Kaya kütle sınıflamaları

Kaya kütlelerinin sınıflandırılması amacıyla kullanılan, günümüze değin ulaşmış farklı sınıflandırma sistemleri bulunmakta ve bu sınıflandırma sistemlerinde, kaya kütlesi, içerdiği özelliklere göre değerlendirilerek kaya kütlesinin ait olduğu sınıfın tayini yapılmaktadır. Bunun yanında, farklı uygulamalar için farklı sınıflama sistemleri kullanılabilmektedir. Örneğin, bir şev stabilitesi projesinde kullanılacak olan kaya kütle sınıflama sistemi ile bir tünel projesinde kullanılacak olan kaya kütle sınıflama sistemi arasında farklılıklar söz konusu olmaktadır. Ancak, tüm bu kaya kütle sınıflama sistemlerinde şimdiye kadar değinilen kayaç malzemesinin mekanik özellikleri ve süreksizliklerin özellikleri girdi parametresi olarak kullanılmaktadır. Bu şekilde, kaya kütlesinin ait oluğu sınıf tayin edildikten sonra, mühendislik projesinin amacına bağlı olarak dizayn problemlerinin çözümü amacıyla farklı

belli başlı kaya kütle sınıflamaları Tablo 2.11’ de verilmiştir. Takip eden bölümlerde ise, bu sınıflamalar hakkında bilgiler verilmiş olup böylece kullanılan kaya kütle sınıflama sistemlerinin genel bir özeti elde edilmiştir.

Tablo 2.11 Kaya kütle sınıflama sistemleri

Sınıflama Sistemi Öneren Önerildiği Yıl Terzaghi Kaya Yükü Terzaghi 1946

Lauffer Sınıflaması Lauffer 1958

RQD Deere 1963

NATM Sınıflaması Pacher 1964

RSR Wickham ve diğ. 1972

RMR Bieniwaski 1974, 1984, 1989

Q sınıflaması Barton ve diğ. 1974

Dayanım-Boyut Franklin 1975

ISRM sınıflaması ISRM 1981

RMi Palmström 1995

Tablodan da görülecegi üzere, kaya kütle sınıflamaları üzerine pek çok araştırmacı son elli yıldır eserler vermiştir. Bu sınıflama sistemleri farklı tarihlerde farklı araştırmacılar tarafından güncellenmiştir. Bu sınıflama sistemleri ile kaya kütlelerinin kaliteleri ve dayanımları tayin edildikten sonra, kazı ve tahkimat gibi yeraltı açıklıklarının tasarımına yönelik çözümler üretilir.

Bu çalışmanın amacı, kayaçların dokusal özelliklerinin sayısallaştırılması ve kayaçların dokusal özelliklerine göre sınıflandırılmasıdır. Elde edilen sınıflar mevcut kaya kütle sınıflama sistemlerine yeni bir girdi parametresi olarak değerlendirilmiştir. Doku katsayısı değerinin, kaya kütle sınıflamalarına yeni bir girdi parametresi olarak kullanılabilmesi için Bieniawski tarafından 1974 yılında geliştirilen ve 1984 ve 1989 yıllarında güncelleştirilen kaya kütle puanı (RMR) sınıflama sistemi uygulama sınıflama sistemi olarak seçilmiştir. Bu sınıflama sisteminin seçilmesinin en önemli sebebi ise, sınıflama sisteminde kayaç malzemesinin dayanım özelliğinin sınıflama sistemine direk girdi parametresi olarak atanmasıdır.

2.4.2.1 Kaya kütle puanı (RMR)

RMR sınıflama sistemi, kaya kütlesinin sınıflandırılmasını gerçekleştirmek için aşağıda verilen 6 parametreden faydalanır (Bieniawski, 1989).

1. Kayaç malzemesinin tek eksenli basınç dayanımı, 2. RQD,

3. Süreksizlik aralığı, 4. Süreksizliklerin durumu, 5. Su durumu,

6. Süreksizliklerin yönelimi.

Aşağıdaki tabloda 1989 yılında son halini alan RMR kaya kütle sınıflama sisteminde kullanılan parametreler ve bu parametrelerin hangi sınıflarda hangi puanları aldığı verilmiştir.

Tablo 2.12-A’ da görüldüğü üzere, kaya kütlesine ait 5 farklı parametre toplamı 100’ e eşit olan puanlar almaktadırlar. Her parametrenin özelliğine bağlı olarak hangi aralıkta olduğu ve o aralığa ait puanlar bu tablonun takip edilmesi elde edilebilir. Dikkat çekici bir diğer nokta ise, her bir parametrenin farklı puanlar almasıdır. Örnegin kayaç malzemesinin tek eksenli basınç dayanımından elde edilecek maksimum puan 15 iken, süreksizliklerin durumundan elde edilecek maksimum puan 30 olmaktadır. Bu durum parametrelerin toplam kaya kütlesi üzerindeki ağırlıklarını göstermektedir. Tüm bu ağırlıklar analitik çözümlerle değil, yıllar içinde yapılan çalışmalardan elde edilmiş tecrübelerden elde edilmiştir. Bunların dışında, dikkat edilecek olunursa, her bir aralığa tek bir puan değeri düşmektedir ki, bu da söz konusu sınıflamanın basamaklı bir fonksiyondan elde edildiğini göstermektedir. Dikkat edilecek olunursa, süreksizlik durumu adı altında verilen kaya kütlesinin RMR’ daki 4. parametresine ait puanlar tamamen sözel yaklaşımlardan elde edilmektedir. Bu durum subjektifliği artırmakta ve hata payınıda benzer oranda yükseltmektedir. Bieniawski (1989) en son geliştirdiği RMR’ da, söz konusu subjektifliği azaltmak için, süreksizlik durumu için Tablo 2.13’ de verilen

Tablodan da görüleceği üzere, süreksizlik durumunu kontrol eden 5 farklı süreksizlik özelliği farklı aralıklar için aldıkları değerlere göre puanlandırılarak sınıflandırılmıştır. Ancak yazarın belirttiği gibi bazı durumlarda tüm bu parametrelerin kullanılması mümkün olmamaktadır. Örneğin, dolgunun olduğu durumlarda pürüzlülüğün tayini mümkün olamamaktadır. Bu tip durumlarda ise Tablo 2.12-A’ dan direk sınıflandırma yapılmalıdır.

Tablo 2.12 RMR kaya kütle sınıflaması (Bieniawski, 1989) A. Sınıflama parametreleri ve puanları

Parametre Değer Aralıkları

Kayacın Dayanımı

Is, MPa >10 4-10 2-4 1-2 Küçük değerler için

c >250 100-250 50-100 25-50 5-25 1-5 <1 Puan 15 12 7 4 2 1 0 RQD, % 90-100 75-90 50-75 25-50 <25 Puan 20 17 13 8 3 Süreksizlik aralığı >2m 0.6-2 m 200-600 mm 60-200 mm <60 mm Puan 20 15 10 8 5 Süreksizlik durumu Çok pürüzlü yüzey-Süreklilik yok-Ayrılma yok-Aşınmamış kaya Az pürüzlü yüzey - ayrılma <1mm- az aşınmış duvar Az pürüzlü yüzey - ayrılma <1mm- çok aşınmış duvar

Parlak yüzey veya dolgu <5 veya ayrılma 1-5 mm- sürekli Yumuşak dolgu>5 mm veya ayrışma>5 mm- Sürekli Puan 30 25 20 10 0 Yeraltı suyu 10 m’ deki akış (lt/dk) ^{yok <10 10-25 25-125 >125} Çatlak su basıncı/Aks iyal gerilme oranı 0 <0.1 0.1-0.2 0.2-0.5 >0.5 Genel durum Tamamen

kuru ^{Nemli Islak Damlama var} Akış var

Puan 15 10 7 4 0

B. Süreksizlik yönelimlerine göre puan ayarlanması

Süreksizliklerin eğim ve

dalım yönlendirilmesi ^{Oldukça uygun Uygun Orta Uygunsuz Çok} uygunsuz Puanlar

Tünel&Maden 0 -2 -5 -10 -12

Yapı 0 -2 -7 -15 -25

Şev 0 -5 -25 -50 -60

C. Toplam puandan elde edilen kaya kütle sınıfları

Puan 100-81 80-61 60-41 40-21 <20

Sınıf No I II III IV V

Tanımlama Çok iyi İyi Orta Kötü Çok kötü

D. Kaya sınıflarının anlamı

Sınıf No I II III IV V

Ortalama tahkimatsız süre

15 m açıklık

(kPa) İçsel sürtünme (0

) ^{>45 35-45 25-35 15-25 <15}

Tablo 2.13: Süreksizlik durumunun karakterizasyonu (Bieniawski, 1989)

Parametre Puanlar Uzunluk <1 m 1-3 m 3-10 m 10-20 m >20 m Puan 6 4 2 1 0 Açıklık yok <0,1 mm 0,1-1,0 mm 1-5 mm >5 mm Puan 6 5 4 1 0 Pürüzlülük Çok pürüzlü Pürüzlü Az pürüzlü Düz Kaygan Puan 6 5 3 1 0

Sert Dolgu Yumuşak Dolgu

Dolgu yok <5 mm >5 mm <5 mm >5 mm

Puan 6 4 2 2 0

AĢınma Aşınmamış Az aşınmış Orta aşınmış Çok aşınmış Parçalanmış

Puan 6 5 3 1 0

Elde edilen tüm bu değerlerin toplanması ile incelenen bölgenin RMR değeri ayarlanmamış şekliyle tespit edilmiş olunur. Ayarlama işlemi ise, Tablo 2.12-B’ de verilen süreksizlik yönelimlerine ait karakterizasyon ile gerçekleştirilir. Dikkat edilecek olunursa, süreksizlik yönelimlerine ait sınıflandırma, mühendislik projesinin kapsamına göre farklılık arz etmektedir. Bir tünel projesinde süreksizlik yönelimlerinin tüm kaya kütlesinin kalitesi üzerinde etkisi en az olurken, bir şev stabilitesi projesinde bu parametre bazı durumlarda kaya kütlesinin kalitesini tayin eden en önemli parametre olmaktadır. Süreksizlik yönelimine ait sınıflandırma tamamen sözel yaklaşımlardan gerçekleştirilmektedir. Tüm bu işlemlerden sonra incelenen kaya kütlesinin nihai RMR değeri tayin edilir. RMR değerinden hareket ederek, proje sahasında açılacak olan tünelin tahkimatsız bekleme süresi ve mesafesi, kaya kütlesinin kohezyon ve içsel sürtünmesi, tahkimat sistemine gelecek olan yük, uygulanacak olan kazı ve tahkimat sistemlerinin seçimi, yerinde deformasyon modülünün tayini ve Hoek-Brown yenilme kriterinin incelenmesi çalışmaları gerçekleştirilebilir.

3. KAYA MÜHENDĠSLĠĞĠNDE BELĠRSĠZLĠKLER ve ÇÖZÜM