Sert kayaçlarda delinebilirlik tayini

(1)

SERT KAYAÇLARDA DEL NEB L RL K TAY N

Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi

Maden Mühendisli$i Bölümü, Maden 'letme Anabilim Dal)

Engin KARAMAN

Aral)k, 2008 ZM R

(2)

ii

ENG N KARAMAN taraf ndan YRD. DOÇ. DR. HAYAT YEN CE yönetiminde

haz rlanan “SERT KAYAÇLARDA DEL NEB L RL K TAY N ” ba l kl tez taraf m zdan okunmu , kapsam ve niteli i aç s ndan bir Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmi tir.

Yönetici

Jüri Üyesi Jüri Üyesi

Prof. Dr. Cahit HELVACI Müdür

(3)

iii

TE9EKKÜR

Bu projenin tamamlanmas için gerekli olan makina ve ekipman n bölümümüze kazand r lmas nda büyük eme i geçen ve projenin yaz lmas hakk nda öneri ve görü lerini esirgemeyen say n hocam Yrd. Doç. Dr. Hayati YEN1CE’ ye, Ara . Gör. Dr. Do an KARAKU7, Ara . Gör. Dr. Kemal ÖZFIRAT’ a ve Karaelmas Üniversitesi ö retim üyesi Yrd. Doç. Dr. Olgay Yaral ’ ya te ekkür ederim. Çal mada kullan lan deney aletlerinin orijinali Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi SINTEF kayaç ve zemin mekani i laboratuar nda bulunmaktad r. Çal malar mda yay nlar ndan yararland m SINTEF kurumuna ve Prof. Dr. Filip DAHL’a te ekkürü bir borç bilirim.

(4)

iv

ÖZ

Bu çal mada, makina ekipman ve kesici uç (keski) özelliklerine bak lmaks z n kayaç özelliklerine ba l olan delinebilirlik teriminin, çe itli laboratuar deneyleri ile tan mlanmas hedeflenmi tir. Bu amaçla; belirli bölgelerden al nan karot ve küp

ekilli numunelere birim hacim a rl k, gözeneklilik oran , tek eksenli bas nç dayan m , deformasyon, shore sertli i gibi temel kaya mekani i deneylerinin yan s ra, delinebilirlik deneylerinde kullan lan DRI laboratuar deneyleri olan k r lganl k ve minyatür delme deneyi (Brittleness testi ve Sievers’ J deneyi) yap lm t r. Elde edilen sonuçlar birbiri ile kar la t r lm t r.

(5)

v

DETERMINATION OF DRILLABILITY IN HARD ROCKS ABSTRACT

In this thesis; defining of the term of drillability which is depended on rock properties regardless of machine, equipment and cutter bit properties, is aimed with various laboratory tests. To this end; density, porosity, uniaxial compressive strength, deformation, shore hardness and DRI (Brittleness and Sievers’ J tests) tests are applied to cubical and cylindirical shaped samples which received from certain locations. Eventually, test results compared with drilling rate index.

(6)

vi

Sayfa

YÜKSEK L1SANS TEZ1 SINAV SONUÇ FORMU...ii

TE7EKKÜR...iii

ÖZ ... iv

ABSTRACT... v

BÖLÜM B R – G R 9 ... 1

BÖLÜM K - DEL NEB L RL BE ETK EDEN FAKTÖRLER... 2

2.1 Doku ve Tane Boylar ... 2

2.2 Mohs Sertli i... 3

2.3 Tek Eksenli Bas nç Dayan m ... 4

2.4 Süreksizliklerin Durumu, K r klar ve Çatlaklar ... 5

BÖLÜM ÜÇ - DEL NEB L RL K TAY N NDE YAPILAN DENEYLER ... 8

3.1 Birim Hacim A rl k (Yo unluk) Deneyi ... 8

3.1.1 Bo luk Hacminin Bulunmas ... 9

3.1.2 Porozitenin Bulunmas ... 10

3.1.3 Bo luk Oran n n Bulunmas ... 10

3.2 Shore Skleroskopu ile Yüzey Sertli inin Ölçülmesi... 10

3.3 Tek Eksenli Bas nç Dayan m , Deformasyon ve Spesifik Tahrip Enerjisi ... 11

3.4 Delinebilirlik Oran 1ndeksi (DRI, Drilling Rate Index)... 16

3.4.1 K r lganl k (Brittleness) Testi... 17

3.4.2 Sievers’ J Minyatür Delme Testi ... 20

3.4.3 Delinebilirlik Oran (DRI) Tayini... 23

BÖLÜM DÖRT - YAPILAN DENEYLER N SONUÇLARI... 26

(7)

vii

4.2 Numunelerin Tek Eksenli Bas nç Dayan mlar ... 28

4.3 Numunelerin Shore Sertlikleri ve Mohs Sertlikleri ... 30

4.4 Numunelerin Minyatür Delme (Sievers’ J), K r lganl k (Brittleness) De erleri ve Delinebilirlik Oran (DRI) Tayini ... 30

4.4.1 Sievers’ J Minyatür Delme Deneylerinin Yap lmas ... 31

4.4.2 K r lganl k (Brittleness) Deneylerinin Yap lmas ... 37

4.4.3 Delinebilirlik Oran (DRI) De erlerinin Bulunmas ... 37

4.5 Deformasyon Deneyleri ve Spesifik Tahrip Enerjisi Tayini... 40

4.6 Deney Sonuçlar n n De erlendirilmesi ... 50

BÖLÜM BE9 - SONUÇLAR ... 54

(8)

1

Günümüzde, insano lunun artan nüfusu nedeni ile gereksinimlerini kar lamak için yeralt zenginliklerinin önemi daha da artm t r. Yeralt zenginliklerini insano luna ula t rmak yani insano lunun kullan m na sunmak için ilk önce bu zenginliklere ula lmas gereklidir. Bunun için yeralt zenginliklerini kaplayan örtü tabakas n n a lmas gereklidir. Yine ayn ekilde yerüstü ula m n n yetersiz kald durumlarda yeralt ndan ula m n gereklili i ortaya ç km t r. Yerüstünden yeralt na bir yol yani bir geçidin aç lmas gereklidir. Bu geçidin aç lmas içinde örtü tabakas n n delinmesi gerekliliktir. Sadece yeralt ndaki zenginliklere eri mek yada yeralt nda yap lar olu turmak için de il, yeryüzünde kayaca ba l yap lar olu turmak içinde kayaçlar n delinmesi gereklidir. K sacas kayaçlar n delinmesini gerektiren her durumda “delinebilirlik” kavram ortaya ç kmaktad r.

Delinebilirlik; delici ucun kayaç içinde belirli bir zamanda kayac delerek ilerlemesidir. Bir di er ifade ile kaya kütlesinde delik delme kolayl d r. Delinme h z ise kayaç içerisinde, dakikadaki santimetre ilerleme h z olarak ölçülür. Delinebilirlik ile delinme h z ayn kavram olarak tan mlanabilir. Delinebilirlik kolay ya da zor olarak delinme h z ise h zl ya da yava olarak ifade edilir. Delinebilirli e etki eden birçok parametre vard r. Bunlar makine ve ekipmana ba l parametreler (delme makinas n n tipi, dönme h z , bast rma kuvveti, keski tipi v.b.), delme i lemine ba l parametreler (delme metotlar , makinan n çal ma ve bak m , makine operatörünün deneyimi, v.b.) ile jeolojik parametreler (kaya tipi, kayalar n mekanik özellikleri, süreksizlikler, mineral kompozisyonu) dir. Makine, ekipman ve delme i lemine ba l parametreler kontrol edilebilir parametreler olup, jeolojik özelliklere ba l parametreler ise kontrol edilemeyen parametrelerdir. Bu proje kapsam nda, kayaca ba l olan yani belirli jeolojik özelliklere ba l delinebilirlik özellikleri incelenmi , bu özelliklere ba l laboratuar deneyleri yap lm t r.

(9)

2

BÖLÜM K

DEL NEB L RL BE ETK EDEN FAKTÖRLER

Delinebilirli e etki eden kaya yap s na ba l faktörler, kaya formasyonundan, Mohs sertli ine, tek eksenli bas nç dayan m ndan kayac n birim hacim a rl na, kaya kütlesinin yap sal özelliklerinden (k r klar n durumu, çatlaklar v.b.), kayac n dokusal özelliklerine kadar birçok de i kene ba l d r. 7ekil 2.1’ de delinebilirli e etki eden faktörler gösterilmi tir.

7ekil 2.1 Delinebilirli e etki eden faktörlerin ematik gösterimi

2.1 Doku ve Tane Boylar)

Kayaç dokusu ve tane boyu, delinebilirli i etkileyen faktörlerden biridir. Tane boylar ince ve doku kompakt (yo un) oldu u zaman delinebilirlik dü mektedir. 1ri tane boyuna ve daha gözenekli dokuya sahip kaya türlerinde ise delinebilirlik yüksektir. Tablo 2.1 de doku ve tane boyutuna göre delinme h zlar verilmi tir.

Delinebilirlik Tek Eksenli Bas nç Dayan m Mohs Sertlik De erleri Doku ve Tane Boylar Süreksizlik Durumu Dolgu Malzemesinin Durumu Kayac n Yo unlu u Mineral Kompozisyonu

(10)

Tablo 2.1 Doku ve tane boyu ile delinme h z aras ndaki ili ki (Wilbur, 1982)

Delinme durumu Doku ve tane boyu

H zl Poroz (Gözenekler çok belirgin) Orta – H zl Parçal (Parçalar gev ek yada yar sa lam)

Orta Granitoid (Tane boylar fark na var lacak kadar büyük, orta derecede tane boyutlu granit)

Orta – Yava Porfiritik (1nce taneli granit içinde iri kristaller) Yava Yo un (Tane yap s ç plak gözle görülemeyecek kadar ince)

2.2 Mohs Sertli$i

Sertlik; basit bir tabir ile kayac n delinmeye kar olan direnci, olarak tan mlanabilir. Kayaç sertli i, delme i lemi s ras nda kar la lan ilk zorluktur. Delici ucun kayaç içerisine girene kadar kayaç yüzeyindeki zorlanmas kayaç sertli inden do maktad r. Delici ucun kayac n içine girdikten sonraki delme i lemi nispeten daha h zl d r. Kayaç sertli i, delinebilirli in yava yada h zl olmas nda bunun yan nda delici uçlar n h zl yada yava a nmas nda etkili rol oynamaktad r. Kayaç serli ine etki eden parametreler ise; kayac olu turan minerallin çe idi, da l m ve homojenli i, kayac olu turan minerallerin tane boyu ve ekilleri, kayac n su içeri i v.b. dir. Delinebilirlik aç s ndan, tek eksenli bas nç dayan m ndan sonra en çok fikir veren özelliktir. Mohs sertlik de erlerinin tayini tek eksenli bas nç dayan m na göre daha kolayd r.

Minerallerin sertlik de erleri Tablo 2.2 de verilmi tir. Burada, her mineralin kar s nda bulunan numara, mineralin sertli ini bildirmektedir. Mineraller, kendi numaras ile ayn yada daha dü ük olan di er mineralleri çizerler. Kayaçlar genelde birden fazla mineral içerdiklerinden, kayaç numunesinin farkl noktalar nda ölçüm yapmak, ortalama kayaç sertli ini bulmak aç s ndan önemlidir. Tablo 2.3 de ise Mohs sertlik de erlerine göre kayaçlar n s n fland r lmas verilmi tir.

(11)

4

Tablo 2.2 Mohs sertlik de erleri (NAST, 1955)

1 Talk 6 Feldspat

2 Jips 7 Kuvars

3 Kalsit 8 Topaz

4 Flüorit 9 Korundum

5 Apatit 10 Elmas

Tablo 2.3 Mohs sertlik de erlerine göre kayaçlar n s n flamas (Hoseinie S.H., 2007) Mohs

sertli i 1 – 3 3 – 4,5 4,5 – 6 6 – 7 > 7 Aç klama Çok

Yumu ak Nispeten Yumu ak Nispeten Sert Sert Çok Sert

2.3 Tek Eksenli Bas)nç Dayan)m)

Tek eksenli bas nç dayan m kayaçlar n en önemli mühendislik özelli idir. Tek eksenli bas nç dayan m birçok kayaç s n flama sisteminde kullan lan en önemli parametredir. Çünkü kayac olu turan malzemenin sa laml , genel kaya kütlesinin dayan m n artt rmaktad r. Tek eksenli bas nç dayan m n etkilen önemli faktörlerin ba nda; kayac olu turan mineraller ve da l mlar , mikro çatlaklar, porozite, yo unluk, elastisite v.b. gelmektedir. Dü ük poroziteli kayaçlar genelde yüksek yo unluk de erlerinde olmakla birlikte, yüksek bas nç dayan mlar vermektedirler. Bunun terside, dü ük yo unluk de erli kayaçlar n dü ük bas nç dayan m verdikleri görülmü tür. Tablo 2.4 de tek eksenli bas nç dayan mlar ve kayaçlar n dayan m durumlar gösterilmi tir.

Tablo 2.4 Tek eksenli bas nç dayan mlar na göre kayaçlar n s n fland r lmas (Hoseinie S.H., 2007)

Tek Eksenli Bas nç

Dayan m (MPa) 1 – 25 25 – 50 50 – 100 100 – 200 > 200 Aç klama Çok Zay f Zay f Orta

(12)

2.4 Süreksizliklerin Durumu, K)r)klar ve Çatlaklar

Kaya kütlesinin genel yap s delme i leminin etkinli inde önemli rol oynar. Kaya kütlesinin yap s ile kaya delinebilirli i aras nda önemli bir ili ki vard r. Eklemli kaya yap lar nda delik delmek, sa lam yap lara oranla çok daha zordur. A r eklemli, süreksizlik aralar aç k bölgelerde delik delmek beraberinde birçok sorun getirir. Bu formasyonlarda delik delme i lemi s ras nda delici ucun s k mas delinebilirli in dü mesi aç s ndan en büyük etkendir.

Eklem sistemlerindeki en önemli karakteristik özellik, süreksizlikler aras ndaki mesafedir. Kayan n delinebilirli i, bu mesafeye ba l d r. Süreksizlikler aras mesafe, kaya kütlelerinin kalitelerinin s n fland r lmas nda kullan lan önemli bir parametredir. Bu mesafe azald kça, delme ortam n n süreklili i de azalacak, bunun sonucunda, delinebilirlikte azalacakt r. Yap lan ara t rmalarda elde edilen sonuçlara göre, 1 metre ve üzerindeki süreksizlikler aras ndaki mesafelerde, delme i lemi daha etkili olmaktad r. 50 cm ve alt ndaki mesafelerde ise, delinebilirlik çok dü üktür (Hoseinie, 2008).

Delinebilirli e etki eden süreksizlikler ile ilgili bir di er önemli özellikte, süreksizliklerin aç kl klar ve bu aç kl klar dolduran dolgu malzemesinin varl d r. Aras kapal çatlarlar veya eklemlerin oldu u durumlar n, delinebilirlik üzerine çokta olumsuz bir etkisi yoktur. Aç k eklemlerin bulunmas , delici uçlar n eksenden sapmas na, temizlik elemanlar n n (bas nçl hava, su) buralardan kaçmas na ve delici uçlar n kilitlenmesine neden olmaktad r. Süreksizlikleri dolduran dolgu malzemesi ana kayaçtan daha yumu aksa, delici uçlar bu süreksizliklerin aç s nda devem etmek isteyeceklerinden dolay , delinebilirlik azalacakt r. Tam tersi durumlarda ise delinebilirlik etkilenmeyecektir. K sacas süreksizlik dolgu malzemesinin delme i lemi yap lan kayadan daha sert yada ayn sertlikte olmas delinebilirli e olumsuz bir etki yapmayacakt r. Yap lan deneyler, daha küçük yap l dolgu malzemelerinin oldu u süreksizliklerde delinebilirli in olumsuz yönde etkilendi i görülmü tür. Bu gibi durumlarda, delik dibindeki ufalanm kayac n d ar ç kmas zorla maktad r ve sonuçta yine delinebilirlik olumsuz yönde etkilenmektedir.

(13)

6

Tablo 2.5 Kaya formasyonu ile delinme aras ndaki ili ki (Wilbur, 1982)

Delinme durumu Formasyon

H zl Masif (Kat yada yo un damars z)

Orta – H zl Tabakal (1nce yatay süreksizliklerle bölünmü kal n tabakalar)

Orta 1nce tabakal (Yatay süreksizlikler le bölünmü ince tabakalar)

Orta - Yava Damarl (Birçok aç k yatay ve dü ey süreksizlikler bulunmakta)

Yava Blok ekilli (Her yönde aras aç k yada dolgu malzemeli birçok süreksizliklerin bulundu u durum)

Eklemlerin e imi de delinebilirli i etkileyen faktörlerdendir. Eklemler deli in sapmas na ve bunun sonucunda delme yükü ile delinme performans olumsuz yönde etkilenir. Dolgu malzemesi ile dolmu eklem tak mlar nda e ime ba l olarak delme i lemi s ras nda ve sonras nda, delik içine dolabilir buda delici ucun s k mas na neden olabilir. Yap lan deneyler sonucunda, delik istikameti ile eklem yüzeyi aras ndaki aç artar ise, delinebilirlik kolayla abilir.

Süreksizliklerin içinde birde daha küçük boyutlu k r k ve çatlaklar (mikro çatlak) da sayabiliriz. Delinebilirlik tan m nda k r klar, bir çekiç darbesi ile kayac n nas l k r laca n ifade eder. Masif k r ks z kayalar daha yava delinirken, dayan ms z kayalar daha h zl delinmektedir. Tablo 2.6 da k r lma tipine göre delinme h zlar verilmi tir.

Tablo 2.6 K r lma ekline göre delinme durumu (Wilbur, 1982)

Delinme Durumu Kaya çe idi ve k r lma ekli

H zl Çekiçle hafifçe vuruldu unda, küçük parçalara da lma Orta – H zl Gevrek (Hafif çekiç darbesi ile kolayca k r lma)

Orta Dilimli (Çekiçle vuruldu unda dilimlere ayr l r) Orta – Yava Sa lam (Sert çekiç darbelerinde bile k r lmaya dayan kl )

(14)

Bu özeliklerin d nda kayaç yap s na ba l olarak delinebilirli i etkileyen di er faktörler ise; kuvars mineralini içerme oran , porozite, anizotropi, su içeri i dir.

Delinebilirli e etki eden ba l ca faktörleri inceledikten sonra, bir sonraki bölümde delinebilirlik tayini için gerekli olan DRI (Drilling Rate Index) yani delinme oran endeksi ile belirli kaya mekani i deneylerinin aç klamas yap lm t r.

(15)

8

BÖLÜM ÜÇ

DEL NEB L RL K TAY N NDE YAPILAN DENEYLER

Delinebilirlik tayini deneylerinde; delinebilirlik ile ilgili kesin sonuçlar veren deneyler; delinebilirlik oran , DRI (K r lganl k, Brittleness ile Sievers’ J, minyatür delik delme) deneyleri, kayaçlar n di er özelliklerine ba l deneylerin (tek eksenli bas nç dayan m , porozite, shore sertlik de erleri, birim hacim a rl klar ve deformasyon deneyi) yap lmas kayaç özellikleri ile delinebilirlik aras ndaki ili kiyi vermesi aç s ndan yap lmas gereklidir.

Bu bölümde yap lan laboratuar deneylerinin tan m yap lm t r. Bir sonraki bölümde ise deneylerdeki çal malar ve deney sonuçlar verilmi tir.

3.1 Birim Hacim A$)rl)k Deneyi

Birim hacim a rl k, kayaç (numune) toplam a rl n n, kayac n toplam hacmine bölünmesi ile bulunmaktad r. Sembolü d harfi yada uluslar aras kullan mda Yunan Alfabesi’ n den (rho) harfidir.

v m

d = veya

V W

= eklinde formüle edilir. Burada; m veya W: Numunenin toplam a rl n ,

v veya V : Numunenin toplam hacmini,

d veya : Birim hacim a rl n göstermektedir. Birimi _gr_{/ cm}3 _veya _ton_{/ m}3

olarak ifade edilir.

Numune tane hacimleri;

W SUB

SAT M

M

V = formülü ile hesaplan r. Burada; V : Numune tane hacmini,

SAT

M : Numunenin suya doygun haldeki a rl n ,

SUB

M : Numunenin su içindeki bat k kütlesinin a rl n ,

(16)

Düzgün ekilli numunelere yada düzgün geometrik ekli olmayan numunelerde birim hacim a rl k ölçülebilir. Delinebilirlik deneylerinde düzgün ekilli küp ve silindirik numuneler kullan ld için, geometrik ekli düzgün olmayan numunelerin birim hacim a rl k ölçümlerine de inilmemi tir. Düzgün ekilli numunelerin birim hacim a rl klar n n tayininde küp eklinde ya da silindirlik numuneler kullan l r. Boyutlar 0,1 mm duyarl l kla ölçülen numunelerin hacimleri hesaplan r. Sonra 105±5 oC s cakl ktaki etüvde de i mez a rl a (8’ er saatlik aral klarla yap lan a rl k ölçümlerinde, a rl klar aras fark numune a rl n n % 0,1’ in den az ise de i mez a rl kt r) gelene kadar kurutulur. Daha sonra oda s cakl nda nem almayacak ekilde (desikatör) so utulan numunelerin a rl lar ölçülür. Numunenin kuru a rl n n numune hacmine oran birim hacim a rl n vermektedir. En az 3 numune kullan larak elde edilen yo unluk de erlerinin ortalamas al narak ortalama numune yo unlu u hesaplan r.

Birim hacim a rl k deneylerinin yan nda delinebilirli e etkisinden dolay gözeneklilik (porozite) ve buna ba l bo luk hacmi ve bo luk oranlar n n hesaplanmas nda fayda vard r.

3.1.1 Bo luk Hacminin Bulunmas

Bo luk hacmi, kayaç numunelerinin, kuru a rl klar ile suya doygun a rl klar aras ndaki farktan bulunur. 105 ± 5 oC s cakl ktaki bir etüvde de i mez s cakl a gelene kadar kurutulan numuneler daha sonra vakumda yada normal artlarda suya doygun hale getirilir. 24 saat suda bekletilen numunelerim belirli aral klarla a rl klar ölçülür. Elde edilen de erler aras ndaki fark % 0,1 den az ise numune de i mez a rl a ula m doygun hale gelmi say l r. Doygun numune a rl ile kuru numune a rl aras ndaki fark n suyun yo unlu una bölünmesi bo luk hacmini verecektir. Bo luk hacmi V ile gösterilmektedir. _V

su kuru doy V W W

V = , formülü ile hesaplanmaktad r. Burada, doy

(17)

10

k

W : Kuru numunenin a rl ,

su: Suyun birim hacim a rl , V

V : Bo luk hacmidir. Birimi _cm3_dür.

3.1.2 Porozitenin Bulunmas

Porozite; bo luk hacminin, numune hacmine oranlanmas ile elde edilir. Yüzde (%) olarak ifade edilir.

100

x V V

n₌ V _{, formülünden hesaplan r. Burada;} V

V : Bo luk hacmi, V : Numune hacmi,

n : Porozite dir.

3.1.3 Bo luk Oran n n Bulunmas

Bo luk oran , gözeneklili in kayaca oran olarak tan mlanabilir. n

n e=

100 formülü ile hesaplan r. Burada,

n : Porozite,

e : Bo luk oran d r.

3.2 Shore Skleroskopu ile Yüzey Sertli$inin Ölçülmesi

Belirli bir a rl a (X 2,40 gr) sahip elmas yada sertle tirilmi metal uçlu bir çekice, sabit bir (X 25 cm) yükseklikten yatay durumda konumland r lm bir numune üzerinde serbest dü me yapt r l r. Bu çekiç, örne in yap s na göre enerjisinin bir k sm n yüzeyde deformasyon olu turacak ekilde numuneye aktar r kalan enerjisi ile de numune üzerinden z plar. Çekicin z plama yüksekli i skleroskobun kadran ndan okunur. Bu kadran skleroskobun tipine göre de i kenlik göstermektedir. Baz tiplerde 100 bölümlü, baz lar nda ise 140 bölümlü olmaktad r. Z plama

(18)

yüksekli i, shore sertli i olarak kabul edilir. Deney yapmadan önce skleroskop ile birlikte gelen referans çubuklar ile skleroskobun kalibrasyonu kontrol edilmelidir. Yine deneylere ba lamadan önce, skleroskobun üzerinde bulundu u yüzeye tam oturmas gerekmektedir. Bunun için kenarlarda bulunan su terazileri ile skleroskobun tam dü ey konuma getirilmesi gerekmektedir. Aksi takdirde, yap lan okumalar yanl olacakt r.

Shore sertli i ölçülecek numunelerin yüzeyleri pürüzsüz olmal d r. Pürüzlü yüzeylerde yap lan ölçümler, numunelerin gerçek shore de erlerinden dü ük de erler verecektir. Numuneler pratikte her noktada homojen bir yap göstermeyece i için numunelerden en az 40 okuma yap lmas uygundur. Bunun için numune yüzeyleri 5 mm aral klara bölünerek numune yüzeyinin farkl noktalar ndan ölçümler yap lmal d r. Ölçüm yap lacak numunelerin, en az 10 cm2 yüzey alan na ve 1 cm kal nl a sahip olmas gerekmektedir. Shore sertlik de eri yap lan ölçümlerin ortalamas olarak kabul edilir.

3.3 Tek Eksenli Bas)nç Dayan)m), Deformasyon ve Spesifik Tahrip Enerjisi

Kaya numunelerinde bas nç dayan m , üzerine uygulanan bas nç kuvvetine kar , kayarl n k r lmadan önceki dayanma yetene i olarak tan mlan r. K sacas kayaçlar n k r lmaya kar gösterdikleri dirençtir. Düzgün geometrik ekilli numunelerin bas nç dayan mlar n n bulunmas nda kullan lan en yayg n yöntemdir. Uygulamas kolay bir deney olmas na kar n kullan lan numunelerin özenle haz rlanmas gereklidir.

Deneyde kullan lacak numuneler, silindirik yada küp eklinde olmal d r. Silindirik numuneler, NX karot çap ndan (54 mm) küçük olmamal d r. Numunelerin boy / çap oran 2 – 2,5 olmal d r. Numunelerin alt ve üst yüzeyleri pürüzsüz ve düz olmal d r. Numunelerin yan yüzeyleri düz olmal , boyutlar her yönde 0,3 mm den fazla sapma göstermemelidir. Numune ile deney plakalar aras nda herhangi bir madde bulunmamal d r. Aksi takdirde elde edilen tek eksenli bas nç de erleri yanl olacakt r. Numunelerin do al su içerikleri ile deneylerin yap lmas önemlidir. Çünkü kurutulmu numuneler veya suya doygun numuneler deney sonuçlar n n artmas na

(19)

12

yada azalmas na neden olacakt r. Numunelerin yükleme h z belirli bir seviyede (0,5 MPa / sn) olmal d r. A r h zl yüklemelerde numuneler çok daha fazla direnç gösterece inden, elde edilen bulgular yan lt c olmaktad r. Küp ekilli numunelerde ise boyutlar 7 cm × 7 cm × 7 cm olmal , yükleme h z ise 0,2 – 0,5 MPa/sn civar nda olmal d r.

Tek eksenli bas nç dayan m na etki eden faktörler; süreksizlikler, su içeri i, çimentolanma derecesi, izotropluk, boy / çap oran , yükleme h z , numunelerin alt ve üst yüzeylerinin nitelikleridir.

Tek eksenli bas nç dayan m ;

A P

= formülünden hesaplan r. Burada; P: Numunenin k r ld anda üzerinde bulunan yük,

A: Yükün uyguland yüzeyin alan ,

: Basma dayan m d r. Genellikle, kg / cm2cinsinden hesaplan r.

Tek eksenli bas nç dayan m deneyleri ile birlikte deformasyon deneyide yap labilir. Bunun için, tek eksenli bas nç deneyi numunelerine strain gauge denilen mikro dirençler, yatay ya da dü ey yönde yap t r lmal d r. Üzerine strain gauge yap t r lan numuneler, üzerilerine yük almaya ba lad klar nda hem yatay yönde hem de dü ey yönde bir miktar boyutsal de i ime u rar. Yatay yönde bir geni leme olurken dü ey yönde bir k salma meydana gelmektedir. Deformasyon cisme üç ayr

ekilde etki etmektedir. Birincisi; elastik deformasyon denilen, cisme etki eden kuvvetin kald r lmas ile deformasyonun kalkmas durumudur. 1kincisi; plastik deformasyon olup, burada cisme etki eden kuvvet kalksa da deformasyon ortadan kalkmayacakt r. Üçüncü durum ise viskoz deformasyonda ise, cisme etki eden kuvvet kalksa dahi cismin deformasyonunun sürekli artmas eklidir. Kaya mekani i deneylerinde çal lan, numuneler ise elastik deformasyon ile plastik deformasyon aras nda elasto – plastik deformasyon özellik göstermektedir. Burada cisme etkiyen kuvvet kalk nca deformasyonun bir k sm ortadan kalmakta bir k sm da cisim üzerinde kalmaktad r. 7ekil 3.1 de tek eksenli bas nç dayan m ile olu an deformasyon gösterilmi tir.

(20)

7ekil 3.1 Tek eksenli bas nç dayan m deneyi ve olu an deformasyonun ematik gösterimi.

Birim uzunlu u L kadar olan bir numune, dü ey do rultuda üzerine etkiyen yük nedeni ile [l kadar k salmaktad r. K salma miktar n n tüm boya oran na deformasyon denir ve \ ile gösterilir.

Yük ekseni d nda kalan di er iki eksendeki boy de i iminin birbirine oran Poisson oran n (v ) vermektedir. Bu oran n tersine ise Poisson say s ( m ) denir. Gerilme ile deformasyonun birbirine oran na da “Elastisite Modülü” veya “Young Modülü” denir. E = , formülü ile gösterilir. Birimi kg / cm2 dir. Deformasyon, delinebilirlik deneylerinde kayac n davran n kavrayabilmek aç s ndan önemlidir. Deformasyon deneyi ile bulunabilecek bir di er kavram ise spesifik tahrip enerjisi (Destruction Specific Energy, SEDES) kavram d r. Delinebilirlik kavram na referans

olabilecek bir kavram olan spesifik tahrip enerjisi (SEDES), deformasyon deneyi

sonunda elde edilen ] – \ grafi inin alt nda kalan alan olarak hesaplan r (Ersoy,

H [H D [D P A A P =

H

eksenel

=

D

çapsal

=

H

D

v

=

v

m

=

1 =

E

(21)

14

2003). Daha aç k ifadeler ile tan mlamak gerekirse, kaya içinde yeni yüzeyler ya da yeni çatlaklar için gereken enerji miktar d r. Birimi genellikle kj/m3 olarak ifade edilir.

(22)

7ekil 3.3 Tek eksenli bas nç dayan m deneyi sonunda numunede meydana gelen k r lmalar

(23)

16

7ekil 3.5 Gerilme – Deformasyon e risine ba l spesifik tahrip enerjisi grafi i (A. Ersoy) Buraya kadar, delinebilirlik deneylerine yard mc olacak deneyler anlat lm t r. Bundan sonra anlat lacak deneyler delinebilirli in tayini için yap lacak ana deneylerdir.

3.4 Delinebilirlik Oran) ndeksi (DRI, Drilling Rate Index)

DRI ya da delinme oran indeksi, Norveç TeknolojiEnstitüsü (Norwegian Institu of Technology) SINTEF de 1960’ l y llardan itibaren kayaçlar n delinebilirlik için yap lan çal malar n toparlanmas ile geli tirilmi tir. 1988 y ll ndan itibaren 1skandinav ülkelerinde delinebilirlik konusunda standart bir dene haline gelmi tir Bu indeks K r lganl k ve Minyatür delme (Sievers) testleri sonucunda elde edilen verilerin delinebilirlik oran indeks grafi inden bulunmaktad r. Bu iki deneyde kullan lan deney aletlerinin orijinali Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi SINTEF Kayaç ve Zemin Mekani i Laboratuvar nda (Norvegian University of Science and Technology (NTNU) SINTEF Rock and Soil Mechanics) bulunmaktad r. Bu deney öntemi özellikle sert kayaç kaz lar ndaki delme performans n n tahmininde kullan lmaktad r (Yaral , Soyer, 2007).

Spesifik tahrip enerjisi

= ]d\ des

SE

K r lma Noktas

K r lma sonras bölge

Tek eksenli bas nç dayan m (Deformasyon) G er il m e ]

K r lma öncesi bölge

(24)

3.4.1 K r lganl k (Brittleness) Testi

Devam eden darbelerle kayan n k r lmaya kar olan direncinin ölçüldü ü bir deneydir. Test metodu 1943 y l nda, N. von Matern ve A. Hjelmer taraf ndan 1sveç’te geli tirilmi tir. Çe itli kullan m amaçlar için, testin, birkaç modifiye edilmi versiyonu geli tirilmi tir. Bu standartta tan mlanan K r lganl k (Brittleness) testi 1950’lerin sonundan beri kaya delinebilirli inin tayininde kullan lmaktad r (Dahl, 2003).

Brittleness deneyinde kullan lacak numuneler çene aç kl 13,6 mm’ ye ayarlanm bir çeneli k r c dan elde edilmektedir. Çeneli k r c dan elde edilen malzeme 11,2 mm ve 16 mm lik elekler ( ekil 3.6) ile elenmektedir. 16 mm’ nin üzerinde kalan malzeme gerekirse tekrar k r lmak üzere çeneli k r c için ayr labilir. 11,2 mm alt na geçen malzeme ise gerekirse yo unluk deneyi için muhafaza edilebilir. 11,2 mm – 16 mm fraksiyonu aras ndaki malzeme ise Brittleness deneyinde kullan lmak üzere ayr lmal d r.

Havana konacak malzemenin a rl , 500 65 ,

2 x

G= formülü ile hesaplan r. Burada; G, havana konacak malzemenin a rl n (gr), ^, havana konacak malzemenin yo unlu unu göstermektedir (Dahl, 2003). Çal lan malzeme toz malzeme olmad için, tam anlam ile gramaj tutturmak zor olaca ndan dolay bu formülden elde edilen a rl a mümkün oldu unca yak n a rl k de erleri numune a rl olarak almak yeterlidir.

11,2 mm – 16 mm aras ndaki çeneli k r c dan elde edilmi ve a rl hesaplanm malzeme Brittleness test cihaz n n havan k sm na yerle tirilir. Havan k sm na yerle tirilen malzeme üzerine 25 cm yükseklikten 14 kg a rl a sahip tokmak 20 kere dü ürülür. 20 darbenin sonunda havandaki malzeme 11,2 mm elek aç kl na sahip elekte tekrar elenir. 11,2 mm fraksiyonu alt na geçen malzemenin yüzde olarak de eri K r lganl k (Brittleness) de erini verir. Bu i lemin en az üç farkl numune üzerinde yap lmas gerekmektedir. Brittleness de eri ise numunelerden elde edilen

(25)

18

11,2 mm alt na geçen malzemenin yüzdelerinin ortalamas d r. 7ekil 3.7 de Brittleness test cihaz , ekil 3.9 da ise k r lganl k test i leminin emas gösterilmi tir.

(26)

7ekil 3.7 K r lganl k (Brittleness) test cihaz

(27)

20

7ekil 3.9 Brittleness testinin ematik görünü ü (Dahl, 2003)

3.4.2 Sievers’ J Minyatür Delme Testi

DRI tayininde Sievers’ J – De eri hesaplanmas nda Sievers’ in minyatür delme testi yap l r. Bu test kayan n yüzey sertli inin (ya da oyulmaya kar direncinin) ölçülmesinde kullan l r. Bu test metodu 1950’lerde H. Sievers taraf ndan geli tirilmi tir (Dahl, 2003).

Sievers’ J deneyinde kullan lacak numuneler, b çakl bir elmas testere yard m ile 25 – 30 mm kal nl nda dilimler halinde kesilir. Uzunluk ve geni lik 50 – 100 mm aras nda olmal d r. Numunenin kesilen yüzeyleri paralel olmal , pürüzsüz olmal ve foliasyonlu kayaçlar için foliasyon düzlemine dik olmal d r.

Sievers’ J minyatür delme deneyinde kullan lacak uçlar; 110ogiri aç s na, 8,5 mm kal nl a sahip olmal ve tungsten karbid olmal d r.

(28)

Sievers’ in minyatür delme cihaz na yerle tirilen numune, ekil 3.11 de görüldü ü gibi üstüne ba l 20 kg ’l k a rl kla delici ucun üzerine oturtularak serbest b rak l r. Numune üzerinde daha önce 4 – 8 adet aras nda i aretlenen noktalar üzerinde delme i lemi ba lat l r. Noktalar n i aretlenmesi, kayan n yap s na göre seçilmelidir. Delme noktalar , kayan n görsel incelemesine göre, yumu ak ve sert tabakalarda konumlanmal d r. Örne in, % 60’ sert malzemeden ve % 40’ yumu ak malzemeden olu an bir numunede, 3 delik sert tabakada, 2 delik ise yumu ak tabakada olu turulur (Dahl, 2003). Üzerinde serbest olarak bulunan 20 kg a rl kla numune delinmeye ba lan r.

Sievers’ J – De eri, 1/10 mm de, minyatür keskilerin dakikada 200 dönü ü sonras nda ölçülen delik derinli idir. Ortalama Sievers’ J – De eri ise 4 – 8 delikten elde edilen test sonuçlar n n ortalamas d r (Dahl, 2003). 7ekil 3.14 de minyatür delik delme cihaz n n ematik görünü ü verilmi tir.

(29)

22

7ekil 3.11 Sievers’ J cihaz ; delici uç deney numunesini delerken

(30)

7ekil 3.13 Sievers’ J minyatür delik delme cihaz nda kullan lan delici uç

3.4.3 Delinebilirlik Oran (DRI) Tayini

Delinebilirlik oran n n tayini, Brittleness testi ve Sievers minyatür delme deneyi sonras nda elde edilen de erlerin ekil 3.15 de ki grafikten kesi tirilmesi ile bulunmaktad r. Burada Sievers’ J de erleri on ile çarp larak grafikte aranmal d r. Grafi in alt k sm nda k r lganl k de erleri, tablo içinde ise minyatür delme de erleri bulunmaktad r.

Deneylerin yap ld anda, verilen sa l kl olarak elde edilebilmesi için multimedya platformlardan yararlan lm t r. Sievers minyatür delik delme makinas na ba lanan mikrometre komparatör ile mikrometre hasassiyetle delik derinli i ölçülebilmektedir. Yard mc elemanlar ve ba lant kutusu ile bilgisayara ba lanan komparatör, 7ekil 3.16 da görülmektedir. Bu düzenek sayesinde hasas veri elde etmek mümkün olabilmektedir.

Delinebilirlik tayini deneylerinde yap lacak i lemler genel hatlar ile anlat lm t r. Bir sonraki bölümde, deney sonuçlar n n hesaplanmas ve kar la t r lmas yap lacakt r.

(31)

24

7ekil 3.14 Minyatür delme (Sievers’ J) cihaz n n ematik görünü ü (Dahl, 2003)

(32)

(33)

26

BÖLÜM DÖRT

YAPILAN DENEYLER N SONUÇLARI

Bu bölümde çe itli bölgelerden elde edilen silindirik ve küp ekilli numunelere uygulanan porozite, birim hacim a rl k, shore sertli i, tek eksenli basma dayan m , deformasyon, spesifik tahrip enerjisi ile delinme oran deneylerinden elde edilen sonuçlar yorumlanacakt r.

Tablo 4.1 Deneylerde kullan lan numunelerin tan m

Numunenin Geldi$i Bölge Numunenin Tan)m) Numunenin 9ekli

1zmir (Çimenta ) 8. Basamak Karot

1zmir (Çimenta ) 10. Basamak Karot

Mu la - Fethiye Fethiye Bej Küp – Karot Mu la - Fethiye Fethiye Kahve Küp

Mu la - Fethiye Fethiye Rose Küp

Antalya - Ka Likya - Bej Küp

Gümü hane Ye il Bazalt Karot

Bergama Granit Karot

4.1 Numunelerin Fiziksel Özellikleri

Bir önceki bölümde anlat lan hesaplama yöntemleri ile elde edilen, numune fiziksel özelliklerine ili kin de erler Tablo 4.3 de, fiziksel özelliklerin ortalamas ise Tablo 4.2 de gösterilmi tir.

Tablo 4.2 Deneylerde kullan lan numunelerin fiziksel de erleri (ortalama) Numune Tan m Birim Hacim

A rl k (gr/cm3) Porozite (%) Bo luk Oran

Çimenta 8. Basamak 2,68 0,69 0,007

Çimenta 10. Basamak 2,66 1,54 0,016

Mu la Fethiye Bej 2,69 0,37 0,0037

Mu la Fethiye Rose 2,69 0,17 0,0017

Mu la Fethiye Kahve 2,67 0,42 0,0044

Antalya Ka Likya Bej 2,55 4,27 0,044

Ye il Bazalt 2,54 5,56 0,059

(34)

Tablo 4.3 Deneylerde kullan lan numunelerin fiziksel özellikleri Numune Tan m ve No Kuru A rl k (gr) Suya Doygun A rl k (gr) Tane Hacmi (cm3₎ Birim Hacim A rl k (gr/cm3) Bo luk Hacmi (cm3₎ Porozite (%) Bo luk Oran Çimenta 8. Basamak No: 15 670,77 673,43 251,24 2,67 2,66 1,06 0,011 Çimenta 8. Basamak No: 4 639,83 641,38 238,41 2,68 1,55 0,65 0,0065 Çimenta 8. Basamak No: 1 570,64 571,40 212,30 2,69 0,76 0,36 0,0036 Çimenta 10. Basamak No: 9 593,77 597,72 224,90 2,64 3,95 1,76 0,018 Çimenta 10. Basamak No: 3 694,12 697,26 260,17 2,67 3,14 1,20 0,012 Çimenta 10. Basamak No: 1 711,33 715,74 267,96 2,66 4,14 1,65 0,017 Mu la Fethiye Bej (Karot) No: 2 789,29 790,33 294,75 2,68 1,04 0,35 0,0035 Mu la Fethiye Bej (Karot) No: 12 764,56 765,52 285,13 2,68 0,96 0,34 0,0034 Mu la Fethiye Bej (Karot) No: 5 761,49 762,62 284,90 2,67 1,13 0,40 0,0040 Mu la Fethiye Bej (Küp) No: 1 899,23 900,49 335,15 2,68 1,26 0,38 0,0038 Mu la Fethiye Bej (Küp) No: 2 879,32 880,61 326,11 2,70 1,29 0,40 0,0040 Mu la Fethiye Bej (Küp) No: 3 909,93 911,09 334,05 2,72 1,16 0,35 0,0035 Mu la Fethiye Rose No: 1 959,79 960,27 356,85 2,69 0,48 0,13 0,0013 Mu la Fethiye Rose No: 2 966,16 966,89 359,85 2,68 0,73 0,20 0,0020 Mu la Fethiye Rose No: 3 966,35 966,99 359,87 2,69 0,64 0,18 0,0018 Mu la Fethiye Kahve No: 1 1010,17 1011,22 377,36 2,68 1,05 0,28 0,0028 Mu la Fethiye Kahve No: 2 983,16 985,43 369,07 2,66 2,27 0,62 0,0062 Mu la Fethiye Kahve No: 3 990,36 991,92 369,57 2,68 1,56 0,42 0,0042 Antalya Ka Likya Bej No: 1 919,42 936,17 355,37 2,59 16,75 4,71 0,049 Antalya Ka Likya Bej No: 2 903,13 920,99 353,89 2,55 17,16 4,85 0,051 Antalya Ka Likya Bej No: 3 867,57 878,71 343,71 2,52 11,14 3,24 0,033 Ye il Bazalt No: 1 746,34 762,58 294,27 2,54 16,24 5,52 0,058 Ye il Bazalt No: 2 747,88 764,32 294,26 2,54 16,44 5,59 0,059 Granit No: 1 715,38 717,92 273,11 2,62 2,54 0,93 0,0094 Granit No: 2 719,18 721,66 274,42 2,62 2,48 0,90 0,0091

(35)

28

4.2 Numunelerin Tek Eksenli Bas)nç Dayan)mlar)

Deneylerde kullan lan numunelerin tek eksenli bas nç dayan mlar a a daki tablolarda verilmi tir.

Tablo 4.4 1zmir Çimenta 8.basamak numunelerinin tek eksenli bas nç dayan mlar Örnek

No

Çap(cm) Boy(cm) Alan (cm2) Yenilme Yükü (kg) (kg/cm2) (MPa) 5 5,4 10,80 22,90 15860 692,58 69,26 12 5,4 10,92 22,90 11540 503,93 50,39 21 5,4 11,22 22,90 16990 741,92 74,19 Ortalama (MPa) = 64,61

Tablo 4.5 1zmir Çimenta 10.basamak numunelerinin tek eksenli bas nç dayan mlar Örnek

No

Çap(cm) Boy(cm) Alan (cm2) Yenilme Yükü (kg) (kg/cm2) (MPa) 22 5,41 11,12 22,99 8670 377,12 37,71 24 5,41 12,71 22,99 8990 391,03 39,10 Ortalama (MPa) = 38,41

Tablo 4.6 Mu la – Fethiye Bej numunelerinin tek eksenli bas nç dayan mlar Örnek

No

Çap(cm) Boy(cm) Alan (cm2) Yenilme Yükü (kg) (kg/cm2) (MPa) 8 5,41 12,22 22,99 27200 1183,12 118,31 9 5,41 12,55 22,99 26380 1147,46 114,75 Örnek No Boyutlar Alan (cm2) Yenilme Yükü (kg) (kg/cm2) (MPa) B1 6,75 6,99 47,18 69610 1475,41 147,54 B2 6,95 6,89 47,89 75800 1582,79 158,28 Ortalama (MPa) = 134,72

(36)

Tablo 4.7 Mu la – Fethiye Rose numunelerinin tek eksenli bas nç dayan mlar Örnek No Boyutlar Alan (cm2) Yenilme Yükü (kg) (kg/cm 2₎ _(MPa) R1 7,00 7,05 49,35 83170 1685,31 168,53 R2 7,00 7,20 50,40 90390 1793,45 179,35 R3 7,02 7,06 49,56 83610 1687,05 168,71 R4 6,90 7,00 48,30 78710 1629,61 162,96 Ortalama (MPa) = 169,89

Tablo 4.8 Mu la – Fethiye Kahve numunelerinin tek eksenli bas nç dayan mlar Örnek No Boyutlar Alan (cm2) Yenilme Yükü (kg) (kg/cm 2₎ _(MPa) K1 7,20 7,21 51,91 76150 1466,96 146,70 K2 7,21 7,38 53,21 79580 1495,58 149,56 K3 7,17 7,20 51,63 79170 1533,41 153,34 Ortalama (MPa) = 149,87

Tablo 4.9 Antalya – Ka Likya Bej numunelerinin tek eksenli bas nç dayan mlar Örnek No Boyutlar (cm) Alan (cm2) Yenilme Yükü (kg) (kg/cm 2₎ _(MPa) A1 6,80 7,10 48,28 58560 1212,92 121,29 A2 7,09 7,21 51,12 61190 1196,99 119,70 A3 7,16 7,06 50,55 60820 1203,17 120,32 Ortalama (MPa) = 120,44

Tablo 4.10 Granit numunelerinin tek eksenli bas nç dayan mlar

Örnek No

Çap(cm) Boy(cm) Alan (cm2) Yenilme Yükü (kg) (kg/cm2₎ _(MPa) G1 5,40 12,04 22,90 36080 1575,55 157,56 G2 5,40 11,97 22,90 41360 1809,11 180,61 G3 5,40 12,30 22,90 44710 1952,40 195,24 Ortalama (MPa) = 177,80

(37)

30

Tablo 4.11 Ye il bazalt numunelerinin tek eksenli bas nç dayan mlar Örnek

No

Çap(cm) Boy(cm) Alan (cm2) Yenilme Yükü (kg) (kg/cm2) (MPa) B1 5,39 12,96 22,82 24350 1057,05 105,71 B2 5,38 12,97 22,73 21970 966,56 96,66 B3 5,38 12,96 22,73 21640 952,05 95,21 Ortalama (MPa) = 99,19

4.3 Numunelerin Shore Sertlikleri ve Mohs Sertlikleri

Deneylerde kullan lan numunelerin Shore sertlik de erleri a a daki tablolarda verilmi tir.

Tablo 4.12 Numunelerin Shore ve Mohs sertlik de erleri

Numune Tan m Shore Sertlik De erleri Mohs Sertlik De erleri

Çimenta 8. Basamak 61 3 – 3,5

Çimenta 10. Basamak 59 3 – 3,5

Mu la Fethiye Bej 59 3 – 3,5

Mu la Fethiye Rose 66 3 – 3,5

Mu la Fethiye Kahve 61 3 – 3,5

Antalya Ka Likya Bej 47 3 – 3,5

Granit 93 6,5 – 7

Ye il Bazalt 57 5 – 5,5

4.4 Numunelerin Minyatür Delme (Sievers’ J), K)r)lganl)k (Brittleness) De$erleri ve Delinebilirlik Oran) (DRI) Tayini

DRI tayini için, daha öncede belirtildi i gibi, önce Brittleness deneyi ve Sievers’ J deneyi yap lm t r. Bu iki deneyden elde edilen veriler, DRI grafi inde kesi tirildi inde numunelerin DRI yani delinebilirlik de erleri elde edilmi tir.

(38)

4.4.1 Sievers’ J Minyatür Delme Deneylerinin Yap lmas

A a daki tablolarda minyaür delik delme deneylerinden elde edilen delik derinlikleri ve buna ba l olarak delme zaman – delme derinli i grafikleri gösterilmi tir.

Tablo 4.13 Antalya Ka Likya Bej numunelerinin delinme derinli i

Numune No 200 d/dak sonras ndaki delik derinli i (mm)

1 7,69

2 7,69

3 7,51

4 6,12

Sievers = 7,25

Antalya Ka Likya Bej Sievers

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

10

20

30

40

50

60

70

Zaman (S) D el in m e D er in li i (m m )

(39)

32

Tablo 4.14 Ye il bazalt numunelerinin delinme derinli i

1 8,91 2 9,37 3 7,82 4 8,19 Sievers = 8,57 Bazalt Sievers 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 10 20 30 40 50 60 70 Zaman (s) D el m e D er in li i (m m )

7ekil 4.2 Ye il bazalt numunelerinin delinme grafi i

Tablo 4. 15 Çimenta 8. Basamak numunelerinin delinme derinli i

1 5,26

2 5,42

3 6,94

4 6,30

(40)

Çimenta 8. Basamak Sievers 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 Zaman (s) D e lm e D e ri n li i (m m )

7ekil 4.3 Çimenta 8. Basamak numunelerinin delinme grafi i

Tablo 4.16 Çimenta 10. Basamak numunelerinin delinme derinli i

1 2,45

2 2,01

3 4,97

4 5,10

Sievers = 3,63 Tablo 4.17 Mu la Fethiye Bej numunelerinin delinme derinli i

1 3,80 2 4,55 3 6,50 4 6,49 5 3,74 Sievers = 5,02

(41)

34

Çimenta 10.Basamak Sievers

0 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 70 Zaman (s) D el m e D er in li i (m m )

7ekil 4.4 Çimenta 10. Basamak numunelerinin delinme grafi i

Mu la Fethiye Bej Sievers

0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 60 70 Zaman (s) D el m e D er in li i (m m )

(42)

Tablo 4.18 Mu la Fethiye Kahve numunelerinin delinme derinli i

1 5,33

2 6,35

3 5,26

4 5,21

Sievers = 5,54

Mu la Fethiye Kahve Sievers

7ekil 4.6 Mu la Fethiye Kahve numunelerinin delinme grafi i

Tablo 4.19 Mu la Fethiye Rose numunelerinin delinme derinli i

1 5,78

2 4,18

3 4,50

4 4,77

(43)

36

Mu la Fethiye Rose Sievers

7ekil 4.7 Mu la Fethiye Rose numunelerinin delinme grafi i

Tablo 4.20 Granit numunelerinin delinme derinli i

1 1,04 2 0,58 3 0,25 4 0,99 Sievers = 0,72 Granit Sievers 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 10 20 30 40 50 60 70 Zaman (s) D e lm e D e ri n li i (m m )

(44)

4.4.2 K r lganl k (Brittleness) Deneylerinin Yap lmas

Brittleness testinden elde edilen sonuçlar a a daki tablolarda verilmi tir. Burada G, havana konulan malzemenin a rl d r.

Tablo 4.21 Çimenta 8. Basamak numunelerinin Brittleness de erleri

1 2 3 Numune No G % G % G % 11,2 mm – 16 mm fraksiyonu 505,25 100 505,16 100 505,21 100 > 11,2 mm fraksiyonu 250,70 49,62 236,39 46,80 259,24 51,31 < 11,2 mm fraksiyonu 254,55 50,38 268,77 53,20 245,97 48,69 Brittleness = 50,76

Tablo 4.22 Çimenta 10. Basamak numunelerinin Brittleness de erleri

Tablo 4.23 Mu la Fethiye Bej numunelerinin Brittleness de erleri

(45)

38

Tablo 4.24 Mu la Fethiye Rose numunelerinin Brittleness de erleri

Tablo 4.25 Antalya Ka Likya Bej numunelerinin Brittleness de erleri

Tablo 4.26 Mu la Fethiye Kahve numunelerinin Brittleness de erleri

(46)

Tablo 4.27 Ye il Bazalt numunelerinin Brittleness de erleri 1 2 3 Numune No G % G % G % 11,2 mm – 16 mm fraksiyonu 481,57 100 481,65 100 481,74 100 > 11,2 mm fraksiyonu 272,27 56,54 274,70 57,03 264,22 54,85 < 11,2 mm fraksiyonu 209,30 43,46 206,95 42,97 217,52 45,15 Brittleness = 43,86

Tablo 4.28 Granit numunelerinin Brittleness de erleri

4.4.3 Delinebilirlik Oran (DRI) De-erlerinin Bulunmas

Brittleness testi ve Sievers’ J minyatür delme testinden elde edilen veriler DRI tablosunda kar la t r lm t r. Sonucunda elde edilen DRI de erleri tablo 4.29 da görülmektedir.

(47)

40

Tablo 4.29 Numunelerin Brittleness ve Sievers’ J de erlerine ba l delinebilirlik de erleri

Numune Tan)m) Brittleness S20

(K)r)lganl)k) De$eri Sievers’ J minyatür delme de$eri DRI Çimenta 8. Basamak 50,76 5,98 59 Çimenta 10. Basamak 46,36 3,63 52 Mu la Fethiye Bej 50,43 5,02 58,50 Mu la Fethiye Kahve 53,64 5,54 62 Mu la Fethiye Rose 51,52 4,81 60 Antalya Ka Likya Bej 78,13 7,25 87,50 Ye il Bazalt 43,86 8,57 54 Granit 50,32 0,72 48

Tablo 4. 30 DRI’ n n s n flamas (Dahl, 2003)

S n f DRI Oldukça dü ük a25 Çok dü ük 26-32 Dü ük 33-42 Orta 43-57 Yüksek 58-69 Çok yüksek 70-82 Oldukça yüksek b 83

4.5 Deformasyon Deneyleri ve Spesifik Tahrip Enerjisi Tayini

(48)

Tablo 4.31 Ye il Bazalt – 1 numunesinin gerilme – deformasyon tablosu Numune Yüksekli i (cm) Numune Çap (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 12,96 53,82 0 0 0 815,23 3,58 170,651 1800,91 7,92 405,018 4210,22 18,51 1047,82 6035,47 26,53 1445,35 8079,74 35,52 1810,82 12545,50 55,15 2511,16 16609,70 73,01 3111,01 21708,20 95,42 3932,74

Tablo 4.32 Ye il Bazalt – 2 numunesinin gerilme – deformasyon tablosu Numune

Yüksekli i (cm)

Numune Çap

(cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 12,96 53,81 0 0 0 1082,98 4,76 44,272 4806,47 21,14 485,812 8018,90 35,26 792,827 14017,90 61,64 1198,50 20905,10 91,93 1785,08 Ye il Bazalt - 1 y = 2E+06x2+ 15672x R2= 0.9986 0 20 40 60 80 100 120 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 Dü ey Deformasyon G er ilm e

(49)

42

Tablo 4.33 Ye il Bazalt – 2 numunesinin gerilme – deformasyon tablosu Numune Yüksekli i (cm) Numune Çap (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 12,96 53,81 0 0 0 1082,98 4,76 44,272 4806,47 21,14 485,812 8018,90 35,26 792,827 14017,90 61,64 1198,50 20905,10 91,93 1785,08

Tablo 4.34 Mu la Fethiye Bej – 1 numunesinin gerilme – deformasyon tablosu Numune Yüksekli i (cm) Numune Boyutlar (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 6,91 70,69 – 68,82 0 0 0 2117,28 4,37 94,193 16123 33,29 706,121 30177,3 62,31 1160,80 50607,90 104,49 1753,15 70004,10 144,55 2273,51 76599,30 158,17 2511,56 Ye il Bazalt - 2 y = 6E+06x2+ 43073x R2= 0.9959 0 20 40 60 80 100 120 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 Dü ey Deformasyon G er ilm e

(50)

Mu)la Fethiye Bej - 1 y = 9E+06x2_{+ 43568x} R2_{= 0.9989} 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 Dü ey Deformasyon G er ilm e

7ekil 4.11 Mu la Fethiye Bej – 1 numunesinin deformasyon grafi i Tablo 4.35 Granit – 1 numunesinin gerilme – deformasyon tablosu

Numune Yüksekli i (cm) Numune Çap (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 11,97 53,96 0 0 0 1229 5,37 195,087 10099,70 44,16 749,343 17084,30 74,70 1128,48 25334,40 110,78 1689,17 31248,10 136,63 2104,31 39340 172,02 2656,72

(51)

44 Granit - 1 y = 548242x2_{+ 63294x} R2_{= 0.9937} 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 Dü ey Deformasyon G er ilm e

7ekil 4.12 Granit – 1 numunesinin deformasyon grafi i

Tablo 4.36 Granit – 2 numunesinin gerilme – deformasyon tablosu Numune Yüksekli i (cm) Numune Çap (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 12,03 54,01 0 0 0 2567,51 11,21 315,029 10172,70 44,40 956,91 20150,70 87,96 1579,35 30116,50 131,46 2132,55 43732,80 190,89 4030,61

(52)

Granit - 2 y = -7E+09x3_{+ 3E+07x}2_{+ 19027x} R2_{= 0.999} 0 50 100 150 200 250 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 Dü ey Deformasyon G er ilm e

7ekil 4.13 Granit – 2 numunesinin deformasyon grafi i

Tablo 4.37 Mu la Fethiye Kahve – 1 numunesinin gerilme deformasyon tablosu Numune Yüksekli i (cm) Numune Boyutlar (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 7,35 7,16 – 7,21 0 0 0 3078,57 5,96 152,391 10075,30 19,52 516,027 21026,80 40,73 970,835 40970,60 79,36 1381,63 61109,10 118,38 1711,11 72510,80 140,47 3252,36 Tablo 4.38 Mu la Fethiye Kahve – 2 numunesinin gerilme deformasyon tablosu

Numune Yüksekli i (cm) Numune Boyutlar (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 7,30 7,17 – 7,20 0 0 0 8663,81 16,78 421,045 20734,70 40,17 849,185 35409,70 68,59 1312,66 55426,50 107,37 1914,87 69493 134,62 2405,54

(53)

46

Mu)la Fethiye Kahve - 1

y = -5E+13x4_{+ 2E+11x}3_{- 2E+08x}2_{+ 88108x}

R2_{= 0.9922} 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 Dü ey Deformasyon G er ilm e

7ekil 4.14 Mu la Fethiye Kahve – 1 numunesinin deformasyon grafi i

Mu)la Fethiye Kahve 2

y = 5E+06x2+ 45264x R2= 0.9958 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 Dü ey Deformasyon G er ilm e

(54)

Tablo 4.39 Antalya Ka Likya Bej – 1 numunesinin gerilme deformasyon tablosu Numune Yüksekli i (cm) Numune Boyutlar (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 7,03 7,16 – 7,06 0 0 0 7033,27 13,91 788,754 15052,20 29,77 1451,65 30080 59,48 2172,75 40751,60 80,58 2568,57 50656,50 100,17 2898,45 59563,70 117,78 3266,81

Antalya Ka Likya Bej - 1

y = 9E+06x2_{+ 8596.1x} R2_{= 0.9978} 0 20 40 60 80 100 120 140 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 Dü ey Deformasyon G er ilm e

7ekil 4.16 Antalya Ka Likya Bej – 1 numunesinin deformasyon grafi i

Tablo 4.40 Antalya Ka Likya Bej – 2 numunesinin gerilme deformasyon tablosu Numune Yüksekli i (cm) Numune Boyutlar (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 7,09 7,09 – 7,21 0 0 0 8067,57 15,79 1376,12 20406,20 39,96 2385,31 30420,70 59,57 2844,98 45059,10 88,23 3382,81 59940,90 117,37 4018

(55)

48

Antalya Ka Likya Bej - 2 y = 4E+08x3_{+ 6E+06x}2_{+ 2085.4x} R2_{= 0.9961} 0 20 40 60 80 100 120 140 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 Dü ey Deformasyon G er ilm e

7ekil 4. 17 Antalya Ka Likya Bej – 2 numunesinin deformasyon grafi i

Tablo 4.41 Mu la Fethiye Rose – 2 numunesinin gerilme deformasyon tablosu Numune Yüksekli i (cm) Numune Boyutlar (cm) Yük (kg) Gerilme (MPa) Eksenel Deformasyon (x10-6) 7,04 6,98 – 7,14 0 0 0 9016,69 18,08 131,766 25918,40 51,97 606,279 36796,90 73,79 896,347 50997,30 102,26 1280,48 65745,20 131,83 1657,64 77755,30 155,92 1992,12 90957,90 182,39 2343,27 95168,10 190,83 2447,06

(56)

Mu)la Fethiye Rose - 2 y = -4E+06x2_{+ 86196x} R2_{= 0.9978} 0 50 100 150 200 250 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 Dü ey Deformasyon G er ilm e

7ekil 4.18 Mu la Fethiye Rose – 2 numunesinin deformasyon grafi i

Tablo 4. 42 Numunelerin SEDES de erleri

Numune Tan m Spesifik Tahrip Enerjisi (kj/m3) Ortalama SEDES Mu la Fethiye Bej 1 185,29 185,29 Mu la Fethiye Rose 2 238,54 238,54 Mu la Fethiye Kahve 1 165,32 Mu la Fethiye Kahve 2 150,12 157,72 Antalya Ka Likya Bej 1 153,23

Antalya Ka Likya Bej 2 172,76 162,99

Granit 1 226,35

Granit 2 317,53 271,94

Ye il Bazalt 1 160,31

Ye il Bazalt 2 165,99 163,15

Deformasyon e rilerinin alt nda kalan alan n n hesaplanmas ile spesifik tahrip enerjisi bulunmu . At c ve Ersoy’ un 2008 de yapt çal mada spesifik tahrip enerjisi belirli integral yöntemi ile hesaplanm t r.

(57)

50

4. 6 Deney Sonuçlar)n)n De$erlendirilmesi

Deneylerden elde edilen verileri incelerken delinebilirli e etki eden faktörler olarak ele alacak olursak, delinebilirlik de erini (DRI); porozite, yo unluk, bo luk oran , shore sertlik de eri, tek eksenli bas nç dayan m , deformasyona ba l spesifik tahrip enerjisi ile kar la t rmak gereklidir. Bu proje kapsam nda kayac n belirli fiziksel özellikleri, Brittleness ve Sievers’ J minyatür delme testlerinden elde edilen DRI de erleri ile kar la t r lm t r.

Deney numunelerinin DRI de erleri Tablo 4.30 daki s n flamaya göre, Çimenta 8. Basamak numuneleri yüksek, Çimenta 10. Basamak numuneleri orta, Mu la Fethiye Kahve, Bej ve Rose numuneleri yüksek, Antalya Ka Likya Bej numuneleri oldukça yüksek, ye il bazalt numunelerinde orta, granit orta s n fta bulunmu tur.

DRI - Shore y = -44.743Ln(x) + 244.65 R2 = 0.5117 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 Shore Sertli)i D R I

7ekil 4. 19 DRI de erleri ile Shore sertlik de erlerinin kar la t r lmas

7ekil 4.19 daki grafikten görüldü ü üzere, kayac n Shore sertli i artt kça delinebilirlik oran dü mektedir. Yaral ve Soyer’ in 2008 de yapt klar çal mada, kayac n yüzey sertli i ile delinebilirli i aras nda ili ki oldu u bulunmu tur.

(58)

DRI - Birim Hacim A)8rl8k y = -184.33Ln(x) + 238.85 R2_{= 0.13} 0 20 40 60 80 100 2.5 2.55 2.6 2.65 2.7

Birim Hacim A)8rl8k (gr/cm3₎

D

R

I

7ekil 4.20 DRI de erleri ile birim hacim a rl k de erlerinin kar la t r lmas

7ekil 4.20’de görüldü ü gibi kayaçlar n birim hacim a rl artt kça az da olsa delinebilirli i azalmaktad r. Fakat kayaçlar n do al birim hacim a rl ile delinebilirli i aras ndaki ili ki oldukça zay ft r.

DRI - Porozite y = 2.0267x + 56.593 R2_{= 0.1178} 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 Porozite (%) D R I

7ekil 4.21 DRI de erleri ile porozite de erlerinin kar la t r lmas

7ekil 4.21’de kayaçlar n gözenekli olma durumunda delinebilirli inin nas l de i ti i incelenmi tir. Kayaçlar n porozitesi artt kça delinebilirli inin artt gözlenmi tir.

(59)

52 y = 3.3841Ln(x) + 44.29 R2= 0.0223 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200

Tek Eksenli Bas8nç Dayan8m8 (MPa)

D

R

I

7ekil 4.22 DRI ile tek eksenli bas nç dayan m n n kar la t r lmas

Kayaçlar n tek eksenli basma dayan m ile delinebilirli i aras ndaki ili ki ekil 4.22’te görülmektedir. 7ekilde görüldü ü gibi kayaçlar n dayan m ile delinebilirli i aras nda net bir ili ki bulunamam t r. Bu yönde çal malarda farkl yörelerden numuneler üzerinde oldukça fazla deney yap lmas ili kinin nas l oldu una yönelik daha faydal bilgiler verecektir. Ayn yöreden ayn tür iki kayac n bile dayan mlar aras nda yap lar ndaki mineralojik ve jeolojik farkl l klar nedeni ile farkl sonuçlar vermesi dayan m ile delinebilirlik aras nda bir ili ki kurulmas n zorla t rmaktad r.

(60)

DRI - Spesifik Tahrip Enerjisi y = 96.716e-0.0024x R2_{= 0.3139} 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 300

Spesifik Tahrip Enerjisi (kj/m3₎

D

R

I

7ekil 4.23 DRI ile spesifik tahrip enerjisinin kar la t r lmas

Spesifik tahrip enerjisi ile delinebilirlik oran aras ndaki ili ki 7ekil 4.23’de verilmi tir. 7ekilde görüldü ü gibi delinebilirlik oran azald kça kayaç daha zor delinebilece inden daha fazla enerji tüketmek gerekecektir.

(61)

54

BÖLÜM BE9 SONUÇLAR

Kayaçlar n fiziksel ve mekanik özellikleri ile delinebilirlik oranlar aras nda baz ili kiler bulunmu tur. Kayac n shore sertli i artt kça delinebilirlik oran n n azald belirlenmi tir.

Kayaçlar n birim hacim a rl ile delinebilirli i aras ndaki ili kinin ters orant l oldu u belirlenmi tir. Do al birim hacim a rl k artt kça kayac n delinebilirli i azalmaktad r.

Kayaçlar n poröz yap da olmas dayan mlar n dü ürdü ünden gözeneklili i fazla olan kayaçlar n delinebilirli i de fazla bulunmu tur.

Kayaçlar n dayan m ile delinebilirli i aras nda net bir ili ki bulunamam t r. Bu yönde çal malarda farkl yörelerden numuneler üzerinde oldukça fazla deney yap lmas ili kinin nas l oldu una yönelik daha faydal bilgiler verecektir.

Delinebilirlik oran azald kça kayac delmek için gerekli olan spesifik enerji miktar artmaktad r. Yani yap sal olarak sa lam kayaçlarda kayac delmek için gerekli olan enerji miktar daha fazla olacakt r.

1lerleyen çal malarda bu çal mada kullan lan “Norwegian SINTEF” sisteminin kullan ld delinebilirlik test deneylerinin yan s ra “Colorado school of Mines” modelinde kullan lan deney aletleri ile çal malar yap labilir.

Kayaçlar n laboratuar çapta bulunan delinebilirlik özelli i ile sahada sondaj uygulamalar , tünel uygulamalar , kaz labilirlik performanslar n n belirlenmesi ve tünel açma keski performans ve güç tüketimleri konular nda ara t rmalar yap labilir.

(62)

KAYNAKLAR

At c , U., Ersoy, A.; (2008). “Evaluation of destruction specific energy of fly ash and slag admixed concrete interlocking paving blocks (CIPB)” Construction and Building Materials, 22, 1507-1514.

Bruland, A.; (1998). “Hard Rock Tunnel Boring, Drillability Test Methods”, Norges teknisk-naturvitenskaplige üniversitet NTNU Trondheim.

Dahl, F., Grøv, E., Breivik, T.; (2006) “Development of a new direct test method for estimating cutter life, based on the Sievers’ J miniature drill test” Tunnelling and Underground Space Technology, 22, 106–116.

Dahl, F.; (2003). DRI, BWI, CLI Standarts, NTNU, Angleggsdrift, Trondheim, p. 21. Ersoy, A.; (2003) “Automatic drilling control based on minimum drilling specific

energy using PDC and WC bits” Mining Technology: IMM Transactions section A, 112, 86-96.

Hoseinie, S.H., Aghababaei, H., Pourrahimian, Y., (2008) “Development of a new classification system for assessing of rock mass drillability index (RDi)” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 45, 1–10.

Nast, Paul. H. (1955). “Drillers Handbook on Rock”, Davey Compressor Company, Kent Ohio. Tunnel Engineering Handbook, Ed. Bickel, Jon, O. ve Kuesel, T. R Thuro, K.; (1997). “Prediction of Drillability in Hard Rock Tunneling and Blasting”,

Tunnels for People, TU München, Germany.

Thuro, K.; (1997). “Drillability prediction: geological influences in hard rock drill and blast tunneling, Springer-Verlag

(63)

56

Wilbur, Lyman, D.; (1982). “Rock Tunnels”, Tunnel Engineering Handbook Bölüm 7, Ed. Bickel, Jon, O. ve Kuesel, T. R, 123-207

Yaral , O., Soyer, E.; (2007). “Tünel açma makinalar n n performans analizinde kullan lan delme oran indeksinin (DRI) tahmini”. 2. Ula12mda Yeralt2 Kaz2lar2 Sempozyumu, 169-179.