Sondajlar ve zemin numunesi alınması

Sondaj çalışmaları, zemin tabakalarının önceden tanımlanması ve tabakalardan temsili örneklerin alınması amacıyla zemin içinde genelde 10-30 cm çapında delik açma işlemi olarak tanımlanabilir.

Tozlu, çamurlu ve zahmetli bir teknoloji olan sondajcılık kendine özgü çekiciliği olan bir mühendislik koludur. İnşaat mühendisliğinde genelde aşağıdaki amaçlar için sondaj yapılmaktadır:

• Zemin kesitini belirlemek,

• Zeminden veya kayadan numune almak,

• Su kuyusu açmak tabaka geçirimliliğini ölçmek, • Dinamitler için derin delikler açmak,

• Enjeksiyon ve kazıklı temel sondajları açmak,

Başlıca sondaj yöntemleri; burgulu sondaj, dönel sondaj, yıkamalı sondaj, darbeli sondaj olarak sıralanabilir (İyisan, 2008). Sondaj türleri ve zeminden numune alma arasındaki ilişki Çizelge 3.1 ’de özetlenmiştir.

Çizelge 3.1 : Sondaj türleri ve numune alma arasındaki ilişki (Bowles, 1997) Sondaj Türleri ve Numune Alınması

Örselenmiş Numune Alımı

Yöntem Derinlik (m) Açıklama

Burgulu Sondaj (auger boring) Ekipman ve zamana bağlıdır. Pratik olarak 35 m yapılabilir. Dönel (Rotary) Yıkamalı (wash-boring) Darbeli (percussion) Ekipmana bağlıdır. Özel ekipmanlarla 70 m ve üzeri yapılabilir

Tüm zeminlerde uygulanabilir. Çakıllı zeminlerde zorluk vardır. Kaya zeminlerde özel uç gerekir. Penetrasyon deneyleri uygulanabilir ve örselenmiş numune alınabilir. Penetrasyon deneyleri 1 m ila 1.5 m

'de bir yapılabilir

Örselenmemiş Numune Alımı Burgulu, Dönel,

Yıkamalı ve Darbeli

Ekipmana bağlıdır.

Tüm zeminlerde uygulanabilir. İnce cidarlı tüp numune alıcılar veya çeşitli piston alıcılar kullanılabilir. 50 mm ila 100 mm arasında çaplarda örselenmemiş numune

alınabilir

Sondaj kuyusunun çapı, tabaka özellikleri ve yapısı, sondaj sıvısının özellikleri, istenen delme hızı, sondajın yapılacağı yer ve topografya sondaj ekipmanının ve numune alıcıların seçimine etkileyen faktörlerdir (İyisan, 2008).

3.1.1.1 Burgulu sondaj

Burgulu sondaj tekniğinde, kullanılan burgu elemanı zemini veya kayayı parçalar ve bu parçalar daha sonra burgu kanatları ile yüzeye çıkartılır. Burgu ile sondaj yapmanın en büyük avantajı ucuz ve pratik bir yöntem olmasıdır. Derin zemin araştırması yapılabilmesi için özellikle torku ve düşey yönde basıncı güçlü olan ekipmanlara ihtiyaç vardır. Özel donanımlarla 20-30 m derinliklere kadar sondaj yapmak mümkündür (Kayabalı ve diğerleri, 2005). Burgulu sondaja ara verilerek sondaj kuyusu içerisine indirilen özel numune alıcılarla örselenmemiş numuneler alınabilir

3.1.1.2 Yıkamalı sondaj

Yıkamalı sondaj tekniği ile, hemen hemen her zeminde yaklaşık 35 m derinliğe kadar zemin araştırması yapmak mümkündür. Uygulama esnasında öncelikle 1.5-3.0 metrelik kaplama (muhafaza) boruları çakılır ve ucunda sert başlık bulunan tijler

zemine düşürülerek saplanır. Tij içerisinden basınçlı su pompalanır ve parçalamış zemin su ile kaplama borusu ve tij arasından yükselir. Sondaj suyu bir haznede toplanır ve süspansiyonun renk ve karışım farklılığından tabakalaşma belirlenir. Sondaj ucundaki matkabın kaldırılıp düşürülmesi ile birlikte sondaj ilerler.

Bu sondaj yöntemi oldukça ucuz ve hızlıdır. Fakat zemin tanımlanmasında çok etkili bir yöntem olmayıp fikir verici boyutun dışında bir araştırma yöntemi değildir (Kayabalı ve diğerleri, 2005).

3.1.1.3 Dönel (Rotary) sondaj

Numune alma olanakları, her derinlikte ve her tür zeminde uygulanabilme özellikleri ile dönel sondaj tekniği en çok tercih edilen sondaj tekniklerinden biridir. Dönel sondaj içerisinde kuyu açılacak malzemenin öğütülebilmesi için düşey yöndeki ilerleme basıncı ile birlikte rotary hareketi de kullanılır. Tijlerin ucundaki kesici uç basınçla beraber dönerek zeminde silindirik bir yüzey keser. Kesilen zemin, sondaj suyu sirkülasyonu veya özel numune alıcılarla dışarıya alınır.

Dönel sondaj tekniğinin uygulanabilmesi için; zemin yüzeyinde tork ve itme gücü sağlayan bir sondaj makinesi, sondaj boyunca mekanik parçaların soğutulması ve zemin parçalarının yüzeye çıkarılması için kuyu içine yıkama sıvısı pompalayan bir pompa, sondaj makinesinden aldığı tork ve itme gücünü ve pompadan aldığı yıkama suyunu kuyu tabanına ileten bir dizi içi boş sondaj tiji ve örneğin kayayı öğüten ve buna ek olarak numune alabilecek şekilde tasarlanan karot alıcı gibi birçok elemanın kombinasyonu gereklidir (Kayabalı ve diğerleri, 2005).

3.1.1.4 Darbeli sondaj

Darbeli sondaj tekniğinde ağır bir matkabın ardışık darbeleri ile zemin parçalanır ve parçalanan zemin su ile karıştırılarak özel bir kova ile yüzeye çıkarılır. İlerleme hızı, çıkan sesler ve delikten çıkarılan çamurun incelenmesi ile tabaka tayini yapılır. Ayrışmamış kayaç dışındaki zeminlerde koruma borusu gerekir. Kohezyonlu zeminlerde ilerleme yavaştır. İnce, gevşek ve akıcı kumlarda bu yöntem uygulanamaz. Darbe nedeni ile zemin örselenir (İyisan, 2008).

3.1.1.5 Zeminden numune alınması

Numune alımında amaç, zemin ve kayanın tanımlanması ve laboratuar deneyleri için uygun numunelerin elde edilmesidir. Numuneler genel anlamda örselenmiş ve örselenmemiş olarak iki şekilde tanımlanmaktadır. Çok sayıda numune alıcı gereç ve numune alma teknikleri mevcut olmakla birlikte, uygun bir teknik seçmeden önce, numune boyunun yeterli olup olmayacağının ve en uygun numune alma tekniğinin seçilip seçilmediğinin değerlendirilmesi ve numune örselenmesinin yeteri kadar az olduğunun tespit edilmesi gerekir (Kayabalı ve diğerleri, 2005).

Örselenmiş numune zemin veya kayanın yerindeki yapısını korumaya yönelik bir çaba sarf etmeksizin alınan numunedir. Bu numuneler helezon burgunun tabanından veya karotiyerin içinde biriken malzemeden veya zeminin saha şartlarındaki yapısını bozan herhangi bir numune alma yöntemi ile elde edilir. Zemin sınıflandırması ve kompaksiyon deneylerin yapılması için uygun numune şeklidir.

Çok sayıda değişik deney için kullanılabilen örselenmemiş numunelerin alınması oldukça zahmetli bir iştir. Zeminden tam manasıyla örselenmemiş bir numune alabilmek için zemin tamamıyla bozulmamış, yapısı ve üzerindeki gerilmeler herhangi bir suretle değiştirilmemiş olmalıdır. Aşağıdaki sebeplerden dolayı örselenmemiş numune alınması adeta imkansızlaşmaktadır.

• Numune alma düzeneğinin zemine sürülmesi sırasında oluşan makaslama ve sıkışma,

• Numunenin yüzeye çıkarılmasından sonra arazideki gerilmelerinin kalkması, • Kuruma ve çatlama ihtimali,

• Numune alma ve taşınması sırasındaki örselenmeler.

Yukarıda belirtilen durumlar asgari düzeyde tutularak örselenmemiş numuneler alınır. En yaygın yöntem, “Shelby Tüpü” ile örselenmemiş numune alınmasıdır. Bir dizi tijin ucuna yerleştirilmiş Shelby Tüpü, kuyu dibine dikkatlice indirilir ve zemine basılarak sürülür. Daha sonra numune alıcı içindeki zeminle birlikte kuyu dışına çıkarılır ve uç kısımları parafinlenerek laboratuara götürülür. (Coduto, 1999).

Örselenmemiş numuneler üzerinde, tek ve üç eksenli basınç deneyleri, kesme kutusu deneyi ve konsolidasyon deneyleri gibi mühendislik deneyleri yapılır.

Kaya ortamlarda karotiyer yardımı ile numune almak mümkündür. Alınan numuneler üzerinde yapılan incelemelerle kaya kalitesi hakkında bilgi edinilebilir. Numuneler üzerinde yapılan incelemeler sonucu kayaların RQD, TCR ve SCR değerleri belirlenir.

TCR; toplam karot yüzdesi olarak isimlendirilir ve bir ilerleme aralığında alınan karot numunelerinin toplam uzunluğunun, ilerleme boyuna oranının yüzdesidir. SCR değeri ise; sağlam karot yüzdesi olarak adlandırılır ve bir ilerleme aralığında alınan karot numunelerinden silindirik şekillerini koruyanlarının toplam uzunluğunun, ilerleme boyuna oranının yüzdesidir.

RQD; bir ilerleme aralığında doğal süreksizliklerle ayrılmış, boyu 10 cm ve daha büyük olan ve silindirik şeklinin koruyan karot parçalarının toplam ilerleme aralığının uzunluğuna oranın yüzde olarak ifade edildiği kantitatif bir indekstir. Sondaj sırasında yapılan zorlama veya karotların karotiyerden çıkarılırken, ya da sandığa yerleştirilirken kırılması sonucu oluşan ve doğal olmayan mekanik kırıklar RQD’nin tayininde dikkate alınmamaktadır. Mekanik kırıklar birleştirildiklerinde karotun boyu 10 cm ve daha büyükse, bu tür karotlarda RQD‘ye dahil edilebilmektedir. Dolayısıyla karotlarda gözlenen mekanik kırıkların ve doğal süreksizliklerin ayırt edilmesi gerekmektedir. Taze ve düzgün olmayan kırık yüzeyleri mekanik kırıklar, buna karşın düz, kısmen bozulmuş veya dolgulu; yada sıvamalı yüzeyler ise doğal süreksizlikler olarak değerlendirilip RQD’de kullanılmalıdır. RQD değerinin değişim aralıkları esas alınarak, Deere (1964) tarafından kaya kalitesi Çizelge 3.2 ‘de belirtildiği gibi tanımlanmıştır. RQD çizelgedeki değişim aralıklarına göre puanlandırılarak, kaya kütlesi sınıflama sistemlerinde bir girdi parametresi olarak kullanılmaktadır.

Çizelge 3.2 : RQD Sınıflaması (Deer, 1964) RQD (%) Kaya Kalite Göstergesi

0-25 A. Çok Zayıf

25-50 B. Zayıf

50-75 C. Orta

75-90 D. İyi

90-100 E. Çok İyi