Zeminden Numune Alma Usulü
Kayadan Numune Alma Usulü
Yeraltı Suyundan Numune Alma Usulü
Numune Alma Usulleri
3.3.1. Zeminde Numune Alma Yöntemleri
Zemin numunelerinin elde edilmesi için kullanılan yöntemler, genel olarak aşağıda verilen gruplara ayrılabilir:
(a) Sondaj yoluyla numune alma (karot numunesi, sürekli numune alma)
(b) Standart ve Özel Numune alıcı kullanılarak numune alma
(c) Blok numune alma
Bu üç numune alma yönteminin birlikte kullanılması mümkündür. Bazı durumlarda, bu üç numune alma yönteminin birlikte kullanılması jeolojik şartlara ve etüdün amacına bağlı olarak gerekli olabilir.
Numune alma yöntemleri; A, B ve C olmak üzere 3 kategoriye ayrılır. Verilen zemin şartları için, Tablo 1 ve Tablo 2 kolon 9’da verildiği gibi zemin numunelerinin (EN 1997-2 standardında tarif edildiği gibi) laboratuvar kalite sınıfının en iyi şekilde elde edilmesi bu numunenin hangi kategori ve kalite sınıfında alındığına bağlıdır.
- Kategori A numune alma yöntemleri: Kalite sınıfı 1 ila kalite sınıfı 5 olarak elde edilen numuneler,
- Kategori B numune alma yöntemleri: Kalite sınıfı 3 ila kalite sınıfı 5 olarak elde edilen numuneler,
- Kategori C numune alma yöntemleri: Sadece kalite sınıfı 5 olarak elde edilen numuneler
Kategori A numune alma yöntemi kullanılarak, sadece kalite sınıfı 1 veya kalite sınıfı 2 olan numuneler elde edilebilir. Bu yöntem ile numune alma işlemi veya numunenin taşınması sırasında, zemin örselenmeden veya çok az örselenerek numunenin elde edilmesi hedeflenir. Bu yöntem ile alınan numunenin boşluk oranı ve su içeriği, arazideki boşluk oranı ve su içeriği ile uyumludur. Zeminin kimyasal bileşimi veya bileşenlerinde değişim olmamalıdır. Jeolojik tabakada olan değişimler gibi beklenmedik durumlar, daha düşük kalite sınıfı numunelerin elde edilmesi sonucu ortaya çıkabilir.
Kategori B numune alma yöntemi, kalite sınıfı 3’ten daha iyi bir numune alma kalite sınıfının elde edilmesine imkân vermez. Bu yöntemde, numune ile arazideki zeminin orijinal ortamın bütün bileşenlerini ihtiva etmesi ve zeminin doğal su içeriğinin korunması hedeflenir. Bu yöntemde, farklı zemin tabakaları veya bileşenlerinin genel dizilişi tanımlanabilir. Bu yöntemde, zeminin yapısı örselenmiştir. Jeolojik tabakada olan değişimler gibi beklenmedik durumlarda, daha düşük kalite sınıfı numunelerin elde edilmesi sonucu ortaya çıkabilir.
Kategori C numune alma yöntemi, kalite sınıfı 5’ten daha iyi bir numune alma kalite sınıfının elde edilmesine imkân vermez. Bu yöntem ile numunedeki zeminin yapısı tamamen değişecektir. Bu yöntemde, farklı zemin tabakaları veya bileşenlerinin genel dizilişi değişir. Bu durumda, arazideki tabakalar tam doğru bir şekilde tanımlanamaz. Numunenin su içeriği, numunenin alındığı zemin tabakasının doğal su içeriğini temsil etmez.
Tablo 5. Laboratuvar deneyleri için zemin numunesi kalite sınıfları ve numune alma kategorileri
Zemin özellikleri
|
Kalite sınıfı
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Değişmeyen zemin özellikleri
|
|
|
|
|
|
Tane boyutu
|
|
|
|
|
|
Su muhtevası
|
|
|
|
|
|
Yoğunluk, yoğunluk indeksi, permeabilite
|
|
|
|
|
|
Sıkışabilirlik, kayma mukavemeti
|
|
|
|
|
|
Belirlenebilen özellikler
|
|
|
|
|
|
Tabakaların sırası
|
|
|
|
|
|
Tabaka sınırları - geniş
|
|
|
|
|
|
Tabaka sınırları - ince
|
|
|
|
|
|
Atterberg limitleri, tane yoğunluğu, organik içerik
|
|
|
|
|
|
Su muhtevası
|
|
|
|
|
|
Yoğunluk, yoğunluk indeksi, porozite, permeabilite
|
|
|
|
|
|
Sıkışabilirlik, kayma mukavemeti
|
|
|
|
|
|
EN ISO 22475-1’e göre numune alma kategorisi
|
Kategori A
|
|
Kategori B
|
|
C
|
Türkiye’de zemin araştırma sondajların neredeyse tamamına yakınında “Şelbi” veya “UD Örselenmemiş Numune” olarak tanımlanan farklı çaplarda ve et kalınlıklarında Tablo 8 Satır 1’de verilen “İnce Çeperli Açık Tüplü Numune Alıcı (OS-TW)” tipinde numune alıcılar kullanılmaktadır. Yaygın olarak kullanılan Şelbi tüpleri geometrik özellikleri Tablo 6‘da özetlenmiştir. Ayrıca, Standart Penetrasyon Deneyi “SPT” esnasında alınan ve “D Örselenmiş Numune” olarak tanımlanan Tablo 8, satır 6’da verilen Silindir (S-SPT) tipinde numune alıcılar kullanılmaktadır.
TS EN ISO 22475-1 6.4.2 bölümünde İnce Çeperli Açık Tüplü Numune Alıcı (OS-TW) tipinde numune alıcılar için detayı verilen kriterler dikkate alınması halinde ilgili Kategori/Kalite Sınıfı (farklı zemin koşullarından A/1,B/3,A/2) değerleri elde edilebileceği unutulmamalıdır. Bu Kategori/Kalite Sınıfı bu teknik ile elde edilebilecek üst seviyedir. Standart dışı numune alıcılar kullanılması halinde bu değerlerin sağlanması mümkün değildir. TS EN ISO 22475-1 uyarınca İnce Çeperli Açık Tüplü Numune Alıcıların sağlaması gereken asgari kriterler aşağıda sıralanmıştır:
- Numune alıcı tüpün malzemesi sert, korozyona dirençli ve pürüzsüz yüzeye sahip olmalıdır.
- Tüp çeper kalınlığı zeminde ilerleme esnasında bükülmelere dirençli olacak şekilde seçilmelidir.
- Kenar koniklik açısı 5° ’yi geçmemelidir,
- Alan oranı (AR); Numune alıcının Dış Çapı (OD) ve İç Çapı (ID) olmak üzere,
AR=OD2-ID2ID2*100 oranlaması ile numunenin mekanik örselenmesini belirleyen önemli faktörlerden biridir. İnce Çeperli Açık Tüplü Numune Alıcılarda %15 den az olmalıdır.
Literatürde yayınlanan bazı farklı numune alıcılar için hesaplanan geometrik özellikler Tablo 7 ‘de özetlenmiştir.
Geoteknik Arazi Karakterizasyonunun başarısı TS EN ISO 22475-1 uyarınca, farklı tip zeminlerde doğru numune alma yöntemleri ve alıcıları kullanılmasıyla doğru orantılıdır. Farklı zemin koşulları için uygun kategori ve kalite sınıfı tasnifi Şekil 3, Tablo 8 ve Tablo 9‘da özetlenmiştir.
Tablo 6. Türkiye’de Kullanılan Şelbi Tüpü “Örselenmemiş Numune (UD)”
Tipik Geometrik Özellikleri
Numune Alıcının
|
Adı
|
Uzunluğu
(mm)
|
Kalınlığı
(mm)
|
İç çapı
(mm)
|
Dış çapı
(mm)
|
L/D oranı
|
Alan oranı (%)
|
Kesici başlık koniklik açısı (°)
|
Tipi
|
L
|
t
|
ID
|
OD
|
L/D
|
AR
|
|
UD55
|
450
|
2.0
|
56.3
|
60.3 (2”)
|
7.7
|
14.7
|
14
|
İtmeli
|
UD55
|
450
|
2.5
|
55.3
|
60.3 (2”)
|
7.8
|
18.9
|
14
|
İtmeli
|
UD76
|
580
|
2
|
72.1
|
76.1 (2½”)
|
7.8
|
11.4
|
13
|
İtmeli
|
UD76
|
580
|
3
|
70.1
|
76.1 (2½”)
|
7.9
|
17.9
|
13
|
İtmeli
|
UD89
|
650
|
3
|
82.9
|
88.9 (3”)
|
7.6
|
15.0
|
12
|
İtmeli
|
UD89
|
650
|
4
|
80.9
|
88.9 (3”)
|
7.7
|
20.8
|
12
|
İtmeli
|
Alan Oranı Kriterini sağlayan AR = %14.7 < %15.0
|
Alan Oranı Kriterini sağlamayan AR = %18.9 > %15.0
Numune Alıcı Kesici Başlık Koniklik Açısı kriterini sağlamayan > 5°
|
Tablo 7. Literatürde Yayınlanmış Farklı Numune Alıcılar için Geometrik Özellikler
Numune Alıcının
|
Adı
|
Uzunluğu
(mm)
|
Kalınlığı
(mm)
|
İç çapı
(mm)
|
Dış çapı
(mm)
|
İçteki açıklık
|
B/t oranı
|
L/D oranı
|
Alan oranı (%)
|
Kesici başlık koniklik açısı(°)
|
Tipi
|
L
|
t
|
Dc
|
De
|
ICR
|
B/t
|
L/D
|
AR
|
OCA
|
JPN1,3
|
1000
|
1.5
|
75
|
76.5
|
0%
|
52
|
13.1
|
7.5
|
6
|
Piston
|
Laval1,4
|
660
|
4
|
208
|
218
|
0%
|
54
|
3.1
|
10.
|
5
|
Dönel
|
Şelbi2
|
910
|
1.65
|
72
|
76.2
|
<1%
|
46.2
|
11.9
|
14.2
|
21
|
İtmeli
|
GP-S5
|
1000
|
11.8
|
71.2
|
95
|
0.28%
|
8.1
|
10.5
|
78
|
~14.5
|
Piston
|
GP-TR5
|
1000
|
14.8
|
72.1
|
101.6
|
1.50%
|
6.9
|
9.8
|
105
|
~20.9
|
Dönel
|
Geonor761
|
585
|
2
|
76
|
80
|
0%
|
40
|
7.3
|
11
|
15
|
Piston
|
NGI541,3
|
585
|
2
|
76
|
80
|
0.60%
|
6.2
|
11.8
|
44
|
5
|
Piston
|
NGI953
|
1000
|
2.6
|
95
|
101.6
|
0.8-1.3%
|
38.5
|
9.8
|
11
|
16
|
Piston
|
1. Tanaka ve d. 1996; 2. ASTM D1587; 3. Lunne ve d. 2006; 4. Konrad ve d. 1995; 5. Kiso Jiban Consultants
|
Numune Alıcı Tanımı
|
Açıklama
|
Numune Alıcı Tipi
|
Kategori/ Kalite Sınıfı *
|
j
|
Standart Penetrasyon Deneyi ile Numune Alıcı
|
SPT
|
S-SPT
|
B/4
|
k
|
İnce Çeperli Açık Tüplü Numune Alıcı
|
Şelbi
|
OS-TW
|
A/1 - A/2
B/3
|
l
|
İnce Çeperli Sabit-Pistonlu Numune Alıcı
|
Pistonlu Numune Alıcı
|
PS-TW(S)
|
A/1
B/3
|
m
|
İnce Çeperli Hidrolik-Pistonlu Numune Alıcı
|
Pistonlu Numune Alıcı
|
PS-TW(H)
|
A/1
B/3
|
n
|
Mazier/IMAZ Yaylı Dönel Üç Tüplü Otomatik Numune Alıcı
|
Üç Tüplü Karot Numune Alıcı
|
CS-TT
|
A1
|
o
|
Jelli (Gel Push) Dönel Tek Tüplü Numune Alıcı (Sekmanlı - D /Sekmansız - R)
|
GP-R ve GP-D
|
LS (CS-ST)
|
A1
|
p
|
Jelli (Gel Push) Dönel Üç Tüplü Numune Alıcı
|
GP-Tr
|
CS-TT
|
A1
|
q
|
Jelli (Gel Push) Sabit (Hidrolik) Piston Numune Alıcı
|
GP-S
|
PS-TW(H)
|
A1
|
* Tablo 9, Sütun 6 uyarınca kategori/kalite sınıfı tasnif edilebilir.
|
Şekil 3. Numune alma tiplerinin şematik gösterimi ve kategori/kalite sınıfı tasnifi
Tablo 8. Numune kullanıcı ile numune alma (TS EN ISO 22475-1, Çizelge 2)
|
Tablo 9. Farklı tip zeminlerde numune alma kategorilerine göre numune alma yöntemlerine örnekler (TS EN ISO 22475-1, Çizelge 4)
Kayada Numune Alma Yöntemleri
Kayaç numunelerinin elde edilmesi için sondaj ile numune alma ve blok numune alma yöntemi genellikle kullanılır. Kayaçlardan alınan numune tipleri ise;
- Karot (sağlam ve sağlam olmayan)
- Kırıntılar ve karotla birlikte gelen kalıntılar
- Blok numuneler
şeklinde gruplandırılır. Kayaçlardan numune alma yönteminde de zeminde olduğu gibi üç kategori kullanılmaktadır (TS EN ISO 22475-1):
- Kategori A numune alma yöntemi
- Kategori B numune alma yöntemi
- Kategori C numune alma yöntemi
Sondaj yöntemleri ve farklı donanımlarla alınabilecek kaya numuneleri kategorileri Tablo 10’da özetlenmiştir.
Tablo 10. Farklı tip kayaçlarda numune alma kategorilerine göre numune alma yöntemlerine örnekler (TS EN ISO 22475-1 Çizelge 5)
|
Kategori A numune alma yöntemi kullanıldığında, kaya numunesi alma işlemi sırasında kayanın yapısında az veya hiç örselenme olmadan kaya numunelerin elde edilmesi amaçlanır. Kaya numunesinin dayanım ve deformasyon özellikleri, su içeriği, yoğunluğu, porozitesi ve geçirimliliği arazi değerleriyle uyumlu olmalıdır. Kaya kütlesinin bileşenlerinde veya kimyasal birleşiminde herhangi bir değişiklik bulunmamalıdır. Jeolojik şartların değişmesi gibi belirli ön görülemeyen durumlar, daha düşük kaliteli numunelerin elde edilmesine sebep olabilir.
Kategori B numune alma yöntemi kullanıldığında, alınan kaya numunelerinin arazideki kaya kütlesinin tüm bileşenlerinin bozulmamış oranlarını içermesi amaçlanır. Kaya parçacıkları, kayanın dayanım ve deformasyon özelliklerini, su içeriğini, yoğunluğunu ve porozitesini içermelidir. Kategori B numune alma yöntemi kullanıldığında, kaya kütlesindeki genel süreksizlik düzeni tanımlanabilir. Kaya kütlesi yapısının zarar görmesi durumunda kaya kütlesinin dayanım ve deformasyon özellikleri, su içeriği, yoğunluğu, porozitesi ve geçirimliliği de zarar görür. Jeolojik şartların değişmesi gibi belirli ön görülemeyen durumlar daha düşük kaliteli numunelerin elde edilmesine sebep olabilir.
Kategori C numune alma yöntemi kullanıldığında, kaya kütlesinin yapısı ve süreksizliği tamamıyla değişir. Kaya numuneler parçalanmış olabilir. Kaya kütlesinin bileşenlerinde veya kimyasal birleşiminde bazı değişiklikler meydana gelebilir. Kaya tipi ile matrisi, dokusu ve yapısı tanımlanabilir.
Türkiye’deki geoteknik projelerin sondajlarında sıklıkla karşılaşılan ve kaya kalitesi düşük (örneğin RQD (%) değeri sıfır veya oldukça düşük), “ayrışmış kaya” olarak tanımlanan birimler sondaj ve numune alımı sırasında özel dikkat gerektirmektedir. Kimi zaman bu birimin, orijinalinde o halde olmadığı, ancak yanlış sondaj yöntemleri vb. nedeniyle ile “ayrışmış kaya” haline geldiği ve o şekilde raporlandığı görülmektedir. Bu da yine sondajı yapan firma ve profesyonellerin alanında uzman/tecrübeli olmalarının, doğru planlama yapılması ve doğru sondaj tekniği ve ekipmanlarının kullanılmasının önemini ortaya koymaktadır. Kimi zaman ise sondaj loglarında gerçekte “ayrışmış kaya/zemin” sınırında olan bu birimler “kaya” olarak tanımlanarak, kimi zaman “karot numune alınamamıştır” denerek geçilmektedir. Bu tür malzemelere rastlandığında, uzman mühendis tarafından uygun görülmesi halinde, SPT ve/veya presiyometre deneylerinin yapılması, örselenmiş numuneler alınması önerilebilir. Sınıflama olarak kaya ve zemin arasında, geçiş malzemesi, diyebileceğimiz bu malzemeler ve sırf bu malzemelerin doğru karakterizasyonu ve davranışı konulu uluslararası konferanslar düzenlenmektedir. Bu birimlerin ayrı bir dikkat gerektirdiği göz önünde bulundurulmalıdır.
Yeraltı Suyundan Numune Alma Yöntemleri
Yeraltı suyu numune alma yöntemleri ihtiyaca göre seçilmelidir. Yeraltı suyu numune kalitesi; sondaj nedeniyle suda oluşan kirlilik miktarı veya suyun orijinal bileşeninde bulunan asılı madde, ayrışmış gaz ve tuzlar gibi maddelerin miktarı ile karakterize edilir. Yeraltı suyu numunesi genellikle projede yeraltı suyunun betona olan zararlarını ve doğal korozyon etkisini tayin etmek için alınır. Numune alıcı kuyu tabanında veya duvarında türbülansa sebebiyet vermeyecek şekilde su girişini sağlamak için önceden tayin edilen derinliğe yavaşça indirilmeli, suyun dolma ve tahliye sırasında hava ile teması kesilmelidir.
Numune şişelerini taşımak için ısı yalıtımlı veya soğutmalı dolap.
Şekil 4. Farklı yeraltı suyu numune alma ekipmanlarından genel görünüş
Yeraltı suyu numune alımı için çok farklı ekipmanlar kullanılmakla beraber (Şekil 4), asgaride bulunması gereken malzemeler;
- Hijyenik tek kullanımlık numune kabı veya hava sızdırmaz kapağa sahip temiz numune şişeleri,
- Sondaj sıvısının kuyudan tahliyesi maksatlı pompa,
- Yeraltı suyu numune alıcı – Vakumlu numune alıcı, beyler kovası vb.,
- Termometre,