Kırıklı, çatlaklı kayada açılacak derin yarma şevlerin tasarımı: Vaka analizi, Suudi Arabistan, Riyad örneği

Abstract

Suudi Arabistan'ın başkenti Riyad'a 45 km uzaklıkta yeni bir şehir ve eğlence merkezi kurulması planlanmaktadır. Proje kapsamında şehre ulaşım için inşa edilecek otoyol güzergâhı, bölgenin jeomorfolojik özellikleri nedeni ile 200 metreye varan bir kot farkına rastlamaktadır. Kot farkının azaltılması ve otoyolun güvenli bir şekilde inşa edilebilmesi için bölgede yol yarması yapılması planlanmıştır. Çalışma alanında yapılacak yol yarması için saha araştırmaları yapılmıştır. Bu kapsamda yol yarmasının çevresinde dört adet sondaj gerçekleştirilmiş, sondajdan çıkarılan kaya numuneleri incelenmiş ve numuneler üzerinde saha ve laboratuvar deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan incelemeler ve deneyler sonucunda çalışma alanındaki kırıklı, çatlaklı killi kireçtaşı kayasının ortalama tek eksenli basınç mukavemetinin (σB) 18,7 MPa ve elastisite modülünün (E) 6300 MPa olduğu anlaşılmıştır. Sahada yapılan deneyler ile elde edilemeyen diğer jeomekanik parametreler ise taştan kayaya yaklaşımı çerçevesinde RocLab (2015) bilgisayar programı ile saptanmıştır. Buna göre; kayacın kohezyonu (c) 230 kPa ve içsel sürtünme açısı (ϕ) 25° olarak bulunmuştur. Sahada yapılan ölçümlerden elde edilen veriler ile bölgedeki kayaçlar, kaya kütle derecelendirme, jeolojik dayanım indeksi ve Q sisteme göre sınıflandırılmıştır. Her üç sınıflama sonucuna göre çalışma sahasındaki kaya kütlesi orta kaliteli olarak tayin edilmiştir. Ayrıca Q sistem sınıflamasına göre bu tip kayaçta gerçekleştirilecek kazılarda şev stabilitesinin sağlanması için destek sistemi, ilgili abaklar vasıtasıyla bulunmuştur. Açılacak şevin gerçekten desteğe ihtiyaç duyup duymadığını kontrol etmek adına yapılması planlanan desteksiz palyeli şev sistemi, Rocscience RS2 (2023) bilgisayar programında analiz edilmiştir. Analiz sonucuna göre kritik SRF değeri 1,4 olarak bulunmuştur. Şevlerin desteksiz duraylılığı için minimum 1,5 güvenlik sayısı gerektiğinden şevlerin desteklenmemesi durumunda duraylı olmayacağı ve kazının güvenli yapılamayacağı anlaşılmıştır. Çalışma alanında yapılacak şev kazısı için destek sistemi tasarlanmıştır. Literatürde önerilen yöntemlere göre ankrajlı şev sistemi tasarlanarak yol yarmasının yapılmasına karar verilmiştir. Ankrajlar, 7 halatlı, 10 m serbest boy, 6 m kök boy ve 3 m aralıklarla olacak şekilde tasarlanmıştır. Ankrajların bu parametrelerle şev yüzeylerindeki çalışma yükünü taşıyabileceğini saptamak adına sahada ankraj testi gerçekleştirilmiştir. Test sonucuna göre ankraj halatlarında gözlenen uzama değerleri izin verilen sınırlar içinde kalmaktadır. Böylece ankrajların çalışma yükünü karşılayabildiği saptanmıştır. Yapılan bu ankrajlı şev tasarımının, şevde duraylılığı sağladığını kanıtlamak adına Rocscience RS2 programında analizler yapılmasına karar verilmiştir. Proje tasarımına göre güvenlik sayısını arttırmak için kazı kademeli olarak yapılacaktır. Buna göre her kademedeki kazı tamamlandıktan sonra aynı kademedeki ankraj imalatları yapılacak, ardından bir alt kademedeki kazıya geçilebilecektir. Bu proje tasarımına göre her kademe, Rocscience RS2 programında analiz edilmiş ve her bir kademenin minimum SRF değerini sağlayıp sağlamadığı irdelenmiştir. Ankrajlar ile desteklenmiş şev sistemi, Rocscience RS2 programında incelendiğinde her bir kazı kademesinde minimum SRF değeri sağlanmıştır. Kazının en alt kademesinde yapılan analiz sonucu kritik SRF değeri 1,52 olarak tayin edilmiştir. Ancak yapılan analiz sonucunda bazı kazı kademelerinde ankraj köklerinin deformasyon zonu içinde kaldığı saptanmıştır. Bu nedenle literatürde önerilen analitik yöntemlerle tasarlanan ankrajlar güvenlik sayısı bakımından yeterli görünse de yapılan analizler sonucu ankraj köklerinin deformasyon zonunun içinde kaldığı durumlarda analitik yöntemlerin tasarımda yetersiz kaldığı belirlenmiş ve bu durumlarda ankraj boylarının uzatılması önerilmiştir.