Sondaj Çalışmaları

 

Sondaj:


Sondaj; dünya yüzeyinde delik açmaya yarayan yöntemlere verilen addir. Kayalari parçalamak ya da delikde kesikler açmak gibi prensiblerle yürütülen islemlerdir.

Tarihçe

Sondajin ilk olarak nerede ve hangi tarihte yapildigina dair farkli görüsler bulunmaktadir. Ilk sondajin M.Ö. 2000 yillarinda bugünkü "darbeli sondaj" teknigine yakin bir yöntemle tuzlu su elde etmek için Çin’de yapildigi sanilmaktadir. Misir’da da yine M.Ö. ki yillarda basit sondaj yöntemleri kullanarak kuyular açildigi tahmin edilmektedir.
Darbeli sondaj teknigi, ile ilk petrol sondaji 1794 yilinda Fransa’da yapilmistir. Ilk karot alma makinasi 1864’de Isviçre’li bir mühendis tarafindan yapilirken bugünkü sondaj makinalarinin çalisma prensibini ortaya koyan ilk karot alma makinasi Isveç’li maden mühendisi Craelius tarafindan 1885 yilinda yapilmistir. Craelius’la darbeli teknik terkedilerek yavas yavas döner sondaja geçilmistir.
Türkiye’de bilinen en eski sondajlar bir Alman firmasi tarafindan petrol arastirmasi amaciyla Iskenderun’da açilmistir. Tekirdag’da açilan bir petrol kuyusunun ardindan, hakkinda yazili bilgi bulunan ilksu sondaji 1920 yilinda Istanbul’da açilmistir. 1935 yilinda MTA ve EIE’nin kurulmasi ile sondajciligin Türkiye’deki gelisimi hizlanmis ve bugünkü seviyeye ulasmistir.

Sondaj makinalari ve pompalar

Sondaj makinasi kisaca, bir kizaga veya kamyona monteli basit yapili sondaj donanimi olarak tanimlanabilir. Büyük sondaj donanimlarinda ayri ayri makinalarca yürütülen islevler sondaj makinalarinda birlestirilmis ve bir makina tarafindan yapilma olanagi getirilmistir. Genellikle sig sondajlarin açiminda kullanilirlar. Döner sondaj donaniminda döner masanin yerine sondaj makinalarinda morset bulunur. Sondaj makinalari çogunlukla etüt, maden ve su amaçli kullanilirlar. Sondaj makinalari delme yöntemine göre üç gruba ayrilirlar :
Rotari sondaj makinalari
Darbeli sondaj makinalari
Kombine çalissan sondaj makinalari
Ayrica montaj durumuna göre rotari makinalari üç sinifa ayirmak mümkündür :
Kizakli sondaj makinalari : EIE ‘ deki sodaj makinalarinin tamamina yakini bu tiptedir.
Özel amaçli sondaj makinalari : Bunlardan Hausher sondaj makinalarinin hareketli paletleri vardir. Genellikle enjeksiyon sondajlarinda kullanilirlar.
Bindirilmis sondaj makinalari : Bir kamyon ya da römorka montelidir. EIE ‘ de 2 adettir.

Sondaj makinalarinin bölümleri

Sondaj makinalari dört bölümden olusur.
Tahrik ünitesi : Güç üniteleri dizel, benzinli, elektrik motorludur. EIE makina parkinda bulunan sondaj makinalarindan elektrik motorlu iki Hausher ve üç Diamec –250 disindakiler dizeldir. 10 adedi su sogutmali digerleri hava sogutmalidir.
Güç aktarma organi : Kuru kavramali tip debriyaj ve sanzumandan olusur.
Sondaj ünitesi : Morset kismi, kedi basi, vinç ve hidrolik kisimdan olusur.
Kizak : Sase kismidir.
Matkap: sondaj yapilmasi için gereken en önemli malzemelerden biridir.toprak(yumusak,sert,killi vb.) ve tastan (kaya,çakil vb.) olan zeminler için farkli çesitleri bulunmaktadir.

Sondajda kullanilan pompalar ve özellikleri

Sondajda dört ayri grupta yer alan pompalar kullanilmaktadir. Bunlar pistonlu pompalar, santrfüjpompalar,dalgiç pompalar vederin kuyu pompalaridir. EIE de bunlardan pistonlular kullanilmaktadir.
Pistonlu pompalar : Tek pistonlu, iki pistonlu ve üç pistonlu olarak üretilirler. EIE ‘de üç pistonlu (tripleks) pompalar kullanilmaktadir. Yalnizca enjeksiyon pompalari iki pistonludur. Pistonlu pompalarin santrfüjlere nazaran verimleri az ancak basinçlari yüksektir. Bu nedenle sondajda tercih edilir. Tripleks pompa dengeli çalisir, hafiftir,parçalara bölünebilir. Enjeksiyon pompalari elektrik motorlu olup diger pompalar dizel motorlu ve hava sogutmalidir.
Santrfüj pompalar : Basinç gereksinimi küçük debisi büyük yerlerde kullanilir. EIE de yoktur.
Dalgiç pompalar : Elektrikle çalisir. Pompa ve motor suya batarak çalisir.
Derin kuyu pompalari : Emme yüksekliginin 6-7 m’den büyük oldugu yerlerde kullanilir. Suyun basma özelliginden yararlanarak çalisir.
Sirkülasyon pompalari 50-70 Atm basinçta 135-250 lt/dk debide, enjeksiyon pompalari 80 Atm basinçta ve 65 lt/dk debide su basabilmektedir. Tripleks pompalarin syrok ayari bir somun araciligi ile ayarlanarak 35-45-50 kg/cm kare olarak basinç ayarlamasi yapilabilir. Ayarlama sonucu basinç arttikça debi düser..

Sondajcilikta yapilan baslica isler

Sondajin istenilen noktada yapilabilmesi için ilk olarak fiziki sartlarin saglanmasi gerekir. Bu da ancak sondaj lokasyonuna ulasmakla ve kullanilacak makina ve ekipmani nakletmekle gerçeklesebilir. O halde öncelikler su sekilde olacaktir :
Yol yapimi
Platform yapimi
Nakliyat
Su temini
Monte
Sondaj yolunu en az egimli ve kisa olacak biçimde planlamak nakliyatin kolayligi için son derece önemlidir.
Platform yeterli genislikte ve meyilsiz olarak hazirlanmalidir. Zeminin islanip çamur olmamasi için tedbirler alinmalidir. Nakliyat, bilindigi gibi is kazalarinin meydana geme olasiliginin yüksek oldugu bir çalisma sürecidir. Bu nedenle çok dikkatli vetedbirli olunmalidir. Su hattini döserken hattin dik olmasi kaygisina kapilmadan en kisa güzergah seçilmelidir. Pompanin gücünü hattin egiminin degil, kot farkinin etkiledigi unutulmamalidir. Monte çalismasinda da açilacak kuyunun derinligi ile orantili saglamlik esas alinmalidir.
Sondajcilikta yapilan baslica isler söylece özetlenebilir :
Karot veya sediman numune alma isleri.
Yeralti su seviyelerinin ölçülmesi
Basinçli su deneyi yapilmasi
Sizma deneyi (permeabilite deneyi )yapilmasi
Standart penetrasyon deneyi
Koni penetrasyon deneyi
Bozulmamis veya bozumus numune alma isleri
Boya deneyleri
Kuyu sapmalarinin ölçülmesi
Kuyu saptirma kamalarinin kullanilmasi
Kuyularin borulanmasi
Sondajcilikta kullanilan ölçü birimleri :
DCDMA standarti
Craelius metrik standarti
Comecon standarti
Bunlardan ilki Amerikan kökenlidir. BX,NX gibi. Ikincisi metrik sistemdir,mm ile söylenir. 76 mm,84 mm gibi. Üçüncüsü de mm ile ifade edilen ve eski Sovyetler Birligi’nde gelistirilmis bir standarttir.EIE’de Craelius metrik standarta uygun malzemeler kullanilmaktadir.
Sondajcilikta kullanilan ölçü birimleri ve metrik sistemdeki karsiliklari su selildedir :
Inç(parmak) : 2,54 cm
Fit(ayak) : 30,48 cm
Kara mili : 1609,35 m
Calon : 3,785 lt
Libre(pound) : 0,453 kl
1 Atm : 1 kg/cm :760 mm-Hg : 10,3 mss
0/0 50 egim : 45 derece
1 kw : 1,341 B.G.
1karat : 0,2 gr


Pompalarin emme yüksekligi atmosfer basinci ile ilgilidir.ortamda hava bulunmasaydi suyu emerek basmak mümkün olmazdi. Emme yüksekligi teorik olarak atmosfer basincina yani 1 at’e esittir. Bu da 10,3 m’ye tekabül eder.Pratikte bu yükseklik 6-7 m’dir.Yani daha yüksek bir emme düzeyi pompanin görev yapmasina engeldir.

 

Sondaj deliklerinde yapilan arazi deneylerinin amaci genel olarak iki grupta toplanir.  Temelin cinsi ve yapisi hakkinda bilgi edinmek için yapilan arastirma ve deneyler.  Temelin yük altindaki mekanik davranislarini incelemek ve belirlemek için yapilan deneyler. Yerinde yapilan bu deneylerle örnek almadaki örselenme minimuma indirilmekte zemin içinde bulundugu hakiki çevre kosullarinda (gerilme durumu, bosluk basinci, doygunluk derecesi) deneye tabi tutulmakta deney sayisi kolayca artirilabilmekte ve inceleme maliyeti azaltilabilmektedir. Arazi deneyleri ile dogrudan veya dolayli yollarla zeminin kayma mukavemeti, gerilme- deformasyon karakteristikleri, permeabilite bulunabilmektedir. 

 

STANDART PENETRASYON DENEYI (SPT) :

Penetrasyon deneylerinin ana prensibi zeminin sikilik derecesini belirlemek ve bu sikilik derecesinden korelasyonla kayma direncine geçmektir. Standart Penetrasyon Testi sondaj deliklerinde yapilan çok kullanisli ve basit bir deneydir. Bu deneyde dis çapi 50mm, iç çapi 35mm ve boyu 650mm olan çelik tüpün zemin içerisine itilmesi söz konusudur. Çelik tüpün alt ucu kesici olup, üst ucu tijlere baglanti yapabilecek özelliktedir. Penatrometre tijlerin ucuna baglanarak kuyu dibine indirilir ve örselenmeyi önlemek için zemine 15 cm itilir. Daha sonra 63.5 kg kütlesi olan düsme çekici (sahmerdan) 76 cm yükseklikten kilavuz bir milden serbest düsmeye birakilir. Penatrometrenin zemine 30 cm girmesi için gerekli sahmerdanin serbest düsme sayisi belirlenir. Bu serbest düsme sayisina (N) standart penetrasyon sayisi denir. Deney sondaj kuyusunda istenilen seviyede uygulanabilir. 50 sahmerdan vurusunda 30 cm penetrasyon elde edilemiyorsa daha fazla düsüm yapilmaz ve o andaki penetrasyon degeri kaydedilerek deneye son verilir. Deney 0.75 ile 1.5 m arasi araliklarla veya en az temel genisligi B’ye esit araliklarla yapilir. Uygulamada en çok kullanilan yöntemdir. Özellikle kumlu zeminlerde iyi sonuçlar vermektedir. 

Eger deney su tablasi altinda yapiliyorsa kuyu tabanindan suyun girisi önlenmelidir. Aksi taktirde suyun yukari dogru sizma basinci zemini gevsetir ve yanlis sonuçlarin elde edilmesine sebep olur. Gerekiyorsa kuyudaki su seviyesinin sabit kalmasi için kuyuya su verilebilir. Deney su tablasi altinda uygulanmiyorsa ve standart penetrasyon degeri de 15’ten büyükse standart penetrasyon sayisinin düzeltilmesi gerekir. Bunun için asagidaki baginti kullanilir;

N’= 15+0.5 * (N-15)

N’= düzeltilmis darbe adedi

N= standart penetrasyon düsüm sayisi SPT degerleri sadece rölatif yogunluga bagli olmayip deneyin uygulandigi yerdeki efektif yük basincina da baglidir. Bunun içinde efektif yük basincina göre N degerlerinin asagidaki bagintiya bagli olarak düzeltilmesi gereklidir.

N1= Cn * N

N1=düzeltilmis darbe adedi

Cn=düzeltme faktörü

N= standart penetrasyon düsüm sayisi 

 

DINAMIK PENETRASYON DENEYI (CPT):

Dinamik penetrasyon deneyi standart penetrasyon deneyi ile ayni prensiplere sahiptir. 64mm çapli ve 600 tepe açili konik bir baslik kullanilir. 63.5 kg’ lik bir agirlik 76 cm yükseklikten düsürülür ve her 30 cm’lik ilerleme için darbe sayisi belirlenir. Dinamik penetrasyon direnci (Nco) ile standart penetrasyon deneyi (N) arasinda söyle bir ampirik baginti vardir.

Nco= 1.5 * N

Nco= dinamik penetrasyon direnci

N= standart penetrasyon düsüm sayisi Bu bagintidan elde edilen standart penetrastyon sayisi (N) ‘e göre degerlendirme yapilir.  

 

STATIK PENETRASYON DENEYI:

Hollanda koni deneyi veya derin penetrasyon deneyi olarak da bilinmektedir. Bu deneyde bir çelik boru ile bunun içinden geçen ve ucunda bir koni bulunan bir çubuk, sira ile zemine itilerek uç ve sürtünme dirençleri ayri ayri saptanir. Koni 3.6 cm çapli ve 10cm2 alanli olup uç açisi 600 dir. Boru dis çapi koni tabani çapi kadardir. Zemine itisi genellikle hidrolik kriko ile yapilir. Deney için sondaj kuyusu açmaya gerek yoktur. Deneyde boru ve koni birlikte zemine itilir ve daha sonra uç tek basina itilerek itme için gerekli basinç ölçülür. Daha sonra boru itilerek sürtünme direnci ölçülür. Islem ayni sira ile sürdürülür. Gevsek üniform ince taneli zeminlerde basariyla kullanilabilen bu deney siki köseli taneli ve çakilli zeminlerde pek kullanilmamalidir. 

 

VANE DENEYI:

Yumusak ve ince taneli duyarli zeminlerin kayma dayanimini yerinde belirlenmesi amaciyla kullanilir. Kanatli kesici olarak da adlandirilan bu deney yumusak kil ve yumusak silt gibi çok duyarli kohezyonlu zeminler içine sokularak döndürülen kanatli kesicinin kanatlarina zeminin yaptigi direncin ölçülmesi prensibine dayanir. Zemine batirilan dört kanatli bir kesme aletine uygulanan burulma momenti ile zemin içerisinde silindirsel bir yüzey üzerinde zeminin kayma direnci yenilerek kesilir ve kanatli alet zemin içerisinde döner. Deney araziden tüp içerisinde getirilen numunenin tüpten çikarilmasina ihtiyaç duymaksizin yapilabilir. Böylece numunenin daha fazla örselenmemis olmasi deneyin, tercih edilme sebeplerinden bir tanesidir. 

 

PRESSIOMETRE DENEYI:

Çok yumusak ve yumusak zeminlerden baslayarak elastisite modülü 200 000 kg/cm2 ye kadar olan kayalarin mekanik karakteristiklerinin belirlenmesi ve jeolojik süreksizliklerin etüdü için kullanilan bir deneydir. Deneyin prensibi sondaj deligi içerisinde belli seviyelerde (bu seviyelerin sistematik olmasi tercih edilmelidir) aletin kuyuya indirilen kismi ile meydana getirilen radyal basinçlarin kuyu cidarinda olusturdugu deformasyonlara karsit gelen hacim- basinç grafiginin degerlendirilmesinden sonuca gidilir. Uygulamada en çok kullanilan yöntemlerden bir tanesidir. 

 

YÜKLEME DENEYLERI :

Zeminlerin tasima gücünü yerinde belirlemek için yapilan bir ölçüm yöntemidir. Daha çok yüzeysel temellerde tercih edilmelidir. Yol pist insaatlarinda ve kumlu zeminlerde basvurulan yöntemdir. Prensip olarak belli büyüklükteki bir plaka üzerine belli zaman araliklarinda (6 saatten az olmamali) yükleme yapilir ve bu yük altindaki çökmenin hassas ekstansometreler yardimiyla ölçülmesi ile çökme basinç egrisi çizilir. Buradan zeminin tasima gücü bulunur ve emniyetli tasiyabilecegi yük belirlenir.