki aşağıda gösterilmiştir.
Aşağıda
Vp dalga hızı ve pressiometre net limit basıncı (Py) verilerine en iyi uyan
bağıntısı
VP= 89,5 PY0,855 (99)
olarak bulunmuştur. Burada , Vp; boyuna (P) dalga hızı
(m/cn) , PY; net limit basınç (kg/cm2) olarak
verilmektedir.
Çalışmada
kullanılan veri sayısı 17 '
dir. Buradaki ilişki , Vp ve SPT (N) değeri ilişkisinden daha
iyidir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder