Arşiv uzmanı içeriği ve ciddi risk: makale, orijinal metindeki şev stabilitesi, semboller, formüller ve diyagramların tarihsel anlatımını korur. Bir jeoteknik çalışma, kazı veya dolgu projesi, stabilite hesabı, drenaj planı, heyelan değerlendirmesi veya çalışma talimatı değildir. Dengesiz bir eğim aniden insanları, binaları ve yolları gömebilir; Gözlenen çatlaklar, çıkıntılar, bulanık su, ani çökme veya yer değiştirme, tehlike bölgesinden uzaklaşma nedeni olarak değerlendirilip acil profesyonel değerlendirme yapılmalıdır.
Savo Kusić bugün ahşap pencereler, ahşap-alüminyum pencereler, özel pencereler, kapılar ve teklif talepleri konularına odaklanıyor. Bu makale teknik bir arşiv olarak kalmaktadır ve hafriyat işlerinin jeoteknik tasarımı, denetimi veya yürütülmesine ilişkin bir teklifi temsil etmemektedir.
Yarıklar, dolgular ve kanallar gibi inşa edilmiş hafriyat işlerinde son şevler bazen çöker. Ve yapay bir çalışma olmaksızın doğal bir eğim, aniden ve büyük bir kuvvetle veya çok yavaş hareket edebilir. Bu olaylar uzun süredir jeolojik ve jeomekanik çalışmaların konusu olmuştur ve amacı toprağın fiziksel özelliklerinden ve her bir durumun koşullarından stabiliteyi değerlendirmektir.
Dünya kütlelerinin hareketinin nedenleri
İster yapay toprak nesne olsun, ister doğal toprak olsun, herhangi bir toprağın stabilitesinin koşulu, dış kuvvetler ile toprağın iç direnci arasında bir denge olmasıdır. Dış kuvvetler öncelikle toprağın kendi ağırlığıdır ve bu genellikle tek dış kuvvettir, ardından eğime etki eden kalıcı veya hareketli diğer dış yükler gelir. İç direnç bağlı zeminde kohezyon ve sürtünmeden, bağlı olmayan zeminde ise sadece sürtünmeden oluşur.
Şek. 1. Gevşek toprak dolgunun eğimi
Eğer tamamen gevşek topraktan, örneğin sıkıştırılmış kuru kumdan yapılmış h yüksekliğinde bir set gözlemlersek, bu setin eğiminin yatayla β açısında eğimli olduğunu tespit ederiz (şek. 1). β açısının boyutu tane boyutu, tane şekli ve sıkışma gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Eğer dolgu yüksekliğini h h1, h2, vb.’ye aynı sıkıştırmaya sahip aynı bağımsız malzeme ile arttırırsak, β açısı değişmeyecek, dolgu eğimi sınırsız bir h yüksekliğine kadar aynı eğimde kalacaktır. Belirli bir gevşek zemin için doğal eğim açısı β, eğim yüksekliğinden h bağımsızdır. Bağlanmamış zemin için β açısının boyutu, iç zemin sürtünme açısına φ bağlıdır ve bundan biraz daha küçük veya ona eşit olduğu varsayılır, β ≤ φ.
Şek. 2. Bağlı toprakta kesme eğimi
Bağlı toprakta yapılan bir yarma gözlemlersek, yarma eğiminin daha güçlü bir eğim altında 1:m altında tutulduğunu, yani bağlı toprağın iç direncinin kuru kumda olmayan kohezyon ile artması nedeniyle daha büyük bir β açısında tutulduğunu görürüz (Şekil 2). Kuru lös gibi belirli toprak türlerinde kohezyon, iç direnci, toprağın dikey olarak kesilmiş bir kenarla, yani β = 90° açıyla tutulabileceği ölçüde artırabilir. Bununla birlikte, bağlı topraktaki kesme yüksekliğini h h1, h2, vb.’ye arttırırsak, eğimi stabilitede korumak için yarma β eğiminin eğim açısı azaltılmalıdır. Belirli bir sınırlı zemindeki yarma eğiminin her eğim açısı β için bir kritik yükseklik hc vardır. Bu yüksekliği aşarsak, AB eğimi dengede tutulamayacak ve bir CD kayma yüzeyi üzerinde kayacaktır (şek. 3). Kayma, dış kuvvet, toprak kütlesinin kendi ağırlığı ve artan dış kuvvete karşı koymak için artık yeterli olmayan iç direnç arasındaki dengenin bozulması nedeniyle meydana geldi, yani eğim yüksekliğindeki artışın neden olduğu artan toprak kütlesi ağırlığı h.
Şek. 3. Kohezyonlu toprakta kayan eğim eğimi
Yukarıdan, toprağın doğal eğim açısının belirli bir toprak için sabit bir değer olarak kabul edilemeyeceği sonucu çıkmaktadır, çünkü diğer tüm koşullardaki değeri eğimin yüksekliğine bağlıdır ve bu yüksekliğin artmasıyla azalır. Bununla birlikte, genellikle küçük yükseklikteki şevler için, iç zemin sürtünme açısına φ bağlı olarak sabit bir değer olarak benimsenir.
Denge bozulması, kesme yüksekliğini h artırmadan da meydana gelebilir, örneğin toprak iç direnci azaldığında. Bağlı toprağın iç direncinin unsurları olan kohezyon ve sürtünme oldukça değişkendir ve topraktaki su miktarına bağlıdır. Bu nedenle çoğu durumda kaymanın nedeni, suya bağlı toprağın aşırı doygunluğudur; bu o kadar büyük olabilir ki, toprak artık herhangi bir eğim altında kendisini destekleyemez, ancak kendi ağırlığı nedeniyle kayar.
Şek. 4. Kayma yüzeylerinin oluşması nedeniyle toprak kayması
İç direncin azalması nedeniyle toprağın kayması gibi çeşitli durumlar vardır, bunların birkaç karakteristik örneğinden burada bahsedeceğiz.
Kayan yüzeylerin eğitimi
Geçirgen toprağın yüzey tabakasının altındaki bir yamaçta geçirimsiz bir kil tabakası varsa (şek. 4a) veya kil tabakasında atmosferik veya yüzey suyunun ulaşabileceği (örneğin ihmal edilmiş bir drenaj hendeğinden) eğimli bir kum tabakası varsa (şek. 4b), heyelan meydana gelebilir. Geçirgen tabakadan kil tabakasına daha fazla miktarda su geçer ve onu kuvvetli bir şekilde ıslatır, üst tabakanın kaydığı yüzeydeki direncini azaltır.
Bir kesimin kesilmesiyle dengenin bozulması
Demiryolları ve karayolları inşaatı sırasında yapılan kesme kesimleri önceki denge durumunu bozar çünkü kesim profilinde toprak desteksiz kalır ve yerçekimi nedeniyle aşağı doğru hareket etme eğilimi gösterir. Toprağın iç direnci bu eğilime karşı koyacak kadar büyükse bir denge durumu korunabilir; bu durum, kesilmiş toprak, kesmeye doğru güçlü bir şekilde eğimli katmanlardan oluştuğunda da mümkündür.
Şek. 5. Katmanlı toprakta kesme nedeniyle arazinin kayması
Ancak geçirimsiz ve geçirgen toprak katmanları dönüşümlü olarak kesilirse (Şekil 5), geçirgen toprağın sızması ve geçirimsiz toprağın ıslanması ve kaymanın meydana gelme olasılığı vardır.
Toprak homojenliği
Geçirgen topraktan yapılmış bir dolgudaki ince geçirimsiz malzeme katmanları, kil mercekleri olarak adlandırılanlar (şek. 6), büyük miktarda suyun onlara ulaşması ve kayma yüzeyi oluşturması durumunda da kaymaya neden olabilir.
Şek. 6. Homojen olmayan bileşim nedeniyle dolgunun kayması durumu
Don etkisi
Donun etkisi altında su, yüzey tabakasında buz mercekleri şeklinde birikir. Çözülme sırasında buz mercekleri suya dönüşerek toprağı donma derinliğine kadar aşırı doyurur, bunun sonucunda sıvı bir kütle haline gelir ve stabilitesini kaybeder.
Bu durum yalnızca don tehlikesi olan topraklarda ve don süresinin daha uzun olduğu topraklarda meydana gelir, çünkü buz merceklerinin oluşması çok zaman alır.
Yeraltı suyu seviyesi düşürülüyor
Örneğin toprakta yapılan çalışmalar nedeniyle yeraltı suyu seviyesi kalıcı olarak düştüğünde, toprak kurur ve büyük şişmesi olan kil ise çatlaklar ortaya çıkar. Daha fazla miktarda yüzey ve atmosferik su bunlara girerek toprağı ıslatır ve iç direncini azaltır, bu da heyelanlara yol açabilir.
Ayrıca arazi kaymasının birçok başka durumu da vardır, bu nedenle herhangi bir tutarlı zeminin belirli koşullar altında iç direncini az ya da çok kaybedebileceği ve dış kuvvetlerin etkisi altında harekete geçebileceği düşünülebilir.
Koherent olmayan toprak, eğimin eğim açısı toprağın iç sürtünme açısından küçük olduğu sürece stabildir. Bu tür zeminlerde kayma ancak eğim açısının iç sürtünme açısından büyük olması durumunda meydana gelir. Ancak killi toprak üzerine bağlı olmayan malzemeden dolgu yapılırsa killi toprak kayabilir ve dolgu çökebilir, stabilitesinin kontrol edilmesi gerekir.
Toprak şevlerinin stabilitesinin test edilmesi
Kayar yüzey şekli
Dış kuvvetler ile iç toprak direnci arasındaki denge koşulu Coulomb tarafından denklemi ile belirlenmiştir
τ ≤ c + σ tgϕ
burada τ zemin kayma gerilmesidir, c kohezyondur, σ kayma yüzeyindeki normal gerilmedir, ϕ iç sürtünme açısıdır.
Toprağın iç direnci, kohezyon c ve sürtünme σ tgϕ zeminin kayma gerilmesine karşı koymaya yeterli değilse, zemin içindeki kayma yüzeyinde kayma meydana gelir. Toprağın fiziksel özelliklerine, tabakalaşmaya, neme, dış yüke ve diğer faktörlere bağlı olarak kayma yüzeylerinin farklı formları vardır.
Aşağıdaki tipik kayma durumları konuma göre farklılık gösterir:
Şek. 7. Tipik heyelan vakaları
a) Kesiğin dikey kenarlarının kayması. Su temini, kanalizasyon vb. için kenarları dikey olarak kazılan kanallarda (şek. 7a), toprağın fiziksel özelliklerine bağlı olan kritik yükseklik hc aşılırsa ADC yüzeyinde kayma meydana gelir. Bu kaymalar genellikle kanalın tüm uzunluğu boyunca olmayıp lokalizedir, bu da zeminin eşit olmayan kesme mukavemeti ile açıklanmaktadır.
b) Kısmi eğim kaymaları (şek. 7b). Bu kaymalar sıklıkla ilkbaharda demiryolu ve yol kesimlerinde ortaya çıkar ve toprağın suya aşırı doymasının bir sonucudur.
c) Gece eğimin kayması (şek. 7c). Yarma veya dolgunun tüm eğiminin C ayağına doğru kaymasıdır.
d) Ayak altından kayan eğim (Şek. 7d). Yarma veya dolgunun tüm eğiminin ve temel altındaki toprağın kaymasıdır. Bu kaymaya, onu ilk kez tanımlayan İsveçlilerin anısına, taban zemini kırığı veya İsveç kırığı da denir.
Kayma yüzeyinin şekline bakıldığında bağlı toprakta kayma yüzeyinin düz olmadığı, kavisli bir yüzey olduğu ancak iddia edilebilir. Bazı yazarlar kayma yüzeyinin şekli olarak dairesel bir yay (Fellenius), logaritmik bir spiral (Rendulić) veya bu eğri çizgilerin bir kombinasyonunu (Brinch Hansen) benimserler.
Su filtrelemenin şev stabilitesi üzerindeki etkisi
Şev önünde N1 (şek. 8) seviyesinde dış su varsa şev arkasındaki toprakta su akışı meydana gelir, bu da gözeneklerdeki suyun iç basıncına neden olur, bunun sonucunda katı parçacıklar arasındaki sürtünme azalır ve zemindeki kayma gerilmesi artar.
Şev önündeki N1 su seviyesi sabitse, H*γW su sütunu toprak gözeneklerinde su basıncına neden olur, bu da katı parçacıklar arasındaki sürtünmeyi azaltır ve bunun sonucunda eğimin kayma tehlikesi artar. Ancak N1 seviyesi sabit olduğunda, su kolonunun H*γW basıncı katı parçacıkları toprağın iç kısmına doğru iter, bu sayede şev kayması tehlikesi bir miktar azalır. Bu durumda, eğimin önünde sabit bir N1 su seviyesi varsa, mansap eğiminin kayması tehlikesi vardır, çünkü topraktaki su filtreleme eylemi, katı parçacıkların mansap eğiminin dışına doğru itilmesine neden olur.
Şek. 8. Filtrasyonun toprak eğiminin stabilitesi üzerindeki etkisi
Dış su seviyesi N1 seviyesinden N2 seviyesine keskin bir şekilde düşerse memba eğiminin stabilitesi tehdit edilir. Bu durumda iç su, gözenekler içerisinden memba eğiminin dış tarafına doğru akarak katı parçacıkları o tarafa doğru iter.
Bundan dolayı eğer toprak eğimi suya batmışsa şev stabilitesi test edilirken su filtrasyonunun etkisi de dikkate alınmalıdır.
Toprakta su filtrasyonunun etkisi birçok faktöre bağlıdır; bunlardan en önemlileri toprağın geçirgenliği, dış suyun hidrostatik basıncı, dış su seviyesinin düşme hızı ve toprağın homojenliğidir.
Şek. Homojen izotropik kütleye sahip 8, N1 seviyesindeki dış suyun hidrostatik basıncının etkisi altında, su setin gözeneklerinden mansap eğimi yönünde akacak, böylece setteki yeraltı suyu seviyesi, gidilen yolun uzunluğuyla birlikte azalacaktır. Dolguya AA’, BB’ ve CC’ piyezometre boruları eklersek (şek. 9), hidrostatik basıncın etkisi altındaki boşluk suyu bu borulara girecek ve N1 seviyesine yükselecektir; bu, eğer A, B ve C noktaları borulardaki su kolonunun yükseklikleri olacak şekilde seçilirse tüm borularda aynı olabilir. h1, h2 ve h3.
Şek. 9. Eşpotansiyel ve akım hatları
Eğer keyfi olarak seçilmiş bir O-O düzlemine göre N1 su seviyesinin yüksekliğini h ile belirtirsek, o zaman tüm 3 noktaları, A, B ve C için h potansiyeli aynıdır. Bu üç noktayı birleştiren çizgi eşpotansiyel çizgisidir. Topraktaki yeraltı suyu bu hat boyunca akamaz, sadece potansiyeli daha düşük olan noktalar yönünde akabilir.
Benzer şekilde aynı kütledeki D, E ve F noktalarını daha düşük potansiyele sahip h ― Δh ile seçebiliriz. Bu üç noktayı birleştiren çizgi, h ― _Δh potansiyelinin eşpotansiyel çizgisidir. Eşpotansiyel çizgisinin ABC A noktasından, DEF eşpotansiyel çizgisinin sonsuz yakın bir D noktasına kadar su akışı, en büyük hidrolik düşüş imax yönünde, yani en küçük mesafe Δlmin = AD yönünde mevcut olacaktır. Bu, suyun aktığı AD çizgisinin her iki eş potansiyel çizgisine de dik olduğu anlamına gelir, çünkü
imax = Δh / Δlmin
burada Δlmin her iki eşpotansiyel çizgiye normaldir. Eşpotansiyel çizgilerine olan bu normaller, geçirgen kütledeki su akışının yönleridir ve akım çizgileri olarak adlandırılır. Birbirine dik olan eşpotansiyel ve akım çizgilerinin topluluğu bir akış ağı oluşturur.
Akış ağları kütle geçirgenliğine göre farklı şekillere sahiptir. En yaygın durum geçirimsiz toprak üzerinde, yani geçirimsiz hale getirilebilecek toprak üzerinde geçirgen kütleden oluşan dolgudur (şek. 10). Bu durumda eğer dış su seviyesi sabitse akım çizgileri parabolün orta kısmındadır.
Şek. 10. Geçirmez toprak üzerinde geçirgen bir dolgudaki akış ağı
Memba eğiminde paraboller, eşpotansiyel çizgiyi temsil eden eğime dik çizgilerle birleşir, çünkü N1 sabit bir seviyede su eğimden aşağı akmaz. Mansap eğimde paraboller eğime teğet olarak sonlanır, bu ne bir eşpotansiyel çizgi ne de bir akım çizgisidir. Setin altındaki geçirimsiz toprağın yüzeyi bir akım çizgisidir çünkü setin tabanındaki su bu yüzeye paralel olarak akar. Üst kısımda, akış ağı, filtreleme etkisi altındaki toprağın sınırını temsil eden, sızıntı çizgisi_ adı verilen temel bir parabol ile sona ermektedir. Bu sınırın altında toprak, dış suyun H*γW hidrostatik basıncından dolayı filtrasyonun etkisi altındadır, bunun üzerindeki toprakta ise herhangi bir filtrasyon yoktur. Sızıntı hattına aynı zamanda doygunluk çizgisi de denir çünkü altındaki toprağın tamamen suya doygun, üstündeki toprağın ise kısmen suya doygun olduğu varsayılır.
Gerçek şev değerlendirmesi, araştırmayı, tabakalamayı, dayanım parametrelerini, yeraltı ve yüzey sularını, seviye değişikliklerini, drenajı, sismik, kazı veya dolgu aşamalarını, bitişik yapıları ve geçici koşulları içermelidir. Gerekli koruma sağlanmadan kazı yapılması ve olası heyelan bölgesine girilmesi, genel metne veya eğimin şekline göre güvenli değildir.