ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK ...

Burcu ÖZVAN 

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ 

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ 

YÜKSEK LİSANS TEZİ 

SÜREKSİZLİK DÜZLEMLERİNDE AYRIŞMANIN PÜRÜZLÜLÜK 

ÜZERİNDEKİ ETKİSİ 

ADANA, 2010 

JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI





Burcu ÖZVAN 


JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI 

Bu tez 01 / 02 / 2010 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği İle 

Kabul Edilmiştir. 

İmza............……… İmza...................…. ….. İmza.................……… 

Yrd. Doç. Dr. İ.Altay ACAR Doç.Dr. Sedat TÜRKMEN Doç.Dr. Suphi URAL 

Danışman Üye Üye 

Bu tez Enstitümüz Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. 

Kod No 

Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL 

Enstitü Müdürü 

Bu Çalışma Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından 

Desteklenmiştir. 

Proje No: MMF 2008YL22 

Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların 

kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere 

tabidir.

ÖZ 




Burcu ÖZVAN 



JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI 

Danışman : Yrd. Doç. Dr. Altay ACAR 

Yıl :2010, Sayfa:74 

Jüri : Yrd. Doç. Dr. Altay ACAR 

Doç.Dr. Sedat TÜRKMEN 

Doç.Dr. Suphi URAL 

Süreksizlik düzlemleri üzerindeki kesme dayanımı, jeoteknik tasarımların 

oluşturulmasında önemli bir bileşendir. Burada, dayanımı kontrol eden en önemli 

parametre ise pürüzlülüktür. Ayrışma sonucunda süreksizlik düzlemlerinin kesme 

dayanımı düşmektedir. Pürüzlü yüzeyler ise kesme dayanımı arttırmaktadır. Bazı 

kayalarda ayrışmanın artmasıyla pürüzlülük artabilmektedir. Bu çalışmada, ayrışma 

sonucu pürüzlü yüzeylerin oluştuğu granit ve kristalize kireçtaşı gibi kayaların kesme 

dayanımı değerlerinin, pürüzlülük ve bozuşma ile olan ilişkisi ortaya konmuştur. 

Granitlerde pürüzlülük, bozuşarak ortamdan uzaklaşan feldspat mineralleri sonucu 

oluşurken, kristalize kireçtaşlarında ise stilolit oluşumları pürüzlü yüzeylerin ortaya 

çıkmasına neden olmaktadır. Granitlerde oluşan pürüzlü yüzeyler kesme dayanımını 

arttırmazken, stilolitlere bağlı oluşan pürüzlülük, kesme dayanımın artmasına neden 

olmaktadır. 

Anahtar Kelimeler: Kesme dayanımı, stilolit, pürüzlülük, kristalize kireçtaşı, granit. 

I

ABSTRACT 

MSc THESIS 

EFFECT OF ALTERATION ON ROUGHNESS IN DISCONTINUITIES 

SURFACES 

Burcu ÖZVAN 

DEPARTMENT OF GEOLOGICAL ENGINEERING 

INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES 

UNIVERSITY OF ÇUKUROVA 

Supervisor : Asst.Prof.Dr. Altay ACAR 

Year: 2010, Pages: 74 

Jury : Asst.Prof.Dr. Altay ACAR 

Assoc.Prof. Dr. Sedat TÜRKMEN 

Assoc.Prof.Dr. Suphi URAL 

Shear strength of discontinuities is an important component of geotechnical 

design development. The most important parameter that controls the strength is 

roughness. As a result of separation, the shear strength of discontinuities decreases. 

Rough surfaces should increase the shear strength. In some rock materials the 

roughness may increase while separation increases. In this study, the relation of shear 

strength of rocks, in which a rough surface is formed after separation such as granite 

and crystallized limestone, with roughness and decomposition are specified. While 

the roughness in granites are formed as a result of separation of feldspar minerals, 

stylolites formation is the reason for rough surface formation in crystallized 

limestones. Although, the rough surface formation in granites does not increase the 

shear strength, rough surface formation as a result of stylolites formation cause an 

increase in shear strength. 

KeyWords: Shear strength, stylolites, roughness, crystallized limestone, granite. 

II

TEŞEKKÜR 

Çukurova Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalında tamamlamış 

olduğum bu çalışmada, beni yönlendiren danışman hocam Sayın Yrd.Doç.Dr. Altay 

ACAR’a teşekkür ederim. 

Ayrıca, üç yıl süren yüksek lisans eğitimimde çalışmalarım boyunca 

göstermiş oldukları yardımlardan dolayı Prof. Dr. Ulvi Can ÜNLÜGENÇ’e, 

laboratuvarlarını kullanmamıza izin veren Maden Mühendisliği Bölüm Başkanı 

Prof.Dr. Adem ERSOY’a ve diğer bölüm öğretim üyelerine teşekkür ederim. 

Çalışmalarım sırasında, deneysel aşamada göstermiş oldukları yardımlardan 

dolayı Çukurova Üniversitesinden Arş.Gör. Ulaş İnan SEVİMLİ’ye, Jeo.Yük.Müh. 

Engin ÇİL’e ve Jeoloji Mühendisi Yasemin DİM’e, ince kesitlerin hazırlanması ve 

yorumlanması aşamasında yardımlarını esirgemeyen Yüzüncü Yıl Üniversitesinden 

Jeo.Yük.Müh. Vural OYAN’a teşekkür ederim. 

Bu çalışmada, hayatım boyunca benden hiçbir şekilde emeğini esirgemeyen 

ERGEZ ve ÖZVAN ailelerine ve en büyük destekçim oğlum Onur Seyhan’a sonsuz 

teşekkür ederim. 

III

İÇİNDEKİLER SAYFA 

ÖZ................................................................................................................... I 

ABSTRACT................................................................................................... II 

TEŞEKKÜR………………………………………………………………… III 

İÇİNDEKİLER……………………………………………………………... IV 

ÇİZELGELER DİZİNİ……………………………………………………... VI 

ŞEKİLLER DİZİNİ......................................................................................... VII 

SİMGELER VE KISALTMALAR................................................................. XII 

1. GİRİŞ…………………………………………………………………...... 1 

1.1. Amaç…………………………………………………………...…… 1 

1.2. Örnek Alanlarının Coğrafi Konumu …………………………….…. 2 

1.3. Kaya Kütlesinin ve Süreksizliklerin Genel Özellikleri …………….. 5 

1.4. Süreksizlik Düzlemlerinin Pürüzlülüğü ………………………..….. 6 

1.5. Süreksizlik Düzlemlerinde Pürüzlülüğün Ölçülmesi ………………. 8 

1.6. Süreksizlik Düzlemlerinin Kesme Dayanımı ………………………. 10 

1.7. Süreksizlik Düzlemlerindeki Ayrışmanın Kesilme Dayanımı 

Etkisi………………………………………………………………... 

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR……………………………………..…….…… 20 

3. MATERYAL VE METOD……….……………………………………… 26 

3.1. Materyal………………………………………………………...…… 26 

3.2. Metod…………………………………………………………...…… 27 

3.2.1. Literatür Taraması…………………………………….....…… 27 

3.2.2. Arazi Çalışmaları……………………………………............... 28 

3.2.3. Laboratuvar Çalışmaları…………………………………..….. 28 

3.2.3.1. Petrografik Analizler………………..………..…….... 29 

3.2.3.2. Mekaniksel Analizler……………………………….... 29 

4. BULGULAR VE TARTIŞMA………..……………………….………… 36 

4.1. Jeoloji …………….………………………..……………………….. 36 

4.2. Çalışmada Kullanılan Kayaçların Petrografik Özellikleri................... 40 

4.2.1. Çalışmada Kullanılan Granitlerin Petrografik Özellikleri…... 43 

IV 

16

4.2.2. Çalışmada Kullanılan Kireçtaşlarının Petrografik Özellikleri.. 50 

4.3. Çalışmada Kullanılan Kayaların Bazı Fiziksel ve Mekanik 

Özellikleri …………….………………………….………………. 

4.3.1. Süreksizlik Düzlemlerinin Kesme Dayanımı Özellikleri …...… 55 

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER…………..……………………….………. 69 

5.1. Sonuçlar……..…..……………………………………….………… 69 

5.2. Öneriler……………..……………………………………………… 70 

KAYNAKLAR………………………………………..………………….... 71 

ÖZGEÇMİŞ ………………………………………………………………... 74 

V 

52

ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA 

Çizelge 4.1. Kaya kütlelerinin bozunma derecesini gösteren 

sınıflama……………………………………………….. 

Çizelge 4.2. Seçilen farklı kayalara ait kuru birim hacim ağırlık 

değerleri………………………………………………... 

Çizelge 4.3. Seçilen farklı kayalara ait Sonik Hız değerleri………… 55 

Çizelge 4.4. Seçilen farklı kayalara ait tek eksenli basma dayanımı 

değerleri……………………………………………….. 

VI 

41 

54 

55

ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA 

Şekil 1.1. Granitoyid örneklerinin alındığı alanına ait yer bulduru 

haritası……………………………………………………... 

Şekil 1.2. Kristalize kireçtaşı örneklerinin alındığı alanına ait yer 

bulduru haritası…………………………………………….. 

Şekil 1.3. Kaya kütlelerinde gözlenen yenilme türleri……………….. 6 

Şekil 1.4. Pürüzlü yüzeylerde birinci ve ikinci derece 

düzensizliklerdeki i açısına ait yaklaşık değerler………….. 

Şekil 1.5. Kristalize kireçtaşlarında birinci ve ikinci derece 

düzensizliklere ait arazi görüntüsü………………………… 

Şekil 1.6. Barton tip tel profil metreye ait görüntü…………………… 9 

Şekil 1.7. Süreksizlik düzlemlerindeki pürüzlülük ve dalgalılık 

ilişkisi……………………………………………………… 

Şekil 1.8. Taşınabilir doğrudan makaslama deney aleti……………… 11 

Şekil 1.9. Tilt testi için kullanılan cihaza ait çizim görüntüsü……….. 12 

Şekil 1.10. Süreksizlik düzlemlerinde farklı normal gerilmeler altında 

ε – τ ilişkisi………………………………………………… 

Şekil 1.11. Bir süreksizlik düzleminin kesme dayanımının tanımı…… 13 

Şekil 1.12. Eğimli bir yüzeyde kesme gerilmesi……………………… 15 

Şekil 1.13. Pürüzlü tabakalanma yüzeylerine sahip kireçtaşlarının 

çalışma sahasında yüksek şev açısındaki görünüşleri…….. 

Şekil 1.14. Pürüzlülük ve normal gerilmenin sürtünme açısı üzerindeki 

etkisi……………………………………………………….. 

Şekil 1.15. Granitoyidlerdeki çalışma alanında süreksizlik 

düzlemlerinin yarattığı bloklu yapı………………………... 

Şekil 1.16. Taze yüzeyli granit eklemlerinde gözlenen pürüzlülük 

profili………………………………………………………. 

Şekil 1.17. Ayrışmış granit eklemlerinde gözlenen pürüzlülük profile... 19 

Şekil 2.1. Patton’a ait testere dişli pürüzlülük modeli……………….. 20 

Şekil 2.2. Pürüzlülük görüntüleri ve Eklem Pürüzlülük Katsayısı 

VII 

3 

4 

7 

8 

10 

13 

15 

16 

17 

18

(JRC)………………………………………………………. 22 

Şekil 2.3. ISRM 1978’e göre farklı ölçeklerde gözlenen 

pürüzlülükler………………………………………………. 

Şekil 2.4 ISRM, 1981’e göre pürüzlülük görüntüleri ve kesme 

dayanımı arasındaki ilişki…………………………………. 

Şekil 3.1. Deney öncesi örnek kalıplarının hazırlanması ve kullanılan 

alçı (a, b, c) ile taşınabilir kaya kesme (makaslama) 

düzeneği (d)………………………………………………. 

Şekil 3.2. Çalışma alanlarından sondaj (a, c) ve blok örnek (b) 

alımına ait görüntüler……………………………………… 

Şekil 3.3. Arazide tel profil metre ile süreksizlik düzlemlerinin 

pürüzlülüklerinin ölçülmesi……………………………….. 

Şekil 3.4. Profil metre ile yapılan ölçümler (a, c) ile bunların 8 ayrı 

hatta göre sonuçlarının kaydedilmesi (b, d)……………….. 

Şekil 3.5. Kaya örnekleri sabitlemek için kullanılan alçı (a) ve 

örneğin kalıba yerleştirilmesi aşamaları (b, c, d)………….. 

Şekil 3.6. Alçı içersindeki örneğin deney aletine yerleştirilmesi 

aşamaları…………………………………………………… 

Şekil 3.7. Taşınabilir doğrudan kesme (makaslama) deney 

düzeneğine ait bir görüntü…………………………………. 

Şekil 3.8. Deney sonrası kayada gözlenen yer değiştirme (a) ve 

örselenmeye ait bir görüntü (b)……………………………. 

Şekil 3.9. Makaslama (Kesme) gerilimi (τ) – Makaslama(Kesme) 

yerdeğiştirmesi (δ) grafiği…………………………………. 

Şekil 4.1. Granitlerde MnO boyalı ayrışma yüzeyleri………………... 36 

Şekil 4.2. Granitlerde arenitleşme ve ayrışma ile oluşan pürüzlü 

yüzey görüntüsü…………………………………………… 

Şekil 4.3. Granitoyidlerin örnekleme alanı ve yakın civarındaki 

dağılımını gösterir harita…………………………………... 

Şekil 4.4. Çalışma alanı ve yakın civarının genel jeolojisi…………… 39 

VIII 

23 

24 

27 

28 

29 

31 

32 

33 

33 

34 

34 

37 

38

Şekil 4.5. Kristalize kireçtaşlarının arazideki görünüşü……………… 39 

Şekil 4.6. Kristalize kireçtaşlarındaki pürüzlü yüzeylerin arazideki 

görünüşü…………………………………………………… 

Şekil 4.7. Çalışma alanında gözlenen sağlam kaya kütlesine ait 

görüntü…………………………………………………….. 

Şekil 4.8. Çalışma alanında gözlenen tamamen bozuşmuş kaya 

kütlesine ait görüntü……………………………………….. 

Şekil 4.9. Bozunmamış granit örneğine ait görüntü……………..…… 43 

Şekil 4.10. Bozunmamış granodiyorit örneğine ait ince kesitte çift 

nikol görüntüsü……………………………………………. 

Şekil 4.11. Bozunmamış granodiyorit örneğine ait ince kesitte tek 

nikol görüntüsü…………………………………………….. 

Şekil 4.12. Az bozunmuş granit örneğine ait ince kesitte çift nikol 

görüntüsü ve çatlaklı kuvars kristalleri……………………. 

Şekil 4.13. Az bozunmuş granit örneğine ait tek nikol görüntüsü…….. 46 

Şekil 4.14. Çift nikolde az bozunmuş granit örneğindeki serisitleşmeye 

ait görüntü…………………………………………………. 

Şekil 4.15. Tek nikolde az bozunmuş granitteki feldispatlar gözlenen 

serisitleşme………………………………………………… 

Şekil 4.16. Çift nikolde orta derecede bozunmuş granit örneğine ait 

görüntü……………………………………………………. 

Şekil 4.17. Tek nikolde orta derecede bozunmuş granit örneğine ait 

görüntü…………………………………………………….. 

Şekil 4.18. Orta derecede bozunmuş granit örneğinin çift nikol 

görüntüsü………………………………………………….. 

Şekil 4.19. Orta derecede bozunmuş granit örneğinin tek nikol 

görüntüsü………………………………………………….. 

Şekil 4.20. Alizarin Red-S yapılan kayaya ait ince kesit ve çips 

görüntüsü…………………………………………………... 

Şekil 4.21. Çift nikolde kalsit mineralleri ve stilolit oluşumuna ait 

görüntü…………………………………………………….. 

IX 

40 

42 

42 

44 

44 

45 

46 

47 

48 

48 

49 

49 

50 

51

Şekil 4.22. Tek nikolde kalsit mineralleri ve stilolit oluşumuna ait 

görüntü…………………………………………………….. 

Şekil 4.23. Arazide kristalize kireçtaşlarında gözlenen pürüzlü 

yüzeylere ait görüntü………………………………………. 

Şekil 4.24. Deneysel çalışmalarda kullanılan karot örneklerin arazide 

(a) ve laboratuvarda (b) alınış görüntüsü………………….. 

Şekil 4.25. Doğrudan kesme deneyi için kullanılan bozunmamış granit 

örneklerine ait bir görüntü………………………………… 

Şekil 4.26. Deneylerde kullanılan karot örneklerin iki eksene göre 

ölçülen çap değerlerine ait bir görüntü…………………… 

Şekil 4.27. Bozunmamış (W1) bir granit örneğinin süreksizlik 

düzlemine ait tel profilmetre görüntüsü…………………… 

Şekil 4.28. Az bozunmuş (W2) bir granit örneğinin süreksizlik 

düzlemine ait tel profilmetre görüntüsü…………………… 

Şekil 4.29. Orta derecede bozunmuş (W3) bir granit örneğinin 

süreksizlik düzlemine ait tel profilmetre görüntüsü……….. 

Şekil 4.30. Deneylerde kullanılan kristalize kireçtaşı örneklerine bir 

görüntü…………………………………………………….. 

Şekil 4.31. Kristalize kireçtaşı örneğinin süreksizlik düzlemine ait bir 

tel profilmetre görüntüsü………………………………….. 

Şekil 4.32. Bozunmamış granit (W1) örneğine ait kesme gerilmesi (τ) - 

kesme yerdeğiştirmesi (δ) grafiği………………………….. 

Şekil 4.33. Bozunmamış granit (W1) örneğine ait kesme dayanımı (τ) 

– normal gerilim (σ) grafiği……………………………….. 

Şekil 4.34. Az bozunmuş granit (W2) örneğine ait kesme gerilmesi (τ) 

- kesme yerdeğiştirmesi (δ) grafiği……………….……….. 

Şekil 4.35. Az bozunmuş granit (W2) örneğine ait kesme dayanımı (τ) 

– normal gerilim (σ) grafiği……………………………….. 

Şekil 4.36. Orta derecede bozunmuş granit (W3) örneğine ait kesme 

gerilmesi (τ) - kesme yerdeğiştirmesi (δ) grafiği………….. 

X 

52 

53 

53 

56 

57 

57 

58 

58 

59 

59 

60 

61 

62 

62 

63

Şekil 4.37. Orta derecede bozunmuş granit (W3) örneğine ait kesme 

dayanımı (τ) – normal gerilim (σ) grafiği…………………. 

Şekil 4.38. Kristalize kireçtaşı örneğine ait kesme gerilmesi (τ) - 

kesme yerdeğiştirmesi (δ) grafiği………………………….. 

Şekil 4.39. Kristalize kireçtaşı örneğine ait kesme dayanımı (τ) – 

normal gerilim (σ) grafiği…………………………………. 

Şekil 4.40. Çalışmada kullanılan örneklere ait genel pürüzlülük açısı 

değerleri………………………………………………….. 

Şekil 4.41. Stilolitlere bağlı olarak gelişen pürüzlü yüzeylerin arazi (a) 

ve ince kesitteki (b) görüntüsü…………………………….. 

Şekil 4.42. Granit (a) ve kristalize kireçtaşı (b) kütlelerinin süreksizlik 

düzlemlerinin arazideki eğim açılarına ait bir görüntü……. 

XI 

64 

65 

65 

66 

67 

68

SİMGELER ve KISALTMALAR 

φ : Sürtünme açısı 

φp 

φr 

φb 

: Pik sürtünme açısı 

: Rezidüel sürtünme açısı 

: Temel sürtünme açısı 

i : Yüzey pürüzlülüğü açısı 

JRC : Eklem pürüzlülük katsayısı 

JCS : Eklem basınç dayanımı 

JMC : Eklem örtüşme katsayısı 

ISRM : Uluslararası kaya mekaniği derneği 

ASTM : Amerikan Test ve Materyal Kurumu 

σ ı : Süreksizlik yüzeyindeki efektif normal 

σn 

: Kayma yüzeyindeki normal gerilim 

τ : Kesme (makaslama) gerilmesi 

α : Kayma açısı 

c : Kohezyon 

Re 

: Schmidt çekici sıçrama değeri 

γ : Birim hacim ağırlık 

γk 

: Kuru birim hacim ağırlık 

MTA : Maden Tetkik Arama 

F : Örnek üzerine uygulanan yük 

A : Alan 

δ : Kesme yer değiştirmesidir 

MnO : Manganoksit 

kN : Kilonewton 

m : Metre 

sn : Saniye 

XII

Vp 

: P-dalgası 

UCS : Tek eksenli basma dayanımı 

o C : Derece 

MPa : Megapaskal 

V : Hız 

XIII

1. GİRİŞ Burcu ÖZVAN 

1. GİRİŞ 

Bu bölümde, çalışmanın amacı ile ilgili genel bilgiler ve çalışmayı gerekli 

kılan nedenler açıklanmıştır. 

1.1. Amaç 

Kaya kütleleri içersinde açılan, gerek tünel gibi yer altı kazıları, gerekse kaya 

şevlerinin tasarımları, kayayı malzeme olarak tanımlamadan öteye, kütlesel olarak 

kayanın geçirmiş olduğu evrimi ve bu evrim sonucunda oluşan yapısal unsurları 

tanımlamayı gerekli kılmaktadır. Özellikle, 1950’lerden sonra artan sanayileşme ve 

bununla birlikte gelişen ulaşım ihtiyaçları, zemin ve kaya mekaniği alanında birçok 

çalışmanın gereğini arttırmıştır. Ulaşımın ana unsurları olan şevlerin ve tünellerin 

tasarımları ile madenciliğin gereği olan yer altı kazılıları ile açık işletme alanlarında 

kaya malzemesinin özelliklerinin tek başına yeterli olmadığı ortaya çıkmıştır. Kaya 

malzemesinin tanımının yetersiz kaldığı koşullarda kaya kütlelerinin özelliklerinin de 

tasarımlarda tanımlanması gerektiği birçok çalışmada açıklanmıştır. Bu amaçla, kaya 

kütlesinin tanımlanmasında en önemli adımlardan olan süreksizlik düzlemlerinde 

pürüzlülük parametresi ve pürüzlülüğü etkileyen ayrışma konusuna bir yaklaşımda 

bulunmak amacıyla bu çalışma yapılmıştır. Bu çalışma, arazi etütlerinde özellikle 

granit ve kristalize kireçtaşlarında gözlenen pürüzlü yüzeylerin ayrışma ile artığının 

gözlenmesi sonucunda ortaya çıkmıştır. 

Bu amaçla, arazi çalışmaları sonucunda belirlenen iki farklı sahadan, granit 

ve kristalize kireçtaşı örnekleri alınmıştır. Bu kayalara ait ince kesit örnekleri 

hazırlanarak kayacın ayrışma özellikleri ve tanımlaması yapılmıştır. Ayrıca 

süreksizlik düzleminin kesme dayanımın belirlenmesi amacıyla doğrudan kesme 

(makaslama) deneyi yapılmış ve bu deney sonuçları pürüzlülük profilleri ile 

ilişkilendirilmiştir. 

Bu kapsamda yapılan çalışmalar giriş hariç dört bölümden oluşmaktadır. 

Çalışma alanı ve çalışma konusuyla ilgili literatür özeti Önceki Çalışmalar 

bölümünde, çalışma boyunca kullanılan deneysel araç gereçler ile yardımcı araçlar 

ve arazi çalışmaları ile laboratuvar deneyleriyle ilgili yöntemler Materyal ve Metod 

1


başlığı altında verilmiştir. Çalışma alanlarının jeolojisi, tektoniği, çalışma alanından 

seçilen kayalara ait fiziksel ve mekanik deney sonuçları ve bunlar arasındaki ilişkiler 

Bulgular ve Tartışma kısmında, elde edilen sonuçların kısa özetleri ve öneriler ise 

Sonuçlar ve Öneriler başlığı altında verilmiştir. 

Bu çalışma Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsüne bağlı olarak 

Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalında Yüksek Lisans Tezi olarak hazırlanmıştır. 

Bu tez, MMF 2008 YL22 nolu proje kapsamında desteklenmiştir. 

1.2. Örnek Alanlarının Coğrafi Konumu 

Bu çalışmada örnekleme iki farklı sahada gerçekleştirilmiştir. Bu sahaların 

ilki Granitoyid bileşimli kayaçlardan oluşan Dereli - Şebinkarahisar (Giresun) 

arasındaki kesimdir (Şekil 1.1). Bu kesim Giresun ilinin güneyinde Dereli – 

Şebinkarahisar karayolu üzerinde Giresun’a yaklaşık 40 km uzaklıkta bulunmaktadır. 

Ulaşım, Giresun – Trabzon sahil yolundan, Dereli ilçesi yol ayrımına sapılarak 

yapılmaktadır. Yol tamamen asfalt kaplıdır. İkinci alan ise kristalize kireçtaşlarının 

bulunduğu Yumurtalık (Doğu Akdeniz) bölgesidir. Bu bölge, Adana – Osmaniye ve 

Antakya illeri sınırları arasında kalan Yumurtalık ilçesinin kuzey kesimidir. Çalışma 

alanı Adana ilinin doğusunda bulunmaktadır. Çalışma alanına, Adana’dan TEM 

otoyolu ve E90 karayolu ile ulaşılmaktadır ve Adana iline yaklaşık 40 km, Antakya 

iline yaklaşık 100 km ve Osmaniye iline yaklaşık 10 km uzaklıktadır (Şekil 1.2). 

Her iki çalışma alanı da deniz kıyısından başlayarak iç kesimlere doğru 

uzanan ve yükselen bir yüzey şekline sahiptir. İlk alanda tipik Karadeniz iklimi 

gözlenirken ikinci alan da ise Akdeniz bölgesi iklimi gözlenmektedir. Kayalardaki 

ayrışmayı hızlandıran en önemli unsurlardan biri olan atmosferik koşullar özellikle 

Karadeniz bölgesinde oldukça etkilidir. 

Karadeniz bölgesinin orta kesimlerinde yer alan Giresun ili ve güney kesimi 

sahile doğru yağışlı Karadeniz iklimine, güneye doğru gidildikçe ise sert karasal 

iklim özelliklerine sahiptir. Bölgede, Karadeniz ikliminin egemen olduğu, yağışları 

bol, bitki örtüsü zengin dağlar bulunmaktadır. Çalışma alanı Karadeniz kıyısı ile İç 

2


Anadolu sınırlında kalan bölgede olduğundan dolayı kış mevsimi boyunca kar yağışı 

da yoğun olarak görülmektedir. Uzun yıllar içersinde gerçekleşen (1975-2006) 

ortalama en yüksek sıcaklık 6.8 – 23.2 o C arasında, ortalama en düşük sıcaklık 4.3 – 

26.6 o C arasında, ortalama yağışlı gün sayısı en yüksek mart ayında olup 16 gün, en 

düşük ağustos ayında olup 1.1 gündür. Bölgedeki en çok yağış 04.07.1981 tarihinde 

128.3 kg/m 2 , en hızlı rüzgar 25.01.2000 tarihinde 108.7 km/saat olarak 

kaydedilmiştir (www.meteor.gov.tr). 

Şekil 1.1. Granitoyid örneklerinin alındığı alanına ait yer bulduru haritası. 

3


Yumurtalık kesiminde yaz ayları sıcak ve kurak, kışları ılık ve yağışlı tipik 

Akdeniz iklimi özelliği göstermektedir. Uzun yıllar içersinde gerçekleşen (1975- 

2006) ortalama en yüksek sıcaklık 12.3 – 31.8 o C arasında, ortalama en düşük 

sıcaklık 4.7 – 24.4 o C arasında, ortalama yağışlı gün sayısı en yüksek ocak ayında 

olup 15 gün, en düşük ağustos ayında olup 1.7 gündür. Bölgedeki en çok yağış 

09.05.2001 tarihinde 432.1 kg/m 2 , en hızlı rüzgar 15.12.1978 tarihinde 102.2 km/saat 

olarak kaydedilmiştir (www.meteor.gov.tr). 

Şekil 1.2. Kristalize kireçtaşı örneklerinin alındığı alanına ait yer bulduru haritası. 

4


1.3. Kaya Kütlesinin ve Süreksizliklerin Genel Özellikleri 

Kayalar, malzeme ve kütle anlamında iki ayrı sınıfta değerlendirilmektedir. 

Kaya içersindeki mevcut süreksizlik düzlemleri nedeniyle diğer malzemelere göre 

ayrı bir bakış açısıyla değerlendirilmelidir. 

Kayaların farklı yükler altında göstermiş olduğu davranışlar, kaya malzemesi 

ile kaya kütlesinin doğru değerlendirilmesi ile yorumlanabilmektedir. Kaya 

malzemesini, kaya kütlesinin süreksizlikleri arasında kalan kısım olarak 

tanımlayabiliriz. Kaya kütlesi ise, süreksizlik düzlemlerinin oluşturduğu blok 

şeklindeki kaya malzemesi ile bunların içerisinden geçen ve malzemeyi, eklemler, 

tabaka düzlemleri, faylar, çatlaklar ve kırık gibi düzlemsel yapılarla ayıran 

unsurlardan oluşmaktadır. Kayanın yapısı, dışarıdan gelen etkiler ve kaya kütlesi 

içersinde oluşan kazılar ile değişmektedir. Bu değişimler özellikle yer altı ve yer üstü 

kazı çalışmalarında tasarımın oluşturulması için ortaya net olarak konmalıdır. 

Özellikle şev ve tünel gibi tasarımlarda kütle içersinde oluşması muhtemel 

hareketlerin belirlenmesi ve hareketi oluşturan unsurların mekaniksel çözümlerinin 

yapılması gerekmektedir. Kaya kütlesi bu anlamda doğru şekilde tanımlanmalı ve 

muhtemel sonuçlar ve dayanım parametreleri ortaya konmalıdır. Süreksizliklerin 

belli özelliklerinin ortaya konması amacıyla tünelcilik çalışmalarında Barton vd 

(1974) Q kaya kütlesi tanımlama sistemini, Bieniawski (1989) ise RMR sistemini 

geliştirmişlerdir. 

Arazide farklı kaya türlerinden oluşan kaya kütleleri içersinde kütleyi bölen 

birçok süreksizlik düzlemi bulunabilmektedir. Bu düzlemler, kayayı farklı boylarda 

bloklara ayırmaktadır. Bu süreksizlik düzlemleri, tansiyon gerilme etkisi, bükülme 

etkisi, kuruma ve soğuma etkisi, kesme gerilmesi etkisi, sedimantasyon ile oluşan 

yük etkisi ve deprem etkisi ile oluşmaktadır (Ketin ve Canıtez, 1979). Bu etkiler 

sonucu oluşan süreksizlik düzlemlerindeki en büyük problem ise stabilitedir. Şev 

tasarımlarında, yer altı kazılarında, açık ocak işletmeciliğinde stabilite 

problemlerinin giderilmesi amacıyla ilk olarak ortamdaki kaya kütlesinin doğru 

tanımlanması gerekmektedir. Özellikle süreksizlik düzlemlerine bağlı olarak gelişen 

5


düzlemsel, kama tipi ve devrilme tipi yenilmeler kaya şevlerinde karşılaşılan en 

önemli stabilite problemleridir (Şekil 1.3). 

Şekil 1.3. Kaya kütlelerinde gözlenen yenilme türleri (Hoek, E., ve Bray, J., 1977). 

1.4. Süreksizlik Düzlemlerinin Pürüzlülüğü 

Süreksizlik düzlemlerinde stabilite açısından pürüzlü bir yüzeyin en önemli 

bileşeni sürtünme açısıdır. Pürüzlü bir düzlemin sürtünme açısı iki bileşen içerir. 

Bunlar kaya malzemesinin sürtünme açısı (φ) ve yüzeyin düzensizliklerinin ortaya 

çıkardığı kenetlenmedir (i) (Wyllie and Mah, 2004). Tasarım çalışmalarında 

pürüzlülük toplam sürtünme açısının önemli bir bileşeni olduğundan pürüzlülüğün 

tanımlanması gerekmektedir. Bu konuda Barton (1973) tarafından önerilen Eklem 

Pürüzlülük Katsayısı (JRC) değeri pürüzlülük tanımında en yaygın olarak kullanılan 

yaklaşımdır. JRC değeri için pürüzlü ve dalgalı yüzeylerde 20 değeri kullanılırken 

dalgalanma ve pürüzlülüğün azaldığı düz bir yüzey için sıfır değeri kullanılmaktadır. 

JRC değeri ile yüzey pürüzlülüğü (i) arasındaki doğrusal ilişki ise, 

JCS 

i = JRC log( ) ı 

(1.1) 

σ 

şeklinde ifade edilmektedir. 

Bu bağıntıda, JCS (Eklem Basınç Dayanımı) süreksizlik yüzeylerine komşu 

kayanın basınç dayanımı ve σ ı süreksizlik yüzeyindeki efektif normal gerilmedir. 

Patton (1966)’ya göre bir düzlem üzerindeki düzensizlikler birinci derece ve ikinci 

derece şeklinde iki sınıfa ayrılır. Birinci derece düzensizlikleri Patton (1966), 

tabakalanma yüzeyindeki ana dalgalanmalara karşılık gelenler olarak tanımlamıştır. 

6


İkinci derece düzensizlikleri ise, süreksizlik düzlemindeki küçük tümsek ve ripıllar 

olarak tanımlamıştır. İkinci derece düzensizliklerin i açısı her zaman için birinci 

derece düzensizliklerin açısından daha büyüktür (Şekil 1.4). Özellikle birinci ve 

ikinci derece süreksizlikler kristalize kireçtaşlarında net olarak gözlenmektedir (Şekil 

1.5). 

Şekil 1.4. Pürüzlü yüzeylerde birinci ve ikinci derece düzensizliklerdeki i açısına ait 

yaklaşık değerler (Wyllie and Mah, 2004). 

Kaya şevlerde süreksizlik düzlemlerinin kesme dayanımı, yüzey pürüzlülüğü 

dışında, kayanın yüzey dayanımına, uygulanan normal gerilmeye ve kesme yer 

değiştirmesine bağlıdır. 

7


Şekil 1.5. Kristalize kireçtaşlarında birinci ve ikinci derece düzensizliklere ait arazi 

görüntüsü. 

1.5. Süreksizlik Düzlemlerinde Pürüzlülüğün Ölçülmesi 

Süreksizlikleri oluşturan düzlemlerin yüzey şekilleri doğal ortamın etkisiyle 

rastgele dağılım gösteren pürüzlü şeklilerden oluşur. Birçok araştırmacı bu 

düzlemleri oluşturan etkiler ve düzlemlerin pürüzlü yapısı ve kesme (makaslama) 

dayanımı ile ilgili çalışmalar yürütmüşlerdir (Patton, 1966; Barton, 1976; Barton ve 

Choubey, 1977; Maerz vd, 1990; Cunha, 1990). Bu araştırmacılar zaman içersinde 

yüzey pürüzlülüğü ve kesme dayanımı arasındaki ilişkilerini belirleyerek yüzey 

pürüzlülüğünün önemli bir kesme bileşeni olmakla birlikte, diğer kesme bileşenleri 

üzerinde de etkisinin olduğunu belirtmişlerdir. Pürüzlülüğün kesme dayanımı 

üzerindeki etkisi kaya kütlesinin çok karmaşık bir yapıya sahip olması nedeniyle 

günümüze kadar tam olarak açıklanamamıştır (Ünal, 2000). 

Süreksizlik düzlemlerinin pürüzlülüğü, tarak (tel profilmetre), komparatör, 

fotoğraf tekniği, şerit metre yöntemi, lazer tekniği ve yüzey pürüzlülük tarayıcısı gibi 

8


çeşitli yöntem ve aletlerle ölçülebilmektedir. Bazı yöntemler uygulanmasındaki 

zorluk ve karmaşıklık nedeniyle pek kullanılmamaktadır. Pürüzlülüğün ölçümünde 

kullanılan en basit yöntemler Barton tip tel profilmetre ve komparatör ile yapılan 

ölçümlerdir (Şekil 1.6). Bu çalışmada da Barton tip tel profilmetre kullanılmıştır. 

Süreksizlik düzlemli üzerinde pürüzlülük ölçümlerinin tek bir hat doğrultusunda 

yapılmaktansa birden fazla kesit hattı üzerinden yapılarak yüzey modelinin 

çıkarılması gerekmektedir. Bu nedenle pürüzlü düzlem üzerinde belirli aralıklarla 

birkaç kesit düzlemi belirlenmeli ve x –y yönünde ölçümler alınmalıdır. Böylece 

bilgisayar programları aracılığıyla yüzey modellemesinin yapılması mümkün 

olmaktadır. Eğer pürüzlü yüzeylerin örtüşme dereceleri ölçülmek isteniyorsa 

süreksizlik düzlemlerinin alt ve üst parçalarından ölçüm alınmalıdır (Zhao, 1997). 

Süreksizlik düzlemlerinin örtüşme derecesi Zhao (1997) tarafından önerilen eklem 

örtüşme katsayısı (JMC) ile hesaplanmaktadır. Eklem örtüşme katsayısı, yüzeylerin 

temas alanlarının hesaplanmasıyla belirlenmektedir. 

Şekil 1.6. Barton tip tel profil metreye ait görüntü. 

9


1.6. Süreksizlik Düzlemlerinin Kesme Dayanımı 

Kaya kütlelerindeki stabiliteyi kontrol eden en önemli parametre kesme 

dayanımıdır. Süreksizlik düzlemlerinin kesme dayanımlarını kontrol eden en önemli 

faktör ise yüzey pürüzlülüğüdür. Yüzey pürüzlülüğü, yüksek frekanslı çıkıntı ve 

girinti şeklindeki düzensizlikler veya düşük frekanslı dalgalanmalar şeklinde 

olabilmektedir (Aktaş, 2000). ISRM, 1978’de dalgalılık ve pürüzlülük ilişkisi geniş 

bir şekilde ölçüm yöntemleriyle ilk olarak ortaya konmuştur (Şekil 1.7). 

Şekil 1.7. Süreksizlik düzlemlerindeki pürüzlülük ve dalgalılık ilişkisi. 

Süreksizlik düzlemlerinde gözlenen yüzey pürüzlüğü, kayanın kesme 

dayanımı üzerinde oldukça etkilidir. Süreksizliklerin kesme dayanımı arazide ve 

laboratuvarda ölçülebilmektedir. Ayrıca, kaya kütlesi kesme dayanımı benzer 

jeolojiye sahip birimler içersinde açılan şevlerin geriye dönük analizlerini kapsayan 

deneye dayalı yöntemlerle de belirlenebilir. Süreksizlik düzlemlerinde kesme 

dayanımını belirlerken kullanılan en genel deney doğrudan kesme (makaslama) 

dayanımı deneyidir (Şekil 1.8). Bunun dışında, süreksizlik düzlemlerindeki 

yenilmelerin belirlenmesinde kullanılan içsel sürtünme açısı ve JRC değerinin 

bulunması amacıyla Tilt testi de yapılabilmektedir (Şekil 1.9). Tilt testinde, örtüşme 

derecesi yüksek olan iki süreksizlik düzlemi üst üste getirilerek eğimli bir tabla 

üzerinde eğim derecesi arttırılarak deney yapılmaktadır. Böylece kayma sırasında 

tablanın eğiminden kayma açısı kolaylıkla okunabilir. Tilt testi sonucunda 

süreksizlik yüzeyinin pürüzlülük katsayısı (JRC), 

10


alınabilir. 

αφ 

JRC = 

⎛ 

log ⎜ 

⎝ σ 

b 

JCS 

n 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

ile bulunur. Burada, 

α= Kayma açısı 

11 

(1.2) 

σn= Kayma yüzeyindeki normal gerilim (örneğin 0.1MPa gibi düşük değerler 

φb= Temel sürtünme açısı (düz ve pürüzsüz yüzey için) 

JCS= Eklem basınç dayanımı dayanımı (Schmidt çekici ile bulunabilir) 

Şekil 1.8. Taşınabilir doğrudan makaslama deney aleti.


Şekil 1.9. Tilt testi için kullanılan cihaza ait çizim görüntüsü. 

Doğrudan kesme dayanımı deneyi farklı düşey gerilmeler altında en az 3 

örnek üzerinde yapılmaktadır. Düşey gerilmelerin artması ile kesilme dayanımı da 

artmaktadır. 

Kaya şevlerinin tasarımında kayma yüzeyinin kesme dayanımı Coulomb 

(1773) malzemesi gibi kabul edilerek, kayma yüzeyinin kesme dayanımı, kohezyon 

(c) ve sürtünme açısı (φ) ile ifade edilir (Wyllie and Mah, 2004). Bu dayanıma ait 

parametreler sabit bir yük altında kesme gerilmesi – kesme yerdeğiştirmesi 

ilişkisinden bulunmaktadır (Şekil 1.10). Yer değiştirmenin küçük olduğu durumlarda 

malzeme elastik olarak davranırken, artan kesme gerilmesi ile yer değiştirme değeri 

doğrusal olarak artar. Malzeme artan gerilimeye bir süre direnç gösterir ve en büyük 

kesme gerilmesi değerine ulaşıldığı anda malzeme yenilir. Bu esnada elde edilen 

değer pik (doruk) değer olarak tanımlanır. Pik kesme dayanımı değeri elde edildikten 

sonra yer değiştirmeyi sağlamak için gereken gerilme azalır ve sonuçta malzeme 

sabit bir değere yani rezidüel (artık) kesme dayanımı değerine ulaşır. Farklı normal 

gerilme (σ) değerlerinde yapılan deney sonucunda elde edilen farklı pik kesme 

dayanımı verileri Mohr (1900) grafiğine aktarılarak kohezyon ve sürtünme açısı 

değerleri elde edilir (Şekil 1.11). 

12


Şekil 1.10. Süreksizlik düzlemlerinde farklı normal gerilmeler altında ε – τ ilişkisi 

(ISRM, 1981). 

Şekil 1.11. Bir süreksizlik düzleminin kesme dayanımının tanımı (Wyllie and Mah, 

2004). 

13


Pik veya rezidüel kesme dayanımı aşağıdaki şekilde ifade edilir. 

τ = c + σ tanφ 

(1.3) 

Bu eşitlikteki en önemli parametre sürtünme açısıdır. Uygulanan her bir 

normal gerilme değeri için pik (φp) ve rezidüel (φr) olmak üzere iki ayrı sürtünme 

açısı değeri elde edilir. Elde edilen rezidüel sürtünme açısı pik sürtünme açısından 

daha küçüktür Pürüzlü bir düzlemde kesme işlemi sonrasında yüzeyi oluşturan 

düzensizlikler aşınmaktadır ve yer değiştirme sonucu düzlemi bir arada tutan 

çimentolayıcı malzemenin aşınması sonucu kohezyon ortadan kalkmaktadır. Böylece 

ortaya, pürüzlülüğü az düze yakın bir yüzey ortaya çıkacaktır. Düzlemsel ve dolgu 

içermeyen bir yüzeyin kohezyonu sıfıra eşit olduğundan bu yüzeye ait kesme 

dayanımı sadece sürtünme açısı ile ifade edilir. 

Yukarıdaki eşitlik, süreksizlik düzleminin kesme gerilmesi yönünde (τ) 

geliştiği durumlar için geçerlidir. Süreksizlik düzleminin kesme gerilmesi ile i açısı 

yaptığı durumlarda kesme gerilmesi ile normal gerilme arasında aşağıda ilişki elde 

edilir (Şekil 1.12). 

= c + σ tan( φ + i) 

τ (1.4) 

Patton (1966) duraysız kireçtaşı şevleri üzerinde yapmış olduğu deneyler ile 

ortalama i açısını ölçerek bu ilişkiyi deneylerle doğrulamıştır. Patton (1966) 

çalışmasının sonucunda tabakalanma düzlemi izi ne kadar pürüzlü ise şev açısının da 

o kadar yüksek olacağını ortaya koymuştur (Şekil 1.13). Ayrıca, tabakalanma 

düzleminin eğiminin yaklaşık kayaların laboratuvarda düzlemsel yüzeyler üzerinde 

bulunan sürtünme açısı (φ) ile ortalama pürüzlülük açısının (i) toplamına eşit 

olduğunu belirlemiştir. 

14


Şekil 1.12. Eğimli bir yüzeyde kesme gerilmesi (Wyllie and Mah, 2004). 

Şekil 1.13. Pürüzlü tabakalanma yüzeylerine sahip kireçtaşlarının çalışma sahasında 

yüksek şev açısındaki görünüşleri. 

Başlangıçta örselenmemiş ve örtüşme katsayısı yüksek (kenetlenmiş) olan 

pürüzlü bir yüzeyin pik sürtünme açısı φ + i’dir. Artan normal gerilme ve yer 

değiştirme ile birlikte pürüzlülük giderek azalır ve sürtünme açısı düşer ve rezidüel 

sürtünme açısına (φr) ulaşılır. Bu hacimsel genişleme – makaslama ilişkisi Mohr 

15


diyagramında başlangıçtaki eğimi φ + i olan ve yüksek normal gerilmelerde φr’ye 

düşen eğrisel bir dayanım zarfı ile temsil edilir (Wyllie and Mah, 2004) (Şekil 1.14). 

Şekil 1.14. Pürüzlülük ve normal gerilmenin sürtünme açısı üzerindeki etkisi (TRB, 

1996). 

Tasarımda pürüzlülük bileşeninin gerçekçi değerlerinin kullanılabilmesi için 

φ + i değerinin yaklaşık 50 dereceyi aşmaması gerekir (Wyllie and Mah, 2004). Bir 

düzlemin kohezyonunu kesme kutusu deneyi ile belirlemek ise genellikle çok zordur 

(Wyllie and Mah, 2004). Çünkü kohezyonun çok düşük olduğu durumlarda 

örselenmemiş örnek elde etmek kolay değildir. 

1.7. Süreksizlik Düzlemlerindeki Ayrışmanın Kesilme Dayanımına Etkisi 

Gerilim koşulları altında kayada çatlakların açılması, yeni süreksizliklerin 

oluşması ve bunlara bağlı olarak tane dokanakları ve taneler boyunca oluşan 

çatlamalarla kaya irili ufaklı bloklara ayrılır (Şekil 1.15). Oluşan süreksizlik 

düzlemleri bir kaya kütlesindeki en zayıf noktalar olup, bu yüzeyler üzerinde suyun 

16


ve donma çözünmenin yarattığı etki kaya malzemesinde ve kütlesinde ayrışmaya 

neden olmaktadır. Fookes (1970) kayaların mekanik özelliklerini belirleyen en 

önemli etkenin, kayaların atmosferin doğrudan etkisi altındaki geçirmiş olduğu 

değişim olduğunu belirtmiştir. Kayaların fiziksel ve mekanik özellikleri üzerindeki 

en önemli değişken ayrışma derecesidir. Özellikle süreksizlik düzlemleri üzerinde 

hareket eden su, bu yüzeylerdeki mineraller üzerinde farklı etkilere neden 

olmaktadır. Ayrıca, süreksizliklerin örtüşme derecesini de düşürerek süreksizliklerin 

geometrik, mekanik ve hidrolik özelliklerini de etkilemektedir (Re vd, 1997). 

Şekil 1.15. Granitoyidlerdeki çalışma alanında süreksizlik düzlemlerinin yarattığı 

bloklu yapı. 

Ayrışmaya uğramış eklemler üzerinde Barton ve Choubey (1977) tarafından 

yapılan çalışma ile doruk (pik) kesilme dayanımı ölçütü ilk olarak bulunmuştur. Bu 

konuda yapılan birçok çalışmada, benzer pürüzlülük ölçülerine sahip eklem 

yüzeylerinde ayrışmaya uğramış eklem yüzeylerinin kesilme dayanımı değerlerinin, 

17


sağlam olanlardan daha düşük çıktığı belirlenmiştir. Bunun nedeni olarak ayrışma 

sonucunda eklemlerin tek eksenli basma dayanımı değerlerinin düşmesi olduğu 

belirtilmiştir (Ünal, 2000). Fakat ayrışmış örneklerin tek eksenli basma dayanımı 

değerlerinin eklemleri tam olarak yansıtmadığı bilinmektedir ve günümüzde bu konu 

ile ilgili çalışmalar hala yürütülmektedir (Hastings, 1993). Bu tez kapsamıdan 

yapılan çalışmalarda bunlardan biridir. 

Özellikle, granit gibi bazı kayalarda ayrışma ile birlikte farklı yapıdaki 

minerallerin ayrışma koşullarındaki farklı davranışları pürüzlülük ile kesilme 

dayanımının ve ayrışma ile pürüzlülük arasındaki ilişkilerin denetlenmesi gerektiğini 

ortaya çıkarmaktadır. Yapılan arazi çalışmalarından elde edilen gözlemsel sonuçlar, 

granit gibi kayaçların ayrışma ile dayanımının azaldığını fakat süreksizlik 

düzlemlerinde pürüzlülüğün arttığını göstermiştir (Şekil 1.16-1.17). Bu gözlemsel 

değerlendirme bazı kristalize kireçtaşlarında da gözlenmektedir. Özellikle saha 

çalışmalarında gözlenen ayrışma pürüzlülük etkileşimi bu çalışmanın yola çıkış 

amacını oluşturmaktadır. Ayrışma kontrolünde olan pürüzlü yüzeylerdeki kesilme 

dayanımı ile pürüzlülük ilişkisi her iki kayaç içinde ortaya konmaya çalışılarak bu 

ilişkinin farklı kayaçlar için de denetlenmesi gerektiğini ortaya koyması açısından bu 

çalışma önem arz etmektedir. 

Şekil 1.16. Taze yüzeyli granit eklemlerinde gözlenen pürüzlülük profili. 

18


Şekil 1.17. Ayrışmış granit eklemlerinde gözlenen pürüzlülük profili. 

19

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Burcu ÖZVAN 

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 

Literatürde süreksizlik düzlemlerinin tanımlanmaları ve dayanım 

özellikleriyle ilgili birçok yayın bulunmaktadır. Bu bölümde tez konusuna yakın olan 

ve temel konuları içeren yayınlar özetlenmiştir. 

Patton (1966), pürüzlülük görüntülerini sayısal olarak tanımlayabilmek 

amacıyla görüntüleri formüle edebilen geometrik şekiller kullanmıştır. Patton, 

modelinde eklem yüzeylerini birbiri ile ötüşen testere dişlisi olarak tanımlamıştır. 

Böylece, süreksizlik davranışlarının kestirilmesine yönelik adımlar atmıştır (Şekil 

2.1). Patton kesme düzlemi ile süreksizlik düzlemi arasındaki açıyı i ile göstermiştir 

ve örneğe etki eden kesme (makaslama) ve normal gerilmeyi i açısına bağlı olarak 

aşağıdaki eşitliğe göre ifade etmiştir. Burada süreksizlik düzleminin sürtünme açısı 

φb ve pürüzlülük açısı ise i olarak tanımlanmıştır. 

τ = σ ( φ + i) 

(2.1) 

n 

b 

Şekil 2.1. Patton’a ait testere dişli pürüzlülük modeli. 

Barton (1973), süreksizlik yüzeyinin pürüzlülüğünü sayısal olarak ilk kez 

tanımlamış ve deneye dayalı olarak ifade etmiştir. Yapmış olduğu deneyler 

sonucunda pürüzlü yüzeyleri 0 ile 20 arasında değişen değerlerle tanımlamıştır. 

Barton (1976), Barton’un bir önceki çalışması deneysel çalışmalarla 

desteklenerek ve deneyler arasındaki sonuçlar birleştirilerek tekrar yorumlanmıştır. 

Barton 1976 yılında yapmış olduğu çalışmada düşük normal gerilmelerde 

20


kabarmaların olacağını ve normal gerilme değerinin tek eksenli basma dayanımı 

değerine eşit olduğu durumlarda ise kabarmaların tamamen önleneceğini belirtmiştir. 

Böylece, aşağıda verilen ilk pik kesme dayanımı modelini elde etmiştir. Bu 

çalışmalar yapraklanmanın (foliasyonsuz) olmadığı kaya kütlelerindeki eklemler 

üzerinde belirlenmiştir. 

τ 

σ 

n 

⎡ ⎛σ 

⎞ ⎤ 

c 

tan ⎢( 

20) 

log ⎜ 

⎟ + φ ⎥ (2.2) 

⎣ ⎝σ 

n ⎠ ⎦ 

= b 

Barton ve Choubey (1977), pürüzlülük görüntülerini ölçek bazında sayısal bir 

şekilde ifade etmişlerdir (Şekil 2.2). Eklem görüntülerini pürüzlülük açısından 

tanımlamak amacıyla pürüzlülük derecesini belirtmede kullanılan Eklem Pürüzlülük 

Katsayısı (JRC) değerlerini önermişlerdir. Böylece eklem pürüzlülüğünün sayısal 

olarak tanımlanmasına olanak sağlanmış ve kesme dayanımı değerlerinin 

belirlenmesinde önemli sonuçlar ortaya konmuştur. Süreksizlik düzlemleri 

üzerindeki pürüzlülüğün kesme dayanımı üzerindeki etkisini ölçmek amacıyla da bir 

çok çalışma yapılmıştır. Böylece 1976’de Barton tarafından yapılan çalışmanın 

sonuçları aşağıdaki eşitliğe indirgenmiştir. 

τ 

= tan( φb 

) 

(2.3) 

σ 

n 

Barton’un 1976’da önermiş olduğu ilk eşitlikteki çekme sonucu oluşan 

pürüzlü eklemlerin üst sınırı olan 20 sabiti eklem pürüzlülük katsayısı ile yer 

değiştirmiş ve eşitlik aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir. Böylece JRC değerinin 

eklem kesme dayanımı ile basma dayanımı arasındaki ilişki olduğu ortaya 

konulmuştur. 

τ 

σ 

n 

⎡ 

⎢ 

⎣ 

⎛ σ 

c 

( JRC) log ⎜ 

⎟ + φ ⎥ 

⎝ σ n ⎠ ⎦ 

= b 

⎞ 

21 

⎤ 

tan (2.4)


Şekil 2.2. Pürüzlülük görüntüleri ve Eklem Pürüzlülük Katsayısı (JRC). 

Ayrışma sonucu bozunmuş olan eklemlerin, bu çalışmaların sonuçlarını 

etkilediği düşüncesiyle Barton ayrıca eklem basma dayanımı (JCS) terimini 

geliştirerek bu değeri de bulmuş olduğu bağıntıya dahil etmiştir. Bu değeri, pik 

kesme dayanımı eşitliğindeki tek eksenli basma dayanımı değerine karşılık olarak 

önermiştir. Bozuşmamış eklemler için tek eksenli basma dayanımı değeri JCS 

değerine eşit olarak kabul edilmektedir. 

τ 

σ 

n 

⎡ ⎛ JCS ⎞ ⎤ 

tan ⎢( 

JRC) log 

⎜ 

⎟ + φ ⎥ (2.5) 

⎣ ⎝ σ n ⎠ ⎦ 

= b 

Bu eşitlikte, [ ( JRC) ( JCS / σ ) ] 

log değeri pürüzlülük açısı i’ye eşdeğerdir. 

Yüksek gerilme düzeylerinde kaya dayanımına göre ( / ) = 1 

ve düzensizliklerde kesilme olduğu zaman [ ( JRC) ( JCS / σ ) ] 

n 

22 

JCS σ olabilmektedir 

n 

log terimi sıfıra eşit 

n


olmaktadır. Düşük gerilme düzeylerinde ise ( JCS σ ) 

23 

/ oranı sonsuza yaklaşma 

eğiliminde olduğundan kesme dayanımının pürüzlülük bileşeni çok yüksek olur. 

Barton JCS değerinin belirlenmesi aşamasında kolay bir yöntem olan 

Schmidt çekici değerini kullanmayı önermiştir. JCS değeri, kayanın birim hacim 

ağırlığı ve Schmidt çekici sıçrama değeri (Re) kullanılarak aşağıdaki bağıntı ile 

bulunabilmektedir. 

log( ) 0. 

00088 ( ) + 1. 

01 R 

JCS γ (2.6) 

= e 

ISRM (1978), pürüzlülük ölçümlerini laboratuvar (küçük ölçekli) ve arazi 

ölçümleri (orta ölçekli) olarak santimetrelik ölçümlerden birkaç metreye karşılık 

gelen ölçümler şeklinde tanımlamışlardır. Ayrıca, büyük ölçekli dalgalanmaların ise 

küçük ve orta ölçekli pürüzlülükleri içerdiğini ve bunlar üzerinde etkisi olduğunu 

belirtmişlerdir (Şekil 2.3). 

Şekil 2.3. ISRM 1978’e göre farklı ölçeklerde gözlenen pürüzlülükler. 

Hoek ve Bray (1981), Patton modelindeki gibi pürüzlü yüzeyin hep aynı 

kalmayacağını ve normal gerilmenin artması ile pürüzlerin kırılıp parçalanacağını 

belirtmişlerdir. Böylece, pürüzlülük açısının sıfırlandığını ve kesme yer 

değiştirmesinin Coulomb ölçütünde olduğu gibi kohezyona bağlı bir fonksiyon 

olduğunu ifade etmişlerdir. 

τ c + σ n(tanφb 

) 

= (2.6) 

n


ISRM (1981), pürüzlülüğü, basamaklı, dalgalı ve düzlemsel olarak üçe 

ayırmış ve pürüzlülük görüntüleri ile kesme dayanımı arasındaki ilişkiyi ifade ederek 

pürüzlülük kesme ilişkisini ortaya koymuşlardır (Şekil 2.4). 

Şekil 2.4 ISRM, 1981’e göre pürüzlülük görüntüleri ve kesme dayanımı arasındaki 

ilişki. 

Maerz vd (1990), 124 profil üzerinde yaptıkları bir çalışmada JRC değerlerini 

standart profillerle karşılaştırmış ve elde ettikleri sonuçlardaki ortalama hatanın %20 

24


olduğunu belirtmişlerdir. Böylece pürüzlü yüzeylerin görüntüsünün JRC ile 

karşılaştırılmasının sorgulanması gerektiğini vurgulamışlardır. 

Cunha (1990), süreksizlik yüzeyleri üzerinde gelişen kesme dayanımını 

değiştiren fonksiyonları açıklamıştır. Buna göre kesme dayanımının; normal 

gerilmelere, dolgu malzemesinin özelliklerine ve kalınlığına, süreksizlik yan 

duvarlarının pürüzlülüğüne ve dayanımına, kesme kuvvetinin yönü gibi özelliklere 

bağlı olduğunu açıklamıştır. 

Zhao (1997), süreksizlik düzlemlerindeki bozuşmalar nedeniyle her bir 

süreksizlik düzleminin farklı pürüzlülük değerine sahip olduğu belirterek eklem 

pürüzlülük katsayısı (JRC) modeline eklem örtüşme katsayısı (JMC) değerini 

eklemiştir. Bu çalışmada 0 ile 1 arasında değişen sayısal değerler ifade edilmiştir. 

Sıfır değeri eklem yüzeylerinde örtüşmenin olmadığı, 1 değeri ise eklem yüzeylerinin 

tam olarak örtüştüğünü göstermektedir. 

25

3. MATERYAL VE METOD Burcu ÖZVAN 

3. MATERYAL VE METOD 

Çalışmanın bu kısmında, deneysel ve gözlemsel analizlerde kullanılan 

malzemenin özellikleri ile çalışma sırasında yöntem olarak uygulanan aşamalar 

verilmiştir. 

3.1. Materyal 

Bu çalışmada, Türkiye’nin farklı bölgelerinde yapılan arazi çalışmaları 

sonucunda elde edilen gözlemlere dayalı olarak kaya örnekleri alınmıştır. 

Çalışmanın ana kaya malzemesini, ayrışma sonucunda farklı pürüzlü yüzeyler 

veren granit ve stilolit içeren kristalize kireçtaşları oluşturmaktadır. 

Arazi çalışmalarının temelinin oluşturulması amacıyla, çalışma alanlarını 

içeren, 1/25.000 ölçekli topografik haritalar kullanılmıştır. Bu haritalar üzerinde 

bölgenin jeoloji haritalarının oluşturulması amacıyla MTA tarafından yapılan 

haritalar ile farklı çalışmalardan elde edilen jeoloji haritaları kullanılmıştır. Arazi 

çalışmalarında; jeolog çekici, lup, fotoğraf makinesi, numune torbaları ve karotlu 

sondaj araç ve gereçleri kullanılmıştır. 

Laboratuvar çalışmaları için, ince kesit malzemeleri, açı ölçer, kumpas, tel 

profil metre, örnek hazırlama kalıpları, alçı ve kayada kesme (makaslama) 

dayanımının belirlendiği taşınabilir düzenek kullanılmıştır (Şekil 3.1). Büro 

çalışmalarında ise bilgisayar ve yazılım programları kullanılmıştır. 

26


Şekil 3.1. Deney öncesi örnek kalıplarının hazırlanması ve kullanılan alçı (a, b, c) 

ile taşınabilir kaya kesme (makaslama) düzeneği (d). 

3.2. Metod 

Bu çalışma genel olarak, literatür taraması, arazi çalışmaları, laboratuar 

analizleri ve büro çalışmaları olmak üzere dört aşamada tamamlanmıştır. 

3.2.1. Literatür Taraması 

Çalışmanın aşamaları için önceki çalışmalar incelenmiştir. Çalışmada 

kullanılacak malzemenin seçimi için jeolojik ve deneysel bilgiler elde edilmiş ve 

konu ile ilgili yapılan diğer çalışmalara ait ilgili literatür taraması, kütüphaneler ve 

internet ortamında araştırılmıştır. Ayrıca araştırma ile ilgili tezler, makaleler, 

raporlar ve kitaplardan faydalanılmıştır. 

27


3.2.2. Arazi Çalışmaları 

Arazi çalışmaları, farklı dönemlerde yapılmış olup, çalışmalara 2008 

yılında başlanmıştır ve yaklaşık bir yıl sürmüştür. Çalışmanın arazi kısmı uzun bir 

dönem içerisinde farklı bölgelerde yapılmış gözlemsel tecrübeler sonucunda 

belirlenmiştir. Bu aşamada, gerek üniversite ve gerekse serbest piyasada 

mühendis olarak çalışan kişiler ile sözlü görüşmeler yapılmış ve olayın özü 

anlatılarak uygun örneklerin seçilebileceği alanlar belirlenmiştir. Belirlenen 

alanlarda ilk olarak jeolojik çalışmalar ve gözlemler yapılmış ve bu alanlardan 

arazide karot ve blok örnekler alınmıştır (Şekil 3.2). Arazide örneklerin seçimi 

sırasında tel profil metre ile pürüzlülüklerine bakılmış ve deney için öngörülen 

örnekler seçilmiştir (Şekil 3.3). Süreksizlik düzlemlerinden alınan örneklerde 

özellikle pürüzlü yüzeyin ayrışmış olmasına ve ayrışma sonucunda varsa gelişen 

pürüzlülüğe bakılmıştır. Özellikle granitler ve kristalize kireçtaşları bu konuda ilgi 

çekici örnekler olarak belirlenmiştir. Her iki kayanın süreksizlik düzlemleri 

ayrışma ile farklı pürüzlülükler kazanmaktadır. Bu nedenle belirlenen kayalardan 

çalışma için ideal örnekler elde edilebilmektedir. 

Şekil 3.2. Çalışma alanlarından sondaj (a, c) ve blok örnek (b) alımına ait 

görüntüler. 

28


Şekil 3.3. Arazide tel profil metre ile süreksizlik düzlemlerinin pürüzlülüklerinin 

ölçülmesi. 

3.2.3. Laboratuvar Çalışmaları 

Ön arazi çalışmaları sırasında belirlenen sahalardan alınan örnekler 

üzerinde petrografik ve mekaniksel analizler yapmak amacıyla örnekler 

hazırlanmıştır. Alınan örnekler üzerinde yapılan deneyler, uygun standartlar 

kullanılarak yapılmış ve yorumlanmıştır. Laboratuvar çalışmaları, Çukurova 

Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü Kaya Mekaniği ile Çukurova 

Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü laboratuvarlarında yürütülmüştür. 

3.2.3.1. Petrografik Analizler 

Çalışma alanlarından seçilen örnekler üzerinde petrografik tanımlama 

amacıyla ince kesitler hazırlanmış ve bu örnekler polarizan mikroskopta 

incelenmiştir. İncelenen örneklerde, özellikle ayrışmanın mikroskobik olarak 

görünümü ve şekli belirlenmiştir. İncelenen kayaların, mineral bileşimi, dokusu, 

mineral boyutu, opak minerallerin varlığı, boşluk miktarı, ayrışmaya uğramış 

minerallerin varlığı ve mikro çatlak oranları belirlenmeye çalışılmıştır. 

3.2.3.2. Mekaniksel Analizler 

Çalışmanın en hassas ve ayrıntılı kısmı kaya kütlelerinin içerdiği doğal 

süreksizlik düzlemlerinin kesme dayanımı değerinin belirlenmesi amacıyla 

29


yapılmıştır. Deneysel kısımda ISRM (1981 ve 2007) ile CANMET (1997b) 

tarafından belirtilen yöntemlerden faydalanılmıştır. 

Mekaniksel deneylerin ilk aşamasında, süreksizlik düzlemlerinin yan 

kayacını oluşturan kesimlerden alınan karot örnekler üzerinde kayanın kuru birim 

hacim ağırlığı ve tek eksenli basma dayanımı değerleri ISRM (1981)’e göre 

belirlenmiştir. Kapasitesi 2000 kN olan, hidrolik baskı ile deneyler yapılmıştır. 

Yükleme hızı, örneklerin 5 ile 10 dakika arasında yenilecek şekilde ayarlanmıştır. 

Deneyde her kaya grubu için en az 5 örnek deneye tabi tutulmaya çalışılmıştır. 

Ayrıca, alt ve üst yüzeyi biri birine paralel olan karot örnekleri üzerinde 54 

kHz’lik vericisi ve alıcısı olan E48 marka PUNDIT (Portable Ultrasonic 

Nondestructive Digital Indicating Tester) kullanılarak örneklerin P (sıkışma) 

dalgasının yayılma hızı belirlenmiştir. Bu deneyin uygulanış yönteminde ASTM 

(2003) ve ISRM (1981) tarafından önerilen hususlar dikkate alınmıştır. 

Mekaniksel deneylerin ikinci aşamasında ise, süreksizlik düzlemlerinin 

açıları ve kesme dayanımı değerleri belirlenmiştir. Bu aşamada ilk olarak 

süreksizlik düzleminin yatayla yapmış olduğu açı değeri okunmuş ve kumpas ile 

deneye tabi tutulacak örneklerin çapları farklı yönlerden belirlenmiştir. Çapları 

belirlenen örneklerin tel profil metre ile pürüzlülükleri 8 ayrı kesit hattına göre 

ölçülerek kaydedilmiştir (Şekil 3.4). 

Doğrudan kesme (makaslama) deneyine geçilmeden önce örneklerin deney 

düzeneği içersine yerleştirilebilmesi için alçı veya çimento kalıplar içersine 

dökülmesi gerekmektedir. Bu amaçla dayanımı yüksek, hızlı donan ve kartonpiyer 

yapımında kullanılan alçı malzeme tercih edilmiştir (Şekil 3.5 a). Kaya malzeme 

alçı içerisine iki aşamalı olarak yerleştirilmiştir. Yerleştirme işleminden önce kaya 

malzeme süreksizlik düzleminin ayrılmaması amacıyla bant ile sarılmış ve ilk 

olarak alt yarı kalıp hazırlanarak bu kalıbın donması beklenmiştir. Kaya örneği alt 

kalıp içerinse yerleştirilirken en önemli husus süreksizlik düzleminin kesme 

yönüne paralel olması gerekmektedir (Şekil 3.5 b,c). Bu nedenle örnek alçı 

malzeme içersine yerleştirilirken kalıbın yan tarafındaki açıklıktan süreksizlik 

düzleminin konumu ayarlanmalıdır. Örnek kalıp içerine yerleştirilirken süreksizlik 

düzleminin 4-5 mm’lik bir kısmı açıkta kalacak şekilde örnekler alçı içersine 

gömülmüştür. Bağlayıcı alçı donmadan spatula ile yüzeyi çıkıntılar olmayacak 

30


şekilde düzeltilmiştir ve bağlayıcı donmaya yakın sabitleme vidaları alçı içersine 

girecek şekilde sıkılmıştır. 

Şekil 3.4. Profil metre ile yapılan ölçümler (a, c) ile bunların 8 ayrı hatta göre 

sonuçlarının kaydedilmesi (b, d). 

Deney için örneği hazırlama aşamasının son kısmında ise alçı malzeme 

kalıbın diğer yarısına dökülerek donan kısım bunun üzerine oturtulmuş ve kaya 

örneğinin diğer yarısı alt yarıda kalan alçıya gömülmüştür (Şekil 3.5d). Tekrar 

spatula ile kalıpların açıklık kısmından alçının yüzeyi düzeltilmiş ve alçı 

donmadan önce kalıba tokmak ile hafif bir şekilde vurularak alçının kaya 

malzeme etrafında iyice yerleşmesi sağlanmıştır. Alçı malzeme donduktan sonra 

kaya örneğini tutan bant kesilerek ve sabitleme vidaları çıkartılmış ve alçı kalıplar 

deneye hazır hale getirilmiştir. Kalıptan çıkartılan alçılar tam olarak kuruması 

amacıyla deneyden önce 1-2 gün açık havada bekletilerek dayanımı daha da 

arttırılmıştır. 

31


Şekil 3.5. Kaya örnekleri sabitlemek için kullanılan alçı (a) ve örneğin kalıba 

yerleştirilmesi aşamaları (b, c, d). 

Hazırlanan alçı kalıplar deney aşaması için ELE marka taşınabilir 

doğrudan kesme deney aletine yerleştirilerek deneye tabi tutulmuştur (Şekil 3.6). 

Deney her bir kayaç örneği için farklı gerilim koşullarında tekrarlanmıştır. Her bir 

örnek için sabit bir normal yük uygulandıktan sonra hidrolik el pompası 

kullanılarak her bir örneğe makaslama kuvveti uygulanmıştır (Şekil 3.7). Kesme 

yer değiştirme hızı, standartlarda belirtildiği şekliyle 10 dakikalık süre boyunca 

0.1mm/dakikadan az olmayacak şekilde uygulanmaya çalışılmıştır. Doruk kesme 

değerine ulaşıldıktan sonra yer değiştirme değerleri daha sık aralıklarla okunarak 

deney devam ettirilmiş ve kesme kuvveti değerleri arasında %5’den daha az 

değerler elde edildiğinde, artık kesme (Rezidüel) dayanımına ulaşıldığı kabul 

edilerek deney sona erdirilmiştir (Şekil 3.8). 

32


Şekil 3.6. Alçı içersindeki örneğin deney aletine yerleştirilmesi aşamaları. 

Şekil 3.7. Taşınabilir doğrudan kesme (makaslama) deney düzeneğine ait bir 

görüntü. 

33


Şekil 3.8. Deney sonrası kayada gözlenen yer değiştirme (a) ve örselenmeye ait 

bir görüntü (b). 

Her bir örnek giderek artan normal yükler altında üç kez test edilmiştir. 

Her bir deneyde bir çift kesme gerilmesi ve normal gerilme elde edilmiştir. 

Burada kullanılan en büyük normal gerilme, genellikle şevde gelişmesi mümkün 

olan en büyük gerilmedir. Deney sonunda kaydedilen veriler kullanılarak Kesme 

(Makaslama) gerilimi (τ) – Kesme (Makaslama) yerdeğiştirmesi (δ) grafiği 

çizilerek bu grafikten doruk ve artık makaslama dayanımı değerleri belirlenmiştir 

(Şekil 3.9). 

Şekil 3.9. Makaslama (Kesme) gerilimi (τ) – Makaslama(Kesme) yerdeğiştirmesi 

(δ) grafiği. 

34


Kesme dayanımı bulunduktan sonra normal gerilim, örnek üzerine 

uygulanan yükün (F) süreksizlik yüzeyinin alanına (A) bölünmesiyle 

F 

σ = 

(3.1) 

A 

şeklinde hesaplanmıştır. 

Temas alanı hesaplanırken kesme yer değiştirmesinin meydana geldiği 

durumdaki alan küçülmesi için gerekli tolerans sağlanır. Eğimli bir sondaj 

kuyusuna ait elmaslı sondaj karotu için süreksizlik düzlemi elips şeklinde olur. 

Böylesi bir durumda yüzey temas alanının hesaplanmasında Hencher ve Richards 

(1989) tarafından önerilen aşağıdaki bağıntı kullanılmıştır. 

1/ 

2 

2 2 

⎡δ ⎤ 

sb( 

4a 

−δ 

s ) 

−1⎛ 

δ s ⎞ 

A = π ab − ⎢ 

⎥ − 2absin 

⎜ ⎟ 

(3.2) 

⎢⎣ 

2a 

⎥⎦ 

⎝ 2a 

⎠ 

Burada A=Toplam temas alanı, a= elipsin uzun ekseni, b= elipsin kısa 

ekseni ve δs= kesme yer değiştirmesidir. 

Mekaniksel araştırmanın son kısmında ise her bir örneğe ait kesme 

gerilimi ve normal gerilim grafiği oluşturularak bunlara ait yenilme zarfları 

çizilmiştir. Çalışmanın son aşamasında mekaniksel olarak elde edilen veriler 

kayanın makroskobik ve mikroskobik analizlerinden yola çıkılarak ayrışma ile 

ilişkilendirilerek yorumlanmıştır. 

35

4. ARAŞTIRMA BULGULARI Burcu ÖZVAN 

4. BULGULAR VE TARTIŞMA 

Süreksizlik düzlemlerindeki ayrışmanın pürüzlülük ve kesme (makaslama) 

dayanımı üzerindeki etkisinin araştırıldığı bu çalışma, arazi, laboratuar ve büro 

çalışmaları olarak yürütülmüştür ve bu veriler ışığında elde edilen bulgular başlıklar 

halinde sunulmuştur. 

4.1. Jeoloji 

Çalışmada kullanılan granit ve kristalize kireçtaşı örnekleri iki farklı çalışma 

sahasından elde edilmiştir. Çalışmada kullanılan granit örnekleri Karadeniz 

bölgesinde Giresun ili güneyinde Dereli – Şebinkarahisar arasında kalan kesimden 

alınmıştır. Bu örnekler arazide gözlenen 3 farklı ayrışma ölçütüne sahip granitten 

alınmıştır. Çalışma alanında granitlerdeki ayrışma süreksizlik düzlemlerinde MnO 

boyamalar şeklinde gözlenebildiği gibi arenitleşmeye kadar devam edebilmektedir 

(Şekil 4.1-4.2). 

Şekil 4.1. Granitlerde MnO boyalı ayrışma yüzeyleri. 

36


Şekil 4.2. Granitlerde arenitleşme ve ayrışma ile oluşan pürüzlü yüzey görüntüsü. 

Yılmaz (1995) yapmış olduğu çalışmada Dereli – Şebinkarahisar arasında 

yüzeyleyen granitoyid plütonlarını üç faza ayırmıştır (Şekil 4.3). Maestrihtiyen yaşlı 

I. Plütonik fazın kuvars monzonit, granodiyorit, granitten oluştuğunu belirtmiştir. II. 

Plütonik fazın ise Paleosen yaşlı siyenit ve kuvars siyenit olduğunu, III. Plütonik 

fazın ise Eosen yaşlı diyorit ve gabro türü kayaçlardan oluştuğu belirtilmiştir 

(Yılmaz, 1995). 

İnceleme alanındaki yapısal unsurlar, Üst Jura öncesi dönemde meydana 

gelen Uzunalan bindirmesi ile Üst Kretase – Miyosen aralığında meydana gelen D-B 

37


doğrultulu bindirme fayları, KB-GD ve KD-GB gidişli doğrultu atımlı faylar ve 

plütonik kayaçlarda gözlenen makaslama eklem sistemleridir (Yılmaz, 1995). 

Şekil 4.3. Granitoyidlerin örnekleme alanı ve yakın civarındaki dağılımını gösterir 

harita (Yılmaz, 1995). 

Çalışmada kullanılan ikinci ana kaya olan kristalize kireçtaşları ise 

Yumurtalık bölgesinin kuzey kesiminde yüzlek veren Üst Kretase – Alt Eosen yaşlı 

birimler içerisinden alınmıştır (Şekil 4.4). Birim arazide bol eklemli ve grimsi renkli 

olarak gözlenmektedir. Eklem yüzeyleri ayrışmış ve eklem açıklıkları 1cm’den 

38


büyük olabilmektedir (Şekil 4.5). Yapılan arazi çalışmalarında birim içersindeki 

eklem yüzeylerinin bozuşmuş ve pürüzlü olduğu gözlenmiştir (Şekil 4.6). 

Şekil 4.4. Çalışma alanı ve yakın civarının genel jeolojisi (Özvan, 2009). 

Şekil 4.5. Kristalize kireçtaşlarının arazideki görünüşü. 

39


Şekil 4.6. Kristalize kireçtaşlarındaki pürüzlü yüzeylerin arazideki görünüşü. 

4.2. Çalışmada Kullanılan Kayaçların Petrografik Özellikleri 

Çalışma alanlarında gözlemsel değerlendirmeler sonucunda belirlenen 

kayaçlardan ince kesitler hazırlanarak bu kesitler polarizan mikroskopta incelenmiş 

ve kaya içersinde gözle görülemeyen mineraller ve yapısal unsurlar belirlenmiştir. 

Granit örneklerinin alındığı çalışma alanında kaya kütlelerinde bozunma 

ISRM (1981)’de belirtilen özelliklere göre sınıflandırılmıştır (Çizelge 4.1). Bu 

çalışma sahasında bozunmamış granit kütlelerinden artık zemin haline dönüşmüş 

granit kütlelerine kadar değişen aralıkta malzeme bulunmaktadır (Şekil 4.7 – 4.8). Bu 

değişimin ana nedeni kayayı oluşturan minerallerdeki ayrışma derecesi ve kayanın 

dokusal özellikleri ile kaya kütlesinin bozunmasını hızlandıran atmosferik 

ilişkilerdir. 

40


Çizelge 4.1. Kaya kütlelerinin bozunma derecesini gösteren sınıflama (ISRM, 1981) 

Tanım 

Bozunmamış 

(Taze) 

Az bozunmuş 

Orta derecede 

bozunmuş 

Tamamen 

bozunmuş 

Artık zemin 

Açıklama 

Kayanın bozunduğuna ilişkin gözle 

tanımlanabilir bir belirti olmamakla birlikte, ana 

süreksizlik yüzeylerinde önemsiz bir renk 

değişimi gözlenebilir. 

Kaya malzemesinde ve süreksizlik yüzeylerinde 

renk değişimi gözlenir. Bozunma nedeniyle tüm 

kayacın rengi değişmiş ve kaya taze halinden 

daha zayıf olabilir. 

Kayanın yarısından az bir kısmı toprak zemine 

dönüşerek ayrışmış ve/veya parçalanmıştır. Kaya; 

taze, ya da renk değişimine uğramış olup, sürekli 

bir kütle veya çekirdek taşı halindedir. 

Kayanın tümü toprak zemine dönüşerek ayrışmış 

ve/veya parçalanmıştır. Ancak orijinal kaya 

kütlesinin yapısı halen korunmaktadır. 

Kayanın tümü toprak zemine dönüşmüştür. Kaya 

kütlesinin yapısı ve dokusu kaybolmuştur. Hacim 

olarak büyük bir değişiklik olmakla birlikte, 

zemin taşınmamıştır. 

41 

Bozunmanın 

derecesi 

Wl 

W2 

W3 

W4 

W5


Şekil 4.7. Çalışma alanında gözlenen sağlam kaya kütlesine ait görüntü. 

Şekil 4.8. Çalışma alanında gözlenen tamamen bozuşmuş kaya kütlesine ait görüntü. 

4.2.1. Çalışmada Kullanılan Granitlerin Petrografik Özellikleri 

İlk örnekleme alanı olan Orta Karadeniz Bölgesi’nde yüzeyleyen granitoyid 

bileşimli kayalardan üç farklı derecede ayrışma gösteren granit bileşimli kaya örneği 

karotlu sondaj çalışması ile alınmıştır. Farklı derecede ayrışma özelliğine sahip 

42


malzemelerden bozunma derecesi W1 (bozunmamış) ile W3 (orta derecede 

bozunmuş) arasında olan örnekler deneysel çalışmada kullanılmıştır. 

W1 (bozunmamış) olarak tanımlanan kayaca ait örnekten yapılan ince kesit 

polarizan mikroskop altında incelendiğinde kayanın, kuvars, biyotit, plajiyoklas ve 

ortoklaz minerallerinden oluştuğu belirlenmiştir (Şekil 4.9). İnce kesitte 

hipidiyomorf (yarı öz şekilli) dokulu olarak gözlenen granit, kuvars minerali az 

çatlaklı ve renksiz, biyotit minerali çift nikolde kahvemsi renkli, plajiyoklas minerali 

ise genelde zonlu ve ortoklaz minerali tek yönlü dilinim ve bozunmamış şekilde 

gözlenmektedir (Şekil 4.10 - 4.11). 

Şekil 4.9. Bozunmamış granit örneğine ait görüntü. 

43


Şekil 4.10. Bozunmamış granodiyorit örneğine ait ince kesitte çift nikol görüntüsü 

(Plj: Plajiyoklas, By: Biyotit, Q: Kuvars). 

Şekil 4.11. Bozunmamış granodiyorit örneğine ait ince kesitte tek nikol görüntüsü. 

44


W2 (az bozunmuş) olarak tanımlanan kayaca ait örnekten yapılan ince kesit 

polarizan mikroskop altında incelendiğinde kayanın, kuvars, biyotit, plajiyoklas ve 

ortoklaz minerallerinden oluştuğu belirlenmiştir. İnce kesitte hipidiyomorf (yarı öz 

şekilli) dokulu olarak gözlenen granitte, kuvars minerali çatlaklı ve kısmen 

arenitleşmiş olarak gözlenmektedir (Şekil 4.12 – 4.13). Biyotit minerali çift nikolde 

kahvemsi renkli olup az miktarda kloritleşme gözlenmektedir. Plajiyoklas minerali 

ise genelde zonlu ve ortoklaz minerali tek yönlü dilinim ve killeşme ile serisitleşme 

gözlenmektedir (Şekil 4.14 – 4.15). 

Şekil 4.12. Az bozunmuş granit örneğine ait ince kesitte çift nikol görüntüsü ve 

çatlaklı kuvars kristalleri (Plj: Plajiyoklas, By: Biyotit, Q: Kuvars, Orx: 

Ortoklaz). 

45


Şekil 4.13. Az bozunmuş granit örneğine ait tek nikol görüntüsü. 

Şekil 4.14. Çift nikolde az bozunmuş granit örneğindeki serisitleşmeye ait görüntü 

(Plj: Plajiyoklas, Q: Kuvars, Orx: Ortoklaz). 

46


Şekil 4.15. Tek nikolde az bozunmuş granitteki feldispatlar gözlenen serisitleşme. 

W3 (orta derecede bozunmuş) olarak tanımlanan kayaca ait örnekten yapılan 

ince kesit polarizan mikroskop altında incelendiğinde kayanın, kuvars, biyotit, 

plajiyoklas, ortoklaz, klorit ve hornblend minerallerinden oluştuğu belirlenmiştir. 

İnce kesitte hipidiyomorf (yarı öz şekilli) dokulu olarak gözlenen granitte, kuvars 

minerali bol çatlaklı ve arenitleşmiş olarak gözlenmektedir (Şekil 4.16 – 4.17). 

Biyotit minerali çift nikolde kahvemsi renkli olup kısmen yeşil renkli yapraksı 

görünüşlü klorit mineraline dönüşmüştür. Plajiyoklas minerali ise genelde yoğun 

olarak serisit mineraline dönüşmüştür. Ayrıca, ince kesitte iri hornblend minerali de 

gözlenmektedir. Öz şekilli olarak gözlenen hornblend minerali çift yönlü dilinime 

sahip olup, dilinimler arası açı 120-130 o arasındadır. Mineralde çok yoğun bir 

kloritleşme gözlenmektedir (Şekil 4.18 – 4.19). 

47


Şekil 4.16. Çift nikolde orta derecede bozunmuş granit örneğine ait görüntü (Plj: 

Plajiyoklas, Q: Kuvars, Kl: Klorit). 

Şekil 4.17. Tek nikolde orta derecede bozunmuş granit örneğine ait görüntü. 

48


Şekil 4.18. Orta derecede bozunmuş granit örneğinin çift nikol görüntüsü (Orx: 

Ortoklaz, Q: Kuvars, Hrb: Hornblend). 

Şekil 4.19. Orta derecede bozunmuş granit örneğinin tek nikol görüntüsü. 

49


4.2.2. Çalışmada Kullanılan Kireçtaşlarının Petrografik Özellikleri 

Örnek alınan sahada özellikle Misis Karmaşığı olarak adlandırılan kesimde 

bol miktarda olistolit kütle yüzeylenmektedir. Litolojik olarak farklılıklar gösteren 

kireçtaşlarından arazide el örneğinde genelde koyu gri renkli olarak gözlenen 

kristalize kireçtaşları içerisindeki eklemlerin pürüzlülükleri ve bu eklemlerdeki 

ayrışma özellikleri nedeniyle kristalize kireçtaşları deneyler için uygun görülmüştür. 

Laboratuarda kalsit ve dolomit ayrımı için, Alizarin Red-S ve Potasyum Ferro 

Siyanür kullanılarak ince kesit ve çipslerde yapılan boyama testleri sonucunda 

seçilen birimin dolomit minerali içermediği ve genellikle kalsit minerallerinden 

oluştuğu belirlenmiştir (Şekil 4.20). 

Şekil 4.20. Alizarin Red-S yapılan kayaya ait ince kesit ve çips görüntüsü. 

50


Kristalize kireçtaşının mikroskobik incelemesinde örneği oluşturan ana 

minerallerin kalsit olduğu belirlenmiştir. Yapılan tanımlamaya göre, el örneğinde 

koyu gri renkte gözlenmekte olan kristalize kireçtaşı mikroskop altında 

incelendiğinde; kayacın belirgin ikizlenme gösteren orta-kaba kalsit kristallerinden 

oluştuğu gözlenmiştir. Kataklastik yapılıdır ve iki yönde gelişmiş ince-orta 

kalınlıktaki kırıklar spari kalsit dolguludur. Kayacın bazı kesimlerinde bu kırıkların 

kalsit dolgusu demirli killi maddeler ile kahvemsi renge boyanmıştır. Bazı 

kesimlerde ise kırıkların tamamıyla doldurulmayıp ardalanmalı, seyrek gözenek 

oluşturduğu gözlenmiştir. Kristalize kireçtaşı kütlelerinde oluşan süreksizlik 

düzlemlerinde gözlenen pürüzlülük, gömülme koşulları altındaki kayalarda, basınç 

nedeniyle meydana gelen stilolit oluşumları ile mümkün olmaktadır. Bu erime 

boşlukları demirli killi dolgusu nedeniyle ince kesitlerde açık kahvemsi renkli olarak 

görülmektedir (Şekil 4.21 – 4.22). 

Şekil 4.21. Çift nikolde kalsit mineralleri ve stilolit oluşumuna ait görüntü. 

51


Şekil 4.22. Tek nikolde kalsit mineralleri ve stilolit oluşumuna ait görüntü. 

Özellikle kaya içerisinde gözlenen stilolit oluşumları ve bu oluşum 

içerisindeki dolgunun türü ve kalınlığı kayanın mekanik özellikleri üzerinde olumsuz 

etkiler yaratırken, arazi gözlemlerinde bu özelliğin kaya kütlesinde pürüzlü yüzeyleri 

oluşturduğu ve süreksizlik düzleminde kayma açısını arttırdığı net olarak 

gözlenmektedir (Şekil 4.23). 

4.3. Çalışmada Kullanılan Kayaların Bazı Fiziksel ve Mekanik Özellikleri 

Çalışma alanlarında seçilen kayaların fiziksel ve mekanik özellikler ile kaya 

kütlesinin süreksizlik düzlemlerine ait kesme dayanımını belirlemek amacıyla çeşitli 

deneyler yapılmıştır. Bu çalışmaların ilk aşamasında örnekler üzerinde yapılan 

sondajlar ile karot örnekler alınmıştır (Şekil 4.24). İkinci aşamada, örneklere ait kuru 

birim hacim ağırlık değeri ve tek eksenli basma dayanımı değerleri belirlenmiştir. 

52


Şekil 4.23. Arazide kristalize kireçtaşlarında gözlenen pürüzlü yüzeylere ait görüntü. 

Şekil 4.24. Deneysel çalışmalarda kullanılan karot örneklerin arazide (a) ve 

laboratuvarda (b) alınış görüntüsü. 

Çalışma alanlarından alınan örnekler üzerinde mekanik deneyler yapılmadan 

önce ISRM (1981)’de belirtilen şekilde örneklerin alt ve üst yüzeyleri düzeltilmiş ve 

53


boy/çap ilişkileri belirlenmiştir. Deneysel çalışmanın ilk aşamasında seçilen dört 

farklı kayanın kuru birim hacim ağırlıkları belirlenmiştir (Çizelge 4.2). 

Çizelge 4.2. Seçilen farklı kayalara ait kuru birim hacim ağırlık değerleri 

(γk, kN/m 3 ) En büyük değer En küçük değer Ortalama 

W1 (bozunmamış) 26.85 26.70 26.79 

W2 (az bozunmuş) 26.49 26.35 26.41 

W3 (orta derecede bozunmuş) 25.93 25.44 25.61 

Kristalize Kireçtaşı 25.99 25.86 25.92 

Deneylerin ikinci aşamasında ise süreksizlik düzlemlerinin yan kayacını 

oluşturan sağlam örneklerden arazide ve laboratuvarda karotlar alınarak ISRM, 

1981’de belirtilen şekilde, uzunluk/çap oranı 2.5-3.0 arasında olan silindirik şekilli 

örnekler hazırlanmıştır. Bu oranı sağlamayan örnekler için Brook (1990) tarafından 

önerilen düzeltme faktörü kullanılarak tek eksenli basma dayanımı değerleri ve sonik 

hız değerleri belirlenmiştir. Yapılan deneysel çalışma sonucunda en yüksek sonik hız 

ve tek eksenli basma dayanımı değerinin bozunmamış granite ait olduğu elde 

edilmiştir. Deneysel olarak elde edilen en düşük sonik hız ve tek eksenli basma 

dayanımı değeri ise orta derecede bozunmuş granitten elde edilmiştir (Çizelge 4.3 – 

4.4). Bu deneyler için her bir örneğe ait 5 adet karot numunesi kullanılmıştır. 

54


Çizelge 4.3. Seçilen farklı kayalara ait Sonik Hız değerleri 

(Vp, km/s) En büyük değer En küçük değer Ortalama 

W1 (bozunmamış) 7.01 5.68 6.07 

W2 (az bozunmuş) 5.56 5.14 5.36 

W3 (orta derecede 

bozunmuş) 

4.63 4.07 4.35 


Çizelge 4.4. Seçilen farklı kayalara ait tek eksenli basma dayanımı değerleri 

(UCS, MPa) En büyük değer 

55 

En küçük 

değer 

Ortalama 

W1 (bozunmamış) 184.4 162.21 171.66 

W2 (az bozunmuş) 130.05 110.35 117.23 

W3 (orta derecede 

bozunmuş) 

93.81 67.81 79.27 


4.3.1. Süreksizlik Düzlemlerinin Kesme Dayanımı Özellikleri 

Çalışmada belirlenen sahalardan alınan süreksizlik düzlemine sahip örnekler 

üzerinde doğrudan kesme deneyleri yapılarak bu düzlemlerin kesme (makaslama) 

dayanımları belirlenmiştir. Karotlu sondaj ile alınan örneklerde kesme dayanımı için


doğal süreksizlik düzlemlerine sahip eklem yüzeyleri alınmıştır (Şekil 4.25). 

Özellikle kinematik açıdan incelenen süreksizlik düzlemlerinin kesme dayanımı 

özellikleri kaya şevlerinde ve tünel çalışmalarında tasarımın en önemli adımını 

oluşturmaktadır. 

Şekil 4.25. Doğrudan kesme deneyi için kullanılan bozunmamış granit örneklerine 

ait bir görüntü. 

Kesme dayanımının belirlenmesi amacıyla alınan, bozunmamış, az 

bozunmuş, orta derece bozunmuş granit örnekleri ile kristalize kireçtaşının ilk 

aşamada deney öncesi pürüzlülükleri belirlenmiş ve iki eksene göre çapları ölçülerek 

örneklerin alanları Hencher ve Richards (1989) tarafından önerilen bağıntı dikkate 

alınarak hesaplanmıştır. Örneklerin tamamında biri birine dik iki eksene göre yapılan 

ölçümlerde örneklerin çap boyunca her iki eksen uzunluğu da aynı çıkmaktadır 

(Şekil 4.26). 

Örneklerin süreksizlik düzlemleri üzerinde Barton tip tel profilmetre ile 8 ayrı 

hattan pürüzlülük görünüşleri ölçülmüştür. Granitlerde bozunma derecesi arttıkça 

yüzey pürüzlülüğü ISRM (1981)’e göre dalgalı-pürüzlüden basamaklı pürüzlüye 

doğru değişmektedir (Şekil 4.27). Bunun nedeni graniti oluşturan feldispatların 

56


ortamdan kolayca bozunarak uzaklaşması ve kuvars mineralinin yüzeye pürüzlü bir 

yapı kazandırmasından kaynaklanmaktadır. Aynı şekilde Barton tarafından önerilen 

eklem pürüzlülük katsayısı (JRC) değerlerine göre de bozunmamış granitten orta 

derecede bozunmuş granite doğru değerler 14 ile 20 arasında değişmektedir (Şekil 

4.28 – 4.29). 

Şekil 4.26. Deneylerde kullanılan karot örneklerin iki eksene göre ölçülen çap 

değerlerine ait bir görüntü. 

Şekil 4.27. Bozunmamış (W1) bir granit örneğinin süreksizlik düzlemine ait tel 

profilmetre görüntüsü. 

57


Şekil 4.28. Az bozunmuş (W2) bir granit örneğinin süreksizlik düzlemine ait tel 

profilmetre görüntüsü. 

Şekil 4.29. Orta derecede bozunmuş (W3) bir granit örneğinin süreksizlik düzlemine 

ait tel profilmetre görüntüsü. 

Çalışmada kullanılan bir diğer kaya olan kristalize kireçtaşı örneğinde ise 

gerilim altındaki koşullara bağlı olarak gelişen stilolit oluşumları bu kayanın 

süreksizlik düzlemlerine pürüzlü bir yapı kazandırmaktadır. Bu yüzeyler boyunca 

hareket eden su yüzeylerde bozuşmaya neden olmaktadır (Şekil 4.30). Fakat 

bozuşmanın süreksizlik düzlemlerinin hemen hemen tamamında hâkim olması 

58


nedeniyle süreksizlik yüzeyinin pürüzlülüğü eşit olarak değişmektedir. ISRM 

(1981)’e göre kristalize kireçtaşını pürüzlülüğü dalgalı pürüzlü şekilde 

gözlenmektedir. Barton tarafından önerilen eklem pürüzlülük katsayısı (JRC) 

değerleri ise kristalize kireçtaşında 16 ile 20 arasında değişim göstermektedir (Şekil 

4.31). 

Şekil 4.30. Deneylerde kullanılan kristalize kireçtaşı örneklerine bir görüntü. 

Şekil 4.31. Kristalize kireçtaşı örneğinin süreksizlik düzlemine ait bir tel profilmetre 

görüntüsü. 

59


Bozunmamış, az bozunmuş, orta derecede bozunmuş granit ve kristalize 

kireçtaşı kütleleri içersinden alınan eklem yüzeyli örnekler üzerinde ISRM (1981)’de 

belirtilen standartlarda taşınabilir kaya makaslama düzeneğiyle doğrudan kesme 

deneyleri yapılmıştır. Deney sırasında farklı normal yükler altında, aynı kayanın üç 

ayrı örneği üzerinde deneyler yapılarak süreksizlik düzlemleri üzerindeki kesme 

dayanımı değerleri belirlenmiştir. Her biri farklı pürüzlülüğe sahip düzlemlerin 

kesme dayanımı değerleri bir birinden farklı çıkmıştır. Daha sonraki aşamada, kesme 

dayanımı ile normal gerilim arasındaki ilişkiye bakılarak süreksizlik düzlemlerine ait 

içsel sürtünme açıları belirlenmiştir. 

Bozunmamış granit (W1) örneği üzerinde yapılan doğrudan kesme deneyi 

sonucunda elde edilen kesme yerdeğiştirmesi – kesme gerilimi eğrilerine göre, 

örneklerin artan normal gerilim ile kesme yerdeğiştirme değerlerinin ve kesme 

gerilmelerinin arttığı belirlenmiştir (Şekil 4.32). 

Ayrıca normal gerilim ile kesme gerilmesi arasındaki ilişkiye bakıldığında, 

bozunmamış granitte ortaya çıkan süreksizlik düzlemine ait doruk (pik) içsel 

sürtünme açısı (φp) 33 o olarak bulunmuştur. Bu örneğin artık (rezidüel) içsel 

sürtünme açısı (φr) ise 28 o olarak bulunmuştur (Şekil 4.33). Doruk ve artık içsel 

sürtünme açıları arasındaki bu farklılık süreksizlik düzleminin ilk kesilme anından 

sonraki pürüzlülüğünün ortadan kalkmasından kaynaklanmaktadır. 

Şekil 4.32. Bozunmamış granit (W1) örneğine ait kesme gerilmesi (τ) - kesme 

yerdeğiştirmesi (δ) grafiği. 

60


Şekil 4.33. Bozunmamış granit (W1) örneğine ait kesme dayanımı (τ) – normal 

gerilim (σ) grafiği. 

İnce kesit ve el örneğinde az bozunmuş granit (W2) olarak tanımlanan örnek 

üzerinde de doğrudan kesme deneyi yapılmıştır. Deney sonucunda elde edilen kesme 

yerdeğiştirmesi – kesme gerilimi eğrilerine göre, örneklerin artan normal gerilim ile 

kesme yerdeğiştirme değerlerinin kısmen arttığı, kesme gerilmelerinin ise arttığı 

belirlenmiştir (Şekil 4.34). 

Ayrıca normal gerilim ile kesme gerilmesi arasındaki ilişkiye bakıldığında, az 

bozunmuş granitte ortaya çıkan süreksizlik düzlemine ait doruk (pik) içsel sürtünme 

açısı (φp) 30 o olarak bulunmuştur. Bu örneğin artık (rezidüel) içsel sürtünme açısı (φr) 

ise 27 o olarak bulunmuştur (Şekil 4.35). Doruk ve artık içsel sürtünme açıları 

arasındaki bu farklılık süreksizlik düzleminin ilk kesilme anından sonraki 

pürüzlülüğünün ortadan kalkmasından kaynaklanmaktadır. Ayrıca granitin az 

derecede bozunmuş olmasından dolayı eklem yüzeylerinde killeşme ve 

arenitleşmeye bağlı olarak zayıflıklar olduğu ve bu nedenle bozunmamış granite 

oranla daha düşük bir dayanım değerinin elde edildiği belirlenmiştir. 

61


Şekil 4.34. Az bozunmuş granit (W2) örneğine ait kesme gerilmesi (τ) - kesme 


Şekil 4.35. Az bozunmuş granit (W2) örneğine ait kesme dayanımı (τ) – normal 

gerilim (σ) grafiği. 

Granitin el ve ince kesit örneklerinde bozunma derecesinin belirgin olarak 

seçilebildiği ve bu bozunmanın arazide süreksizlik düzlemlerinde kolayca 

gözlenebildiği orta derecede bozunmuş granit (W3) olarak tanımlanan örnek üzerinde 

de doğrudan kesme deneyi yapılmıştır. Deney sonucunda elde edilen kesme 

yerdeğiştirmesi – kesme gerilimi eğrilerine göre, örneklerin artan normal gerilim ile 

kesme yerdeğiştirme değerlerinin bir birlerine göre ve diğer granit örneklerine oranla 

62


daha az olduğu, kesme gerilmelerinin ise diğer granit örneklerine orana daha az 

arttığı belirlenmiştir (Şekil 4.36). 

Orta derecede bozunmuş granit (W3) örneği için normal gerilim ile kesme 

gerilmesi arasındaki ilişkiye bakıldığında, orta derecede bozunmuş granitte ortaya 

çıkan süreksizlik düzlemine ait doruk (pik) içsel sürtünme açısı (φp) 28 o , artık 

(rezidüel) içsel sürtünme açısı (φr) ise 26 o olarak bulunmuştur (Şekil 4.37). 

Bu örneğe ait doruk ve artık içsel sürtünme açıları arasındaki değer farkının 

diğer granit örneklerinden daha düşük çıktığı belirlenmiştir. Bu farklılık, süreksizlik 

düzleminin kesme dayanımı değerinin ilk kesilme anında da düşük olmasından 

kaynaklanmaktadır. İlk kesilme anından sonraki pürüzlülüğünün ortadan kalkması, 

düzlem üzerinde ilk dayanımın da düşük olmasından dolayı, artık değerler üzerinde 

çok farklı sonuçlar doğurmamıştır. Ayrıca granitin orta derecede bozunmuş 

olmasından dolayı eklem yüzeylerinde killeşme ve arenitleşmeye bağlı olarak 

zayıflıklar olduğu ve bu nedenle bozunmamış ve az bozunmuş granite oranla daha 

düşük bir dayanım değeri elde edildiği belirlenmiştir. 

Şekil 4.36. Orta derecede bozunmuş granit (W3) örneğine ait kesme gerilmesi (τ) - 

kesme yerdeğiştirmesi (δ) grafiği. 

Bu örneğin süreksizlik düzleminin JRC değeri, diğer iki granit örneğine 

oranla daha yüksek olmasına karşın kesme dayanımı değeri diğer granit örneklerine 

63


oranla daha düşük çıkmıştır. Bunun nedeni, pürüzlülüğü sağlayan kuvars 

minerallerinin zayıf feldspat mineralleri içersinde gömülü olarak durmasıdır. Bu 

nedenle kesilme anında kuvars minerali kolayca yenilmektedir. 

Şekil 4.37. Orta derecede bozunmuş granit (W3) örneğine ait kesme dayanımı (τ) – 

normal gerilim (σ) grafiği. 

Bu çalışmada incelenen son kaya örneği olan kristalize kireçtaşına ait 

süreksizlik düzlemleri üzerinde de kesme dayanımının belirlenmesi amacıyla 

doğrudan kesme deneyi yapılmıştır. Deney sonucunda elde edilen kesme 

yerdeğiştirmesi – kesme gerilimi eğrilerine göre, örnekler üzerindeki normal gerilim 

değerinin artmasıyla kesme yerdeğiştirme değerlerinin ve kesme gerilmelerinin 

arttığı belirlenmiştir (Şekil 4.38). 

Kristalize kireçtaşı örneği için normal gerilim ile kesme gerilmesi arasındaki 

ilişkiye bakıldığında, süreksizlik düzlemine ait doruk (pik) içsel sürtünme açısı (φp) 

34 o , artık (rezidüel) içsel sürtünme açısı (φr) ise 27 o olarak bulunmuştur (Şekil 4.39). 

Bu örneğe ait doruk ve artık içsel sürtünme açıları arasındaki değer farkın 

yüksek çıktığı belirlenmiştir. Bu farklılık, süreksizlik düzleminde kesme dayanımı 

değerinin ilk kesilme anından sonra pürüzlülüğü büyük ölçüde ortadan kaldırdığı 

sonucunu vermektedir. İlk kesilme anından sonraki pürüzlülüğünün ortadan 

64


kalkması, düzlem üzerinde dayanımı düşürmüştür ve artık değerlere ait 

parametrelerde farklı sonuçlar ortaya çıkarmıştır. 

Şekil 4.38. Kristalize kireçtaşı örneğine ait kesme gerilmesi (τ) - kesme 


Şekil 4.39. Kristalize kireçtaşı örneğine ait kesme dayanımı (τ) – normal gerilim (σ) 

grafiği. 

Bu örnekte elde edilen kesme yerdeğiştirmesi değerleri granit örneklerinden 

daha yüksek çıkmaktadır. Bunun nedeni, bu örneğe ait süreksizlik düzlemlerinin 

65


pürüzlülük değerlerinin, diğer örneklerden daha yüksek bir i açısına sahip olmasıdır 

(Şekil 4.40). Genel pürüzlülük açısı değerlerine bakılacak olursa en yüksek değerin 

kristalize kireçtaşında en düşük değerin ise az bozunmuş (W2) granit örneğinde 

olduğu görülmektedir. Bozunmamış haldeki granit örneklerinde ortaya çıkan 

pürüzlülük kırılma yüzeyinin dalgalı olmasına neden olmaktadır. Bu süreksizlik 

düzlemleri üzerinde hareket eden su zamanla kayanın yüzeyinde dalgalılığı ortadan 

kaldırarak daha az dalgalı bir düzlem yaratmaktadır. Düzlem üzerindeki bozuşmanın 

artmasıyla kayanın bünyesindeki feldispatlar ayrışarak kile dönüşürken kuvars 

taneleri arenitleşme sonucunda kuma dönüşmektedir. Ortamdan uzaklaşan kile karşı 

ortamda kalan kuvars taneleri pürüzlü bir yüzeyin oluşmasını sağlamaktadır. 

Pürüzlülüğün artmasına bağlı olarak granitlerde beklenen kesme dayanımı artışı ise 

deneyler sonucunda gözlenememiştir. Bunun nedeni ise pürüzlülüğü oluşturan 

kuvars tanelerinin zayıf killeşmiş bir ortam içersinde olmasından kaynaklanmaktadır. 

Şekil 4.40. Çalışmada kullanılan örneklere ait genel pürüzlülük açısı değerleri. 

Stilolit oluşumuna bağlı olarak gelişen, arazide ve ince kesitlerde net olarak 

gözlenen, pürüzlü yüzeyler ise çalışmada kullanılan kristalize kireçtaşı örneklerinde 

yaygın olarak gözlenmektedir (Şekil 4.41). Bu düzlemler özellikle kaya şevlerinin ve 

tünel gibi yer altı kazılarının tasarımlarında dikkate alınması gereken bir özelliktir. 

Bu özelliğin kaya kütlelerinin dayanım özellikleri belirlenirken analizlerde göz 

66


önüne alınması gerekmektedir. Çalışma alanında bu özellikten dolayı, genel kaya 

malzemesi ve kütlesel dayanım özellikleri çok yüksek olmamasına karşın, kristalize 

kireçtaşları yüksek açılı süreksizlik düzlemlerinde stabil olarak kalmaktadır (Şekil 

4.42). 

Şekil 4.41. Stilolitlere bağlı olarak gelişen pürüzlü yüzeylerin arazi (a) ve ince 

kesitteki (b) görüntüsü. 

Çalışmada kullanılan kayaçların tek eksenli basma dayanımı değerlerine 

bakıldığında en yüksek değerin bozunmamış granite ait olduğu görülmektedir. Fakat 

süreksizlik düzlemleri üzerinde yapılan kesme dayanımı deneyi sonucunda elde 

edilen en büyük kesme dayanımı değerlerinin kristalize kireçtaşına ait olduğu 

belirlenmiştir. Deneyler sonucunda bazı kayaçların tek eksenli basma dayanımı ile 

süreksizlik düzleminin kesme dayanımı değerleri arasında doğrusal bir ilişkinin 

olmadığı belirlenmiştir. Bu çalışma sonunda stilolit ve bozuşma gibi kaya kütlesinde 

pürüzlü yüzeyler oluşmasına neden olan etkenlerin kayanın fiziksel ve mekanik 

özellikleriyle her zaman uyumlu olmadığı belirlenmiştir. Ayrıca kaya kütleleri 

içerisinde yapılacak jeoteknik tasarımlarda pürüzlülüğün çok önemli bir unsur 

olduğu ve süreksizlik düzlemlerindeki kesme dayanımı değerlerini doğrudan 

etkilediği belirlenmiştir. ISRM (1981)’de belirtildiği gibi pürüzlülüğün artması ile 

süreksizlik düzlemlerinde kesme dayanımının her zaman artacağı konusunda da bu 

çalışma sonucunda bunun tüm kayalar için geçerli olmadığı sonucu ortaya çıkmıştır. 

Bozuşmanın bazı kayaların süreksizlik düzlemlerinde oluşan kesme dayanımı 

azaltmadığı, özellikle stilolit gibi yapısal unsurların varlığında aksine kesme 

dayanımını arttırdığı ortaya çıkarılmıştır. 

67


Şekil 4.42. Granit (a) ve kristalize kireçtaşı (b) kütlelerinin süreksizlik düzlemlerinin 

arazideki eğim açılarına ait bir görüntü. 

68

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Burcu ÖZVAN 

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER 

Bu çalışmada, kaya süreksizlik düzlemlerinde oluşan bozuşmanın, pürüzlülük 

üzerindeki etkisi 4 farklı yapıdaki kaya üzerinde incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar 

ve öneriler aşağıda verilmiştir. 

5.1. Sonuçlar 

1. Çalışmada iki farklı sahada örnekleme yapılmıştır. Saha gözlemleri sonucunda 

farklı derecelerde ayrışan granitlerin bozuşma derecesi artıkça pürüzlülük 

derecesinin arttığı belirlenmiştir. Ayrıca kristalize kireçtaşlarında yapılan 

incelemeler sonucunda da örnekleme yapılan sahada ayrışmanın pürüzlülüğü 

arttırdığı gözlenmiştir. 

2. Kristalize kireçtaşı kütlesinde gözlenen pürüzlü yüzeylerin tüm kireçtaşlarına 

özgü olmadığı sadece stilolit oluşumunun bu pürüzlü yüzeyleri yarattığı 

belirlenmiştir. 

3.Süreksizlik düzlemlerinin komşu kayasını oluşturan birimler içerisinden karot 

örnekler alınarak kaya malzemesine ait kuru birim hacim ağırlık değeri, sonik 

hız değerleri ve tek eksenli basma dayanımı değerleri belirlenmiştir. Deneysel 

çalışmalar sonucunda en yüksek fiziksel ve mekanik değerler, bozunmamış 

granitlerde, en düşük değerler ise orta derecede bozunmuş granitlerde elde 

edilmiştir. 

4. Çalışmada kullanılan kayaların süreksizlik düzlemleri üzerinde yapılan 

pürüzlülük ölçümlerinde en yüksek pürüzlülük açısı değerlerinin kristalize 

kireçtaşına ait olduğu belirlenmiştir. Bunun nedeni stilolit oluşumu ile 

ilişkilendirilmiştir. 

5. Çalışmada yapılan kesme dayanımı deneyleri sonucunda kullanılan örnekler 

içersinde en yüksek kesme dayanımı değerlerin kristalize kireçtaşında, en 

düşük kesme dayanımı değerlerinin ise orta derecede bozuşmuş granit 

örneklerinde olduğu belirlenmiştir. 

69

5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Burcu ÖZVAN 

6. Bu çalışmada ilk kez stilolit oluşumlarının kaya şev kütleleri içersindeki 

süreksizlik düzlemlerinin kayma açılarını etkilediği belirlenmiştir. Stilolit 

içeren bir kayanın fiziksel ve mekaniksel özellileri düşük olsa da süreksizlik 

düzlemlerinde kaymaya karşı koyan etkenlerin yüksek olduğu ortaya 

çıkarılmıştır. 

7. ISRM (1981)’de pürüzlülüğün artması ile süreksizlik düzlemlerinde kesme 

dayanımının her zaman artacağı kabul edilmektedir. Bu çalışma sonucunda, 

tüm kayalar için bu durumun geçerli olmadığı belirlenmiştir. 

8. Bozuşmanın bazı kayaların süreksizlik düzlemlerinde oluşan kesme 

5.2. Öneriler 

dayanımını azaltmadığı, özellikle stilolit gibi düzlemlerin aksine kesme 

dayanımını arttırdığı ortaya çıkarılmıştır. 

1. Bozuşma, pürüzlülük ve kesme dayanımı arasındaki ilişkinin kayalar için 

önemli olduğu bu çalışma ile bir kez daha ortaya çıkarılmıştır. Bu çalışmada 

araştırma 4 kaya ile sınırlandırılmıştır. Bundan sonraki çalışmalarda farklı 

kayalar içinde bu ilişkilerin irdelenmesinin faydalı olacağı düşünülmektedir. 

2. Bu çalışmada düzlemler üzerindeki pürüzlülüğün sayısal ifadesi eldeki 

imkânların kısıtlılığından dolayı ortaya tam olarak çıkarılamamıştır. Bundan 

sonraki çalışmalarda bu ilişkilerin ortaya çıkarılması ve kesme dayanımı ile 

olan ilişkisinin belirlenmesi faydalı olacaktır. 

70

KAYNAKLAR 

AKTAŞ, M., 2000. Kaya yüzey pürüzlülüğünün ölçülmesi ve uygulamaların 

karşılaştırılması. Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans 

Tezi, s 72 (yayınlanmamış). 

ASTM D2845-00, 2003. Standard test method for laboratory determination of pulse 

velocities and ultrasonic elastic constants of rock. In: Annual Book of ASTM 

Standards, Volume 04.08, West Conshohocken, PA., 292-297. 

BARTON, N., 1973. Review of a new shear-strength criterion for rock joints, 

Engineering Geology, 7, pp. 287-332. 

BARTON, N., LIEN, R. and LUNDE, I., 1974. Engineering Classification of Rock 

Masses for the design of tunnel supports. Rock Mechanics, 6(4), 189-239. 

BARTON, N., 1976. The shear strength of rock and rock joints, Int. J. Rock 

Mechanics and Min. Sci., 13, pp. 255-279. 

BARTON, N. and CHOUBEY, V., 1977. The shear strength of rock joints in theory 

and Practice, Rock Mechanics, 10, pp. 1-54. 

BIENIAWSKI, Z.T., 1989. Engineering Rock Mass Classification. John Wiley and 

Sons, 237pp. 

BROOK, N., 1990. Testing Methods for Rock Mechanics. Mining Engineering 

Department, Leeds University, UK, (basılmamış ders notları). 

CANMET, 1997b. Laboratory tests for design parameters. In Pit Slope Manual of 

CANMET, Supplement 3-2, Canada Center for Mineral and Energy 

Technology Report 77-26, 74pp. 

COULOMB, C.A., 1773. Sur une application des regles de Mximis et Minimis a 

quelgues problemes de statique relatifs a l’Architechture. Acad. Roy. Des 

Sciences Mewoires de math et de physique par divers savans, 7, 343-382. 

FOOKES, P. G., 1970. Discussion on Engineering Grade Zones, Proc. Conf. On In- 

situ Investigation in Soils and Rocks, British geotech. Soc., London, pp. 53-57. 

HASTINGS, H.M., 1993. Fractals: A User’s Guide for The Natural Sciences, 

71

Oxford, New York, Oxford University Pres. 

HENCHER, S.R., and RICHARDS, L.R., 1989. Laboratory direct shear testing of 

rock discontinuities. Ground Engineering, March, 24-31. 

HOEK, E. and BRAY J. W., 1977. Rock Slope Engineering. The Institution of 

Mining and Metallurgy, 1st edition, London. 

HOEK, E. and BRAY J. W., 1981. Rock Slope Engineering. The Institution of 

Mining and Metallurgy, 3rd edition, London. 

ISRM (International Society for Rock Mechanics), 1978. Commission for 

Standartization of laboratory and field test, Suggested methods for the 

quantitative description of discontinuities in rock masses, Int. J. Rock 

Mechanics and Min. Sci., 15(6), pp. 319-368. 

ISRM (International Society for Rock Mechanics), 1981. Rock Characterization, 

testing and monitoring: ISRM Suggested Methods. E.T. Brown (ed), Pergamon 

Pres, Oxford, 211pp. 

ISRM (International Society for Rock Mechanics), 2007. The Complete ISRM 

Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 1974- 

2006. R. Ulusay and J.A. Hudson (eds.), Ankara. 628pp. 

KETİN, İ. ve CANITEZ, N., 1979. Yapısal Jeoloji, İTÜ yayınları, İstanbul. 

MAERZ, N. H., FRANKLIN, J.A. and BENNETT, C.P., 1990. Joint roughness 

measurements using shadow profilometry, Int. J. Rock Mechanics and Min. 

Sci., 27(5), pp. 329-343. 

MOHR, C.O., 1900. Welche Umstande bedingen die Elast-izitatsgrenze und den 

Bruch eines Materials? Z. Ver. Dt. Ing., 44, 1524-30; 1572-77. 

ÖZVAN, A., 2009. Toprakkale - Yumurtalık (Doğu Akdeniz) Civarındaki Kireçtaşı 

ve Bazalt Birimlerinin Hidrolik Yapılarda Kullanılabilirliği. Çukurova Üniv., 

Fen Bilimleri Enst. Doktora tezi, s 197 (yayınlanmamış). 

PATTON, F.D., 1966. Multiple modes of shear failure in rock. Proceedings 1. 

Congress of International Society of Rock Mechanics, Lisbon, pp. 509-513. 

RE, F., SCAVIA, C. and ZANINETTI, A., 1997. Variation in contact areas of rock 

72

Joint surfaces as a function of scale, Int. J. Rock Mechanics and Min. Sci., 

34(4), pp. 254-255. 

TRB (Transportation Research Board), 1996. Landslides, Investigation and 

Mitigation. National Research Council, Special Report 247, Ch.1, Washington 

DC, 673 pp. 

ÜNAL, M., 2000. Süreksizlik Yüzey Pürüzlülüğünün Modellenmesi ve Makaslama 

Dayanımı Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi. Hacettepe Üniv., Fen Bilimleri 

Enst. Doktora tezi, s 219 (yayınlanmamış). 

WYLLIE, D.C., MAH, C.W., 2004. Rock Slope Engineering: Civil and Mining, 4th 

ed., Spon Pres. 

WWW.Meteor.gov.tr 

YILMAZ, S., 1995. Dereli-Şebinkarahisar (Giresun Güneyi) Arası Granitoyid 

Plütonlarının Karşılaştırmalı İncelemesi. Cumhuriyet Üniv., Fen Bilimleri 

Enst. Doktora tezi, s 310 (yayınlanmamış). 

ZHAO, J., 1997. Joint surface matching and shear strength, Int. J. Rock Mechanics 

and Min. Sci., 36(2), pp. 179-185. 

73

ÖZGEÇMİŞ 

10.07.1983 yılında İskenderun’da doğdu. İlk ve orta öğrenimini BOTAŞ 

İlköğretim Okulu’nda tamamladı. Lise öğrenimini Adana Gündoğdu Lisesi’nde 

tamamladı. 2002 yılında Çukurova Üniversitesi Mühendislik - Mimarlık Fakültesi 

Jeoloji Mühendisliği Bölümünü kazandı ve 2006 yılında mezun oldu. 

2007 yılında Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji 

Mühendisliği Anabilim Dalında yüksek lisans eğitimine başladı. 

74

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?