T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GEOTEKNİK ANABİLİM DALI. SONDAJ ve SONDA

(1)

T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GEOTEKNİK ANABİLİM DALI

SONDAJ ve SONDA

• Sondaj yabancı kaynaklı bir kelime olmakla birlikte sözcük olarak zemini delme anlamını taşımaktadır.

• Sondalama da delme anlamına geliyor ise

de bu etkinlikten numune alınmaması

sondajdan önemli farkıdır.

(2)

SONDAJ

SONDAJ’ da AMAÇ

• Jeolojik materyal toplamadır

• Jeolojik materyal örnekleri üç genel amaç için toplanır

– Fiziksel, mekanik ve hidrolik özelliklerin ölçümü,

– Kimyasal ve biyolojik özelliklerin ölçümü, – Litolojik, jeolojik, minerolojik özelliklerin

tanımlanması.

(3)

Sondaj Metodları

• 1. Helezonlu sondaj

» (Auger drilling)

• 2. Dönel Sondaj

» (Direct rotary drilling)

• 3. Karotlu Sondaj

» (Core drilling)

• 4. Dönel-Darbeli Sondaj

» (Rotary percussion drilling)

• 5. Darbeli veya Kablolu Sondaj

» (Percussion or cable tool drilling)

1. Helezonlu Sondaj

(Auger Drilling)

• En yaygın doğrudan örnekleme metodudur.

• İki ana tipi mevcuttur:

– İçi dolu gövdeli helezonlu delme sistemi

– İçi boş gövdeli helezonlu delme sistemi

(4)

HELEZONLU SONDAJ

(Auger Drilling)

İçi dolu gövdeli helezonlu delme sistemi

Solid Stem Continuous Flight Auger Drilling System

• Örnek almak için helezonlar yukarı çekilmek zorundadır

• Delme işlemi basittir

(5)

İçi boş gövdeli helezonlu delme sistemi

Hollow Stem Continuous Flight Auger Drilling System

İçi boş gövdeli helezonlu delme sistemi

Hollow Stem Continuous Flight Auger Drilling System

Ülkemizde nispeten daha az sıklıkla

uygulanan bu yöntemde, içi boş bir burgu

ile ilerleme sağlanır, numune alımı ve

arazi ve arazi deneyleri (SPT, Vane vb.)

burgu içinden yapılır. Kuyunun yıkılmasını

önleyerek ilerleme sağlaması en büyük

avantajlarından birisidir.

(6)

İçi boş gövdeli helezonlu delme sistemi

• Örnekleme için helezonların yukarı çekilmesi zorunlu değildir

• Örnekler şaftın içinden alınabilir

• 100 metreden daha fazla ilerlenebilir

• Tipik olarak 20-45 m derinlikleri için çok uygundur.

İÇİ BOŞ HELEZON SİSTEMİNDE BOYUTLAR

İçi boş helezonun İç Çapı (mm)

İçi boş helezonun Dış Çapı (mm)

Helezon Başının Kestiği Çap (mm)

57 143 159

70 156 171

83 168 184

95 181 197

108 194 210

159 244 260

184 295 318

210 311 330

260 346 375

311 446 470

http://www.cmeco.com/

(7)

2. DÖNEL SONDAJ

(Rotary Drilling)

• Sıklıkla “çamur-dönel sondajı”

olarak da adlandırılır. Bununla birlikte hava veya diğer akışkan karışımları kullanılabilir.

• Matkap tijlerin en altında kuyu sonunda bulunur.

• Kuyu tabanından kesilen parçalar tijlerin ortasından basınçla verilen çamur karışımının matkap ucundan hızla çıkıp tijler ve kuyu çeperleri arasından yüzdürülmesiyle

yukarıya taşınır.

Yıkamalı Sondaj

(Rotary Wash Boring)

Dünyadaki sondaj yöntemleri arasında ülkemizde en fazla uygulanan metot, yıkamalı sondajdır. Bu yöntemde geçici muhafaza borusu veya delme sıvısı kullanılarak sondaj kuyusunun çökmesi engellenir. İstenilen seviyelerde kuyu dibi temizlenerek arazi deneyleri yapılır

ve/veya örselenmemiş zemin numuneleri

alınır. Genellikle yeraltı su tablası altındaki

zeminler için uygundur.

(8)

DÖNEL SONDAJ DÜZENİ

Dönel Sondaj

(9)

Yaygın Olarak Kullanılan Sondaj Tijlerinin (çubuk) Boyutları

BOYUT Dış Çap (mm) İç Çap (mm)

RW 27.8 18.3

EW 34.9 22.2

AW 44.4 31.0

BW 54.0 44.5

NW 66.7 57.2

http://www.boartlongyear.com/

DÖNEL SONDAJ

TE MATKAPLAR

MUHAFAZA BORUSU

(10)

Basınçlı su ile Sondajda kullanılan matkaplar

Düz matkap Balta matkap Kelebek matkap

Yan matkap T biçimli matkap Z biçimli matkap TS1901

DÖNEL SONDAJ MATKAP UÇLARI, ÜÇ KONİ

(11)

DÖNEL SONDAJ MATKAP UÇLARI, ÜÇ KONİ

(12)

DETAYLI İNCELEMELER (SONDAJ-KAYADA DELME)

Kaya Matkabı (Rock Bit)

MUHAFAZA BORULARI

• Muhafaza borusu bazen kuyuyu açık tutmak için gereklidir,

• Bazen de kumlu veya çakıllı ortamlarda kuyu

çeperlerinden içeriye doğu malzeme göçünü önlemek için kullanılabilir,

• Muhafaza boruları delik içinde matkabın ierlemesi ile birlikte ilerler,

• Genellikle kuyu içinde

sonradan gözlem

yapılacaksa kullanılır.

(13)

Yaygın Olarak Kullanılan Muhafaza Borularının Boyutları

BOYUT Dış Çap (mm) İç Çap (mm)

RW 36.5 30.1

EW 46.0 38.1

AW 57.1 48.4

BW 73.0 60.3

NW 88.9 76.2

http://www.boartlongyear.com/

(14)

SONDAJ ÇAMURU

• Genellikle Bentonit kullanılır.

• Amaç:

– Kuyu tabanından kesilen parçaların yukarıya taşınması

– Kuyu çeperlerinde olabilecek çatlakların kapatılması

– Matkap performansının arttırılması – Matkabı soğuk ve temiz tutma

• Kuyu desteği

– Su basıncı olmadan, kuyu duvarları içeriye doğru göçme-kapanma eğilimindedir

– Su kuyu duvarlarının içine doğru hareket ederek kayba uğrayabilir – Bentonit kuyu duvarında bir çamur keki

(mudcake) oluşturarak sıvama yapar ve delikleri kapatır

SONDAJ ÇAMURU ve HAVUZLARI

(15)

ÇAMUR DOLAŞIM SİSTEMİ

3. Karot Sondajı

(Core Drilling)

• Karotiyer döndürülerek materyal içinde ilerlenir.

• Sondaj çamuru kullanılır

• Kaya ortamlar için önerilen metottur.

(16)

ELMAS UÇLU MATKAPLAR

4. Darbeli-Dönel Sondaj

(Rotary Percussion Drilling)

• Matkap döndürülerek ve yüzeyde bir ağırlığın kaldırılıp düşürülmesiyle elde edilen enerji yardımıyla

ilerletilir.

• Kaya ortamlarda kullanılır.

(17)

Darbeli Matkap Örnekleri

MATKAP UÇLARI

Keski Matkapları (Chisel Bits)

Çapraz Matkap Çapraz Matkap

(18)

5. Darbeli veya Kablolu Sondaj

• Matkap yüzeyde bulunan ağırlığın kaldırılıp bir örs üzerine

düşürülmesiyle elde edilen enerji yardımıyla ilerletilir.

• Bu metod bazen diğer metodların birleşimi şeklinde kullanıır.

DETAYLI İNCELEMELER

SONDAJLARIN PLANLANMASI

SONDAJ ARALIKLARI

Az yapılan örnekleme yanıltıcı olabileceği gibi gereğinden fazla yapılan delgide para ve zaman kayıplarına yol açar. Bu yüzden optimum bir delgi derinliği ve aralığı seçme mecburiyeti vardır.

Küçük parsellerde, homojen zemin koşullarında, her 300m² için en az bir adet,

Küçük ancak çok katlı binalarda (h>20m) ve değişken zemin koşullarında üç adet

En basit kural: Yapı planının en az dört köşesi ve ortasında

(19)

DETAYLI İNCELEMELER

• Araştırma sondaj ve sondalarının sayısını, aralarındaki mesafeyi ve derinliğini belirlemede kesin olarak ortaya konmuş bilimsel kurallar yoktur. Bu tür kararlar arazideki gözlem çalışmalarından elde edilen bulgularla birlikte mühendislik yargılarına ve pratikteki geleneksel standartlara dayalı olarak alınmaktadır. Bu işlem aşağıdakilerde dahil olmak üzere çok sayıda faktörü kapsar:

– Sahanın büyüklüğü ne kadardır?

– Ne çeşit zemin veya kaya ile karşılaşılması beklenmektedir – Sahada ne tür bir yapı inşaat edilecektir (küçük bina, büyük bina,

köprü, baraj vs.)?

– Planlanan yapı ne kadar kritiktir?

– Sondaj veya diğer ekipmanlar sahanın her yerine erişebilir mi?

DETAYLI İNCELEMELER

SONDAJ DERİNLİĞİ

Taban basıncının zeminde %10 (kayada %30) seviyelerine düştüğü derinliğe veya

Temel tabanından itibaren temel genişliğinin en az bir buçuk.katı kadar derinliğe

(20)

SONDAJ ARALIK VE DERİNLİKLERİNİN TAYİNİ

ARAŞTIRMA DERİNLİĞİ KAT SAYISI (S)

GENİŞLİK (B) 1 2 4 8 16

10 ⁵ ⁵ ¹⁰ ¹² ¹⁵

20 5 5 10 12 20

30 ⁵ ⁷ ¹¹ ¹⁶ ²⁵

65 ⁷ ⁹ ¹³ ²¹ ³³

120 ⁹ ¹¹ ¹⁵ ²⁵ ⁴¹

Konutlar ve işyerleri için;

S sayıda katlı bir yapıda temeller D_f m derinliğe oturtulacak ise minimum delgi derinliği

z = D_f + Z (S)^0.7

İyi Zemin  Z=3 Orta Zemin  Z=5 Kötü Zemin  Z=6

SONDAJ ARALIK VE DERİNLİKLERİNİN TAYİNİ

DERİNLİKLER ARALIKLAR

KOLON/DUVAR YÜKÜ

A DELGİLERİ

B DELGİLERİ

M UZAKLIĞI

N ARALIĞI

Hafif 3-6 7-8 30 30

Orta 6-8 9-12 25-30 25-30

Ağır 9-12 15-25 15-25 15-25

A A A A

B B B

M

N

(21)

DAYANMA (İSTİNAT) DUVARLARINDA SONDAJ DERİNLİĞİ

• Sondajlar son zemin seviyesinden duvar yüksekliğinin 0.75 – 1.50 katı kadar bir derinliğe uzatılabilir.

• Stratigrafi derin stabilite veya oturma

problemlerini işaret ediyorsa sondajar katı tabakaya kadar uzatılabilir.

AASHTO Standard Specifications for Design of Highway Bridges

YARMADA SONDAJ DERİNLİĞİ

• Sondajlar hendek hattında tahmin edilen yarma derinliğinin en az 5 metre altına kadar sürdürülmelidir.

• Sondaj derinlikleri hat boyunca karşılaşılan yumuşak zonların olduğu veya yarma

temel seviyesinin su seviyesinin altında

olduğu yerlerde arttırılabilir.

(22)

DOLGUDA SONDAJ DERİNLİĞİ

• Uygun (katı) zeminin kesileceği bekleniyorsa sondaj derinliği dolgu yüksekliğinin iki katı olarak alınabilir.

• Stabilite veya oturma problemi

sunabilecek yumuşak tabakaların olduğu durumlarda sondaj derinliği sağam

tabakaya kadar uzatılmalıdır.

AASHTO Standard Specifications for Design of Highway Bridges

KAÇ SONDAJ?

Yeraltı Koşulları ↓ Her bir sondaj için yapı alanı (m²) Kötü Kalite ve Değişken  100 – 300

Orta Kalite  200 – 400 Yüksek Kalite ve Üniform  300 – 1000

Yeraltı Koşulları ↓ Minimum Sondaj Derinliği (m) Kötü Kalite ve Değişken  6 S^0.7 + D_f

Orta Kalite  5 S^0.7 + D_f Yüksek Kalite ve Üniform  3 S^0.7 + D_f

D_f=Temel gömme derinliği, S= Kat Adedi

KAÇ METRE?

(Sowers,1979)

(23)

SORU: Zemin koşullarının ortalama özellikler gösterdiği bir bölgede çelik çerçeveli üç katlı ofis binası inşaa edilecektir.

Bina 30x40 metrekarelik bir alana oturtulacak olup, tekil tip temel inşaa edilecek ve 1 metre derine gömülecektir.

Yeterli sayıda sondaj sayısını belirleyip, bunların derinliklerini öneriniz

• Bina toplam alanı 30x40=1200 m

²

• 200-400 m

²

ye 1 sondaj olduğundan

• 1200 m2 ye en az 4 sondaj gerekli

• 5 S

^0.7

+ D

_f

= 5 x 3

^0.7

+ 1=12 m min derinlik

• İyi bir araştırma için en az biri bundan daha derin olmalı

• 3 adedi 12 m

• 1 adedi 16 m yeterli

D³+45D²+600D-4600=0 Z (m) D³ 45D² 600D -46000 D

10 1000 4500 6000 -46000 -34500 20 8000 18000 12000 -45999 -7999

Gerilme artışı Yaklaşımı: Araştırma derinliği (D)= Yapı yükünden dolayı oluşan gerilme artışının (Dq) düşey geostatik efektif örtü basınçlarının %10’ una eşit olduğu derinliktir.

(24)

D³+45D²+600D-4600=0 Z (m) D³ 45D² 600D -46000 D

10 1000 4500 6000 -46000 -34500 20 8000 18000 12000 -45999 -7999 22 10648 21780 13200 -45998 -370 23 12167 23805 13800 -45997 3775