Büyükçekmece-Gürpınar yerleşim alanı zemin sınıfı-şev duraylılığı ilişkisi

Bu tez çalışmasının amacı; kuzeyde E-80 Avrupa Otoyolu, güneyde Marmara Denizi, batıda Büyükçekmece Gölü ve Büyükçekmece Körfezi sınırı, doğuda Avrupa Otoyolu-Hadımköy Bağlantısı ile devamında Yavuz Sultan Selim Bulvarı ve Ziya Gökalp Caddesi hattı boyundan Marmara Sahili'ne kadar inen yerleşim alanındaki zemin sınıflandırması ile şev duraylılığı arasındaki ilişkinin belirlenerek, İstanbul Avrupa yakasında nispeten bakir kalmış ve göl kenarında olan bu alanda ileride yapılması muhtemel kentleşmeye yönelik uygun şev düzenlemelerinin tasarımı için öneriler sunmaktır. Hedeflenen çıktıların elde edilebilmesi amacıyla sırasıyla büro, arazi, laboratuvar çalışmaları yapılmış ve eldeki veriler derlenerek bulgular ve görüşler ortaya konmuştur. İnceleme alanında yapılan arazi ve literatür araştırmalarına dayanarak genel jeoloji bulguları verilmiştir. Oligosen ve Miyosen dönemlerine ait sedimenter çökellerin yüzeylendiği; yaşlıdan gence Gürpınar formasyonu, Çukurçeşme formasyonu, Güngören formasyonu ve Bakırköy formasyonunun stratigrafik istifi oluşturduğu ve Miyosen'e ait çökellerin Oligosen çökelleri üzerine açısal uyumsuzlukla geldiği tespit edilmiştir. Tabaka eğimleri genel olarak yatay ya da çok düşük eğime sahipken kütle hareketlerinin görüldüğü noktalarda arttıkları gözlemlenmiştir. Arazi çalışmasında 16 adet noktadan örnekler alınmış ve İstanbul Teknik Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü İndeks Özellikleri Laboratuvarı'nda zemin sınıflarının belirlenmesi için elek analizi, kıvam özellik deneyleri (likit limit ve plastik limit) yanısıra mühendislik ve tasarım parametrelerini belirlemeye yönelik fiziksel özellik deneyleri (piknometre, porozite ve su içeriği) yapılmıştır. Laboratuvar deneylerinden (elek analizi, plastik limit ve likit limit) elde edilen sonuçlar birleştirilmiş zemin sınıflandırması – USCS sistemi kullanılarak zemin tanımlamaları yapılmıştır. 16 adet örneğe ait zemin tanımlamaları incelendiğinde, inceleme alanının çoğunlukla iri daneli kumlardan oluştuğu ve çakıllı seviyelerin de yaygın olduğu görülmektedir. İnce daneli zemin birimleri ise Büyükçekmece kıyısı boyunca kuzey kesimde sınırlı bir alanda yayılım sunmaktadır. Tez çalışması kapsamında, İstanbul Avrupa yakasında nispeten bakir kalmış ve göl kenarında olan, şev duraylılığı ve kütle hareketleri açısından riskli bir bölge olduğu daha önceden yapılmış olan araştırmalarla bilinen inceleme alanında zemin sınıflandırması ile şev duraylılığı arasındaki ilişkiler elde edilen verilerle belirlenmiştir. İnce daneli zeminler için ilerideki süreçlerde yapılması muhtemel kentleşmeye yönelik uygun şev düzenlemeleri için ön tasarımlar sunulmuş ve düzenlecek şevlerde çekme çatlağının oluşması, yeraltısuyunun yükselmesi durumlarında önlem alınması gereken noktaların neler olduğu sunulmuştur. Kaba daneli zeminler için ise tasarlanan koşullar altında gerekli güvenlik sayısının sağlanabilmesi için yeraltısuyunun olması gereken derinliğini verecek denklemler ortaya konmuş ve daha sonra bu denklemlerin zemin özelliklerine göre sunduğu ilişkiler irdelenmiştir. Kaba daneli zeminler için c=0 yöntemi ve ince daneli zeminler için ampirik yöntem kullanılarak şev duraylılığı hesaplamaları yapılmıştır. İnce daneli örneklere ait hesaplamalarda Gs=1 alınarak limit denge yöntemi kullanılıp, sonsuz şev yaklaşımı ile şev duraylılığı analizleri yapılmıştır. Şev duraylılığı analizleri topoğrafya yüzeyinden 10 m. derinliğe kadar zeminin tamamen kuru ve tamamen doygun olması durumları ile zeminin yavaş ve hızlı yüklenmesi senaryo kriterlerine göre hesaplanmıştır. İnce daneli zeminlerde yapılan hesaplamalarda nihai şev boyutlandırması için deprem yükü de dikkate alınmıştır. TS 8853/1991 standardında, yamaç ve şevlerde fisürlü killer için güvenlik sayısı Gs=1.5 olarak belirtilmiştir. İnceleme alanının Kuzey Anadolu Fay hattına yakınlığı, 1 ve 2. derece deprem kuşağı içerisinde bulunması sebebiyle deprem analizi aşamasında Gs=1.6 olarak belirlenip şev analizi tamamlanmıştır. İnce daneli zeminler için ön tasarımı sunulan şevlerde zamanla şev duraysızlığına neden olacak etmenler olan yeraltısuyunun yükselmesi, şevin hareketsiz kısmında çekme çatlağı oluşması durumları için şev duraylılığı geri analiz yöntemiyle denetlenmiş, kritik statik su seviyeleri (Hsu), çekme çatlağına bağlı olarak şevi kaydıracak kütlenin uzunlukları (L) ve kalınlıkları (D) ortaya konulmuştur. İnce daneli zeminlerin yayılım gösterdiği alanda yapılması muhtemel şevler için yapılan bu ön tasarım hesaplamalarında sadece örneklere ait indeks-fiziksel özellikler kullanılmıştır. İlk olarak deprem yükü dikkate alınmadan yapılan hesaplamalarda tüm şevler için en uygun şev oranının 1.5:1 (yatay-düşey, α=33.69°) olduğu belirlenmiştir. Daha sonra deprem yükü de hesaba katılmış ve hesaplamalar bu yönde devam ettirilmiştir. Arazinin, Kuzey Anadolu Fay hattına yakın, 1. ve 2. derece deprem bölgeleri içinde ve kütle hareketleri açısından riskli bir bölge olduğu bilindiğinden; tüm hesaplamalar boyunca emniyetli tarafta kalmaya çalışılmış ve güvenlik katsayısı (Gs) 1.6, sismik katsayı (ky) 0.25 seçilmiştir. Böylece ön tasarımını sunduğumuz şev yapılarının olası bir İstanbul depremini en az hasarla atlatması amaçlanmıştır. Yeraltısuyunun derinde ya da yüzeyde olması durumlarında; deprem yükü dikkate alınmadan şevler için sunulan düşey mesafelerinin arasındaki ciddi farklar, yapılacak her türlü kentleşmeye yönelik yapı için drenaj önlemlerine ne kadar dikkat edilmesi gerektiğini göstermektedir. Ayrıca Gs=1 için belirlenmiş olan kritik şev yükseklikleri arasındaki ilişkilerden Gürpınar formasyonunun ince daneli zemin kesimleri için suya doygun bir şevde yeraltısuyu seviyesinin düşürülmesi durumunda kuru ortamdaki şev yüksekliğinin ne olması gerektiğine dair bir denklem önerilmiştir. Kaba zeminler için yapılan hesaplamalarda ilk olarak şev açısı 10° iken topoğrafya yüzeyinden 1 m., 2 m. ve 3 m. derinlikte olası bir kayma düzlemi boyunca, yeraltı su seviyesinin topoğrafya yüzeyinden 10 m. aşağıda olması (YAS=10 m.) koşulundan başlanarak, yeraltısu seviyesinin topoğrafya yüzeyine yaklaşarak yükselmesi koşuluna kadar analiz Gs=1 için analiz sürdürülmüştür. Analiz sonuçları ile kaba daneli zeminlere ait her bir örnek noktasında şev açısı 10° için güvenlik sayısının (Gs) 1-3 arasında değiştiği durumlar için yeraltısu seviyesinin (YAS) ne olacağı belirlenmiş ve Gürpınar formasyonun kaba daneli seviyeleri için genel denklemler önerilmiştir. Yapılan analizin ilerleyen kısmında şev açısının 20°-30° arasında değiştiği şevlerde Şev Açısı-YAS ilişkisi irdelenmiş ve Gs=1 iken, kayma düzleminin 1-3 m. arasında değiştiği durumlar için genel denklemler önerilmiştir. Daha sonra her iki koşulda örneklerin gösterdiği ilişkiler irdelenmiştir. Kaba daneli zemin örneklerinin tasarlanan koşullar altında sundukları Gs-YAS ve Şev Açısı-YAS ilişkileri denklemlerle ortaya konmuştur. Elde edilen denklemler zemin sınıflarına, kum yada çakıl olmalarına, son olarak da topluca kaba daneli zemin olmalarına göre gruplandırmalar yapılarak geometrik ortalama yöntemi kullanılarak genelleştirilmiştir. Zemin sınıfına göre genelleştirilmiş denklemler birbirine yakın ilişkiler sunmuştur. Her bir kaba daneli zemin örneğine ait denklemler zemin sınıfına, kum yada çakıl olmalarına, son olarak da topluca kaba daneli zemin olmalarına göre gruplandırıldıktan sonra önerilen denklemlerle karşılaştırıldığında ortalama olarak düşük farklar görülmüştür. Böylece tasarlanan zemin ortamlarında, Gs-YAS koşulunda sunulan denklemlerle güvenlik sayısının (Gs) 1-3 arasındaki değerlerinin, Şev Açısı-YAS koşulunda sunulan denklemlerle ise şev açısı 10-30° arasındaki değerlerinin sağlanabilmesi için yeraltısuyu seviyesinin olması gereken derinliğini zeminin sadece kaba daneli olduğu biliniyorsa dahi hızlı ve güvenilir şekilde hesaplayabilecek denklemler ortaya konmuştur. Yapılan tüm bu değerlendirmeler arazi gözlemleri, literatürden alınan bilgiler ve deney sonuçları ile bunlarla yapılmış olan hesaplamalara dayandırılmıştır. Bu çalışmada indeks ve fiziksel özellikler kullanılarak kentleşmeye yönelik şev tasarımları için öneriler ortaya konmuş, şev duraysızlığına neden olabilecek etmenler için kritik noktalar belirlenmiş ve bunların zemin sınıfları ile ilişkisi araştırılmıştır. İnceleme alanının kütle hareketleri açısından risk arzeden bir bölge olduğu bilinmekle beraber, yapılaşmanın bu yönde ilerlemesi ve burada zamanla birçok yapının inşaa edilmesi kuvvetle muhtemeldir. Bu çalışmanın kapsamı örnek alınan mevcut noktalar ve sadece karar verilmiş olan laboratuvar deneylerinden elde edilen verilerin literatürdeki bilgilerin yardımıyla da zemin sınıfı-şev duraylılığı arasındaki ilişkinin belirlenmesinde kullanılması ile şevler için ön tasarım önerilerinde bulunmaktır. Laboratuvar koşullarında yapılan deney sonuçlarıyla arazideki doğal şartlar arasında farklılıkların olabilmesi ihtimali ve doğada jeolojik özelliklerin kısa mesafelerde bile değişkenlik gösterebildiği göz önüne alındığında 56 km2'lik bir alanın tümüyle sadece 16 adet örnekle değerlendirilemeyeceği aşikardır. Kapsamlı mühendislik yapılarının inşaasında daha detaylı jeolojik ve jeoteknik araştırmalarının yapılması elzemdir. Bu tez kapsamında ortaya konmuş olan denklemler ve değerler, inceleme alanında Gürpınar formasyonunda tanımlanmış olduğumuz zemin sınıflarıyla ilgili çalışmalar yapılırken ön bir etüt yaklaşımı olarak kullanılabilir. İnceleme yapılması düşünülen alandan alınacak örselenmemiş örneklere ait kayma mukaveti değerlerlerinin (içsel sürtünme açısı ve kohezyon) belirlenmesi gerecektir. Önümüzdeki süreçte olası İstanbul depremini de düşünerek, özellikle D-100 karayolu ile E-80 Avrupa Otoyolu arasında kalan Büyükçekmece Gölü doğusundaki bakir kalmış arazide detaylı jeoloji ve jeoteknik araştırmalarla desteklenmiş yerleşime uygunluk değerlendirmeleri yapılmalı ve mühendislik yapılarının inşaası öncesi detaylı imara esas jeolojik zemin etüd raporlarının tatbik edilmesi gerekmektedir.