1-YJ Mekanik Davranislar Sed Yapilar

1IV. KAYALARIN MEKANK DAVRANISLARI

Prof.Dr.Kadir Dirik Ders Notlar

2Prof.Dr.Kadir Dirik Ders Notlar

10

IV. KAYALARIN MEKANK DAVRANILARI

IV.1 Kayalarn davran ekilleri

Yeryznde gzleyebildiimiz jeolojik kayalara bakacak olursak, bunlarn bir ksmnnatlayp, krlp yarlmasna karlk, dier bir ksmnn kvrlp bkldn grrz.

Ayn kaya cinsinde hem kvrlma hem de krlma grebildiimize gre, bu deiik yap tiplerifarkl koullar altnda olumu olmaldr.

Deiik gerilme ve scaklk koullar altnda cisimlerin davranlar ana gruba ayrlr: (1)Elastik davran (elastic behaviour), (2) Plastik davran (plastic behaviour), (3) Viskozdavran (viscous behaviour). Bu ana gruplar arasnda elasto-plastik (elastico-plastic),plastiko-viskoz (plastico-viscous) olarak isimlendirilen gei blgeleri de vardr (ekil IV.1.).

ekil IV.1. deal mekanik modeller ve deiik karakterdeki mekanik davranlarn gerilme-deformasyon grafikleri (Hatcher 1995)


ekil IV.1. deal mekanik modeller ve deiik karakterdeki mekanik davranlarn gerilme-deformasyon grafikleri (Hatcher 1995)

11

ekil IV.2. Yer krenin kabuk (crust), ve mama (magma) kesimindeki malzemenin davrann gsteren diyagramlar (Hatcher 1995)


IV.1.1 Elastik davran / elastik cisim

ubuk eklinde bir cismin zerine, aralarndakiuzaklk olan iki A ve B noktas iaretleyerek cisme ikiucundan bir ekme gerilmesi uygulayalm. Belirli birgerilme deeri iin cismin boyunda kadarlk biruzama meydana gelecektir.

Bu deformasyonu uygulayan ykn fonksiyonu olarakbir grafik zerine iaretleyelim. eitli ykler iin eldeedilen deformasyonlarn iaretlenmesi ile bir gerilme-deformasyon grafii (stress-strain diagram) eldeedilir (ekil IV. 3, 4).

ncelenen cisim, belirli bir gerilme deerine kadaryklendikten sonra, ykn kaldrlmas ile yine eskiboyutunu kazanyor, yani cisim zerine iaretlediimizuzaklk yine ise, byle cisme elastik cisim denir.

ekil IV.3. Elastik cismin gerilme-deformasyon grafii


13

ekil IV.4. Krlgan (brittle) cismin gerilme-deformasyon grafii. Yield strength: yenilme dayanm, rupture: kopma, elastic limit: elastiklik snr.

Elastik cisimlerin gerilme-deformasyon grafikleri bir doru eklindedir. Bu zellik HookeKanununda ifadesini bulur.Hooke Kanunu: Mkemmel elastik bir cisimde deformasyon gerilmenin lineer birfonksiyonudur (ekil IV. 3).Btn elastik cisimler ancak belirli bir gerilme deerine kadar muhafaza edilebilirler. Busnr gerilmesine elastiklik snr (elastic limit) denir (ekil IV. 4). Bu snrn almashalinde yk kaldrldktan sonra cisimde bir miktar deformasyon kalr; bu deformasyonakalc deformasyon (permanent strain) denir. Kalc deformasyonun kazanlmas halindegerilme-deformasyon erisinde ykn yava yava azaltlmasna kar gelen geri dnmeayn yoldan olmaz. Gerilmenin belirli bir deerinde cisim krlr (ekil IV. 5).


ekil IV.5. evresel basn altnda deformasyona urayan kiretann gerilim-deformasyon diyagram. A, Plastik deformasyonun balad nokta. B, eksenel ykn kaldrld nokta. C erisi, ikinci ykleme. D erisi, plastik deformasyon. E, kopma noktas. Yield strength: yenilme dayanm. Strain hardening: deformasyon sertlemesi. Ultimate strength: nihai dayanm snr. Rupture strength: kopma dayanm.


ekil IV.6. Deiik deformasyon tiplerinigsteren gerilme-deformasyon grafii.

A) Elastik deformasyon (krlgan cisim),

B) Mkemmel plastik deformasyon(plastik cisim),

C) Birim deformasyon sertlemesi(strain hardening) gsteren plastikdeformasyon (snml cisim),

D) Tipik plastik deformasyon (snmlcisim)

Baz cisimler elastik limiti takip eden ok dk bir deformasyondan sonra krlr. Bu tr cisimleregevrek (Brittle) cisim denir.

Dier bir ksm cisim ise elastik limiti atktan sonra plastik deformasyon gsterir, bu nedenle elastik limitile kopma arasndaki deformasyon olduka byktr. Bu tr cisimlere snml (Ductile) ad verilir.


IV.1.2. Plastik davran / plastik cisim:

Gerilmenin sonlu bir deeri iin, gerilme artmakszn deformasyonun srekli olarak arttcisimlere mkemmel plastik cisim ler ad verilir. Mkemmel plastik cisimlerde gerilmedeformasyonun hzna da bal deildir; gerilme-deformasyon erileri yatay bir izgidenibarettir. ou cisim bu srekli deformasyona belirli bir gerilme deerinden sonra ular vecisimde akma balar. Dier bir deile kk gerilme deerleri iin elastik bir cisim gibidavranan numune, belirli bir gerilme deerinden sonra (elastiklik snr) lineer deformasyonhalinden ayrlr. Gerilme daha da arttrlrsa cisimde devaml deformasyon yani uniformakma balar.

Kayalarda uniform akmann deiik mekanizmas vardr:

a. Granlasyon

b. Taneler ii (ntragranular) kayma

c. Lokal ergime ve yeniden kristallenme

a. Granlasyonda akma, taneler aras hareketler srasnda ou tanelerin gzlegrlemeyecek derecede ince atlaklarla pek kk paralara ayrlmas ile olur. Bu akmatrnde srtnme nemlidir.

b. Taneler ii kaymada, kristal iinde meydana gelen bir kayma yzeyi zerinde birhareket meydana gelir. Bu hareket iki trldr:

Translasyon kaymas

kizlik kaymas


Translasyon kaymasnda birbirine paralel dzlemler ile ayrlan paralarn her biri birbirinenazaran rlatif hareketler yaparlar. Bu trden bir plastik deformasyon sonucu kristal ekildeitirir.

kizlik kaymasnda bir kristalin belirli bir kristalografik dzlemi zerindeki atomikdizilerin bir ksm, dier ksmndan bir makaslama hareketi ile ayrlr. Bu ayrlma srasndaayrlan ksmdaki atom ebekesi ekil deitirir. Bu kaymann sonucunda kristalde ikizliktekil eder.

c. niform akmann bir dier tr de lokal ergime ve yeniden kristallenme dir. Uygunbasn ve scaklk altnda malzeme iinde lokal ergime meydana gelir. Yeni kristallenmesrasnda bu kristaller basncn minimum olduu dorultularda uzarlar. Bu belirlidorultulardaki uzamalar cisimde niform bir akma meydana getirir.

IV.1.3. Viskoz Davran

Viskoz cisimler mkemmel akkanlarla katlar arasnda yer alr. Bu cisimler kendiarlklar ile dahi, zamana bal bir deformasyon gsterirler. atlak bir bidondan asfaltnszmas gibi.


IV.2. Cisimlerin Davranlarn Kontrol Eden Faktrler

evresel basn (confining pressure) ve ykleme hz, Scaklk (temperature), Solsyonlar,Zaman (time), Boluk basnc (pore pressure), Anizotropi ve inhomojenite kayalarndavrann kontrol eden nemli faktrlerdir.

IV.2.1. evresel basn yerin derinliklerinde artar.

Kayalar yeryznde ok kk bir plastik deformasyonu takiben yenildikleri halde, yerinderinliklerinde uzun bir plastik davran hareketi gstereceklerdir ve yksek kuatlmbasn yznden daha yksek dirence sahip olacaklardr (ekil IV. 7, 8, 9, 10, 11).

ekil IV-7. eksenlitestte oluan makaslamayzeyleri.a) Atmosferik koullardayenilme,b) 35 kg/cm-2 evreselbasn altnda yzde 1deformasyon,c) 100 kg/cm-2 evreselbasn altnda yzde 2deformasyon,d) 210 kg/cm-2 evreselbasn altnda yzde 12,5deformasyon (Paterson1958, Badgley 1965 te).


ekil IV-8. Yzde yirmi deformasyon oluturan deiik evresel basnc altnda ortaya kan ekil deiiklikleri. a) Deformasyona uramam,b) 280 kg/cm-2 evresel basn altnda, c) 460 kg/cm-2 evresel basn altnda, d) 1000 kg/cm-2 evresel basn altnda (Paterson 1958, Badgley 1965).


20

ekil IV.9. Deien evresel basncn Solenhofen kireta zerindeki etkisi.

ekil IV.10. evresel basncn deiik kaya eitleri zerindeki etkisi.


21

ekil IV.11. Baz kayalarn deien evresel basn altndaki snmll (ductility).


VI.2.2. Scaklk

ekil IV.12. Is ve svlarn mermerin deformasyonu zerindeki etkisi

Yeryznde veya s derinliklerde kayalar iin plastik deformasyon sz konusu olmasa da, derinlerde yalnz scaklk artmasyla bile kayalar daha kolay plastik davrana geebilmektedirler (ekil IV.12).

IV.2.3. Solsyonlarn etkisiKayalarn deformasyonu srasnda boluklarnda gezinen solsyonlarla kaya arasndaetkileimler meydana gelir. Bu etkileim zellikle metamorfik kayalarda youndur.Kayacn atlaklarnda gezinen solsyonlarn cinsi, direnci etkiler ve meydana gelecekbiim bozulmasnn iddetini tayin eder. Svnn younluk ve viskozitesinin artmas kayacdaha abuk yamulmaya ve kopmaya gtrr (ekil IV. 12).


IV.2.4. Zaman

Jeolojik olaylar ok byk zaman srelerinde meydana gelir. Genellikle malzemenindeformasyonu gerilmenin uygulanma srecine de baldr. Yeryuvar ksa periyotluetkilenmelere kar elastik ve rijid, uzun sreli etkilenmeler karsnda ise plastik davrangsterir.

IV.2.5. Boluk basnc

Kayalarn boluklarnda gezinen sular veya dorudan boluun kendisi litostatik veyakuatlm basnc azaltc ynde etki gsterir. Ayrca malzemenin de kohezyonunu yaniyapkanln azaltc etki yapar.

IV.2.6. Anizotropi ve nhomojenite

Kayalar her blmlerinde kompozisyonel farkllk gsterir. Bu nedenle her parasnn tekdzeayn davran gstermesi beklenemez. rnein krklar, katmanlanma ve foliasyon kayadayanmnn her dorultuda ayn olmamasn sonular.

Bileimsel farkllklarda kayacn farkl dorultularda yine farkl dayanmlara sahip olmasnaneden olur. Bu zellie kayacn inhomojenitesi ad verilir.


V. TEKTONK OLMAYAN YAPI EKLLERV.1. Primer YaplarBu yaplar kayacn olumas srasnda meydana gelen yaplardr.

-sedimanter kayalarda, magmatik kayalarda grlr

-metamorfik kayalarda grlmez

Primer yaplarn faydas:

deformasyonun hesaplanmas

nce sonra

Tabakann alt ve stnn tespiti, bylece greceli ya tayini mmkn olabilir.

Tanma (aknt) ynnn tayini

kelme ortamnn tespiti

V.1.1. Sedimanter primer yaplar

Bu yaplar tabaka iinde gzlenen ve tabakann alt ve stnde gzlenen yaplar olmak zere iki grupta snflanr.


25

V.1.1.1. Tabaka ii yaplar

Tortul kayalarn en nemli zellii tabakalanmadr. Tabakalar birbirlerinden bileim, doku, renk ve sertlik farklar ile ayrlr (ekil V.1, 2). Kalnlklarna gre tabakalar ok kaln tabaka, kaln tabaka, orta kalnlkta tabaka, ince tabaka, ok ince tabaka ve kaln lamina, ince lamina olarak gruplanrlar (Tablo V.1).

ekil V.1. Balca tabaka eitleri. A) Homojen masif kumta B) Dereceli (boylanmal) tabaka, C) Kark dereceli tabaka, D-H) ince tabakalar,-J) eyl laminas ile ayrlm kumta,K) Keli eyl paralar ieren heterojen kumta, L) Heterojen aklta tabakas, S: tabakalanma yzeyi.

ekil V.2. Balca tabakalanma rnekleri. A) Paralel tabakalanmal kumta, B) apraz tabakalanmal kumta, C) Paralel dokulu aklta, D) apraz dokulu aklta,Ea) Sklamam kil, Eb) Sklam kil, Fa) Paralel doukulu sklam kil, Fb) Paralel dokulu iyi tabakalanmal kil


Tablo V.1. Kalnlklarna gre tabakalarnsnflandrlmas

26

Tortul kayalarn depolanmas srasnda ortam zelliklerini yanstacak ekilde bazsedimanter yaplar oluur. Tabaka iinde grlen bu yaplarn en nemlileri dereceli-boylanmal tabakalanma ve apraz tabakalanmadr.

Dereceli tabakalanma (graded bedding): Tabaka ierisinde taneler byklklerine grebir sralan gsterirlerse buna Dereceli veya boylanmal tabakalanma denir (ekil V.3).Tabakann alt ve stn tespitte nemli bir yapdr. Kumtalarnda, ince akl talarndageliir ve trbidit akntlarla meydana gelir. Ayrca aknt ynnde yass akllarn ststedizilmesiyle oluan stste bindirmeli yap (imbrication) (ekil V.4), aknt ynn tespitetmekte kullanlan nemli bir tabaka ii yapdr.

apraz tabakalanma (Cross bedding): Klastik tortul kayalarda tanelerin sralan,veya dizilii tabakalarn alt ve st yzeylerine paralel olmaz ise buna apraztabakalanma denir. Rzgar veya akntnn etkisiyle oluur (ekil V. 5). Levha, mercek vekama eklinde olabilirler (ekil V. 6).


ekil V.3. Dereceli tabakalanma ekil V.4. stste bindirmeli (imbrication) yap gsteren aklta

st

Alt

27

ekil V.5.5. A) Rzgarn etkisiyle oluan apraz tabaka, B) Rzgar ynnn deimesi sonucunda oluan apraz tabakalar, C) ve D) Aknt (Nehir veya deniz) ile oluan apraz tabakalanma.


ekil V.6. apraz tabakalanma tipleri. A) Teetsel, B) Levha eklinde, C) Kama eklinde, D) Tekne eklinde

C D

Alt

st

ekil V.7. apraz tabakalanma gsteren kumta

28

V.1.1.2. Tabaka st yaplarBu tip yaplar tabann stnde oluur ancak daha sonra anma nedeniyle kalp

olarak tabakann alt yzeyinde gzlenirler (ekil V.8).ekil V.8. Alttaki orijinalsedimanter yapnnzerine depolananbirimde oluan kalp (A,D) ve daha sonra,tabakann devrilmesiylekalbn kazandgrnm (C, D).

Kalp

Orijinal

Ters dnm(devrik) kalp


RiplmarklarTabaka yzeylerinde grlen ve aknt veya dalga ile oluan nemli bir yap eklidir.Bunlar gevek ve taneli tortullarda st yzeylerin rzgar, su aknts veya denizdalgalarnn etkisi ile inili kl bir ekil almalardr. Balca iki tr olup birincisiasimetrik veya aknt riplmarklardr (ekil V.9). Az eimli yamalar akntnn veyarzgarn ak ynn gsterir. kinci tr simetrik riplmarklar olup, deniz dalgalarnn ikitarafl ritmik hareketleri etkisi ile meydana gelirler. Bu nedenle bunlara dalgariplmarklar da denir (ekil V.10).

ekil V.9. Aknt riplmarklar ekil V.10. Dalga riplmarklar

29


Kuruma atlaklar

Bunlar killi-amurlu tortularn uzun sre atmosfer altnda kalmalar ve kurumalar sonucumeydana gelir. ksmlar ou kez ince kum taneleri ile dolar. Kum atlaklar aa dorudaralr, kama biimine girerler ve bu zellikleri ile iinde bulunduklar tabakann alt ve styzeyinin belirlenmesini salarlar (ekil V. 11).


Oyuk ve srklenme izleri ve yk kalb

Killi tabakann st yzeyinde oyuklar, yivlerve izler eklinde; kumlu-taneli tabakalarn,zellikle trbiditlerin alt yzeylerinde kalem,kaval, kak ve yumru biiminde kabartlar,kntlar veya dolgular meydana getirirler.

ekil V.12. Kaval yapsnn tabakanntabannda (a) ve yandan grnm (b). (c)Kaval yapsnn tabandaki grnm, (d)Oyuk izlerinin tabandaki grnm

(a)

(b)

(c)

(d) 32


Yamur ve dolu taneleri, yumuak tabaka yzeyleri zerine dtklerinde yuvarlak izler, oyuklarmeydana getirirler. Hayvan ve dier izler de tabaka altn tespit etmede kullanlabillir.


ekil V.16. Yk kalbnn (load cast) yandan grnm ekil V.17. Yk kalbnn tabandaki grnm

ekil V.17. A) Derecelenme gsteren kanal dolgusu, B) Daha yal eylinparalarn ieren kumta


V.1.2. Plutonik primer yaplar

Su altnda, deniz diplerinde katlaan yastk eklindeki yastk lavlarn (pillow lava) kabark ksmlar lavakntsnn st yzeyini gsterir (ekil V.18). Benzer ekilde boluklu gzenekli lav akntlarnda, bykboluklar lav akntsnn st yzeyinde, ok kk boluklarda tabakann alt kesiminde bulunurlar. Altksm bazen boluksuz olabilir (ekil V.19).

ekil V.18. Yastk lavlarn(a) yol yarmasnda(b) ematik olarak grnm.

ekil V.19. Lav akntsnn st ksmnda oluan hava kabarcklar (vesicles)


V.I.3.Tabakalarn alt ve st yzeylerinin saptanmas:

Dereceli veya boylanmal tabakalanma gsteren tabakalarda, genel kural, iri tanelerin altta, ufak tanelerin ise stte bulunmasdr

apraz tabakalanmada, aprazdzlemlerin az eimli (yatayayakn) ksmlar dike olan vezerine gelen tabaka yzeyi ilebelirgin bir a yapan ksm isetabakann stn belirler.

Kuruma atlaklar olan tabakalarda atlaklarn sivri ular tabakann alt yzeyine doruynelmi bulunur.

Simetrik riplmarklar bulunan bir tabakada, riplmarklarn keskin-sivri ular tabakann styzeyini belirler.

Kumlu ve killi tabaka snrlarnda oluan yumrularn (yk kalb) yuvarlak taraflar kumlutabakann alt yzeyini, killi tabakadaki oyuklar ve ukurluklar bu tabakann st yzeyinibelirler.


ki kavkl fosillerde (Brachiopoda), yass kavklar tabakann alt tarafn, kabark kavklar sttarafn belirler.

ekil V.22. Deiik tr fosillerin deniz tabanndaki normal pozisyonlar. a) Pelesipod,b) Pelesipodlarn ak valvlar, c) Rudist, d) Mercan (coral), e) Bryozoa, f) Ekinid,g) Deniz organizmalarnn serbest st kabuu zerinde byyen kabuklular, h) Simetrikvalva sahip olmayan pelesipodlarn konumu

(a) (b) (c)

(e) (f)

(d) (g) (h)


Yastk lav Sill Lav aknts

V.2. Uyumsuzluk (Diskordans)

ok saydaki tabaka st ste bulunduklar zaman bir tabaka istifi meydana getirirler. Bylebir istifte tabakalar srekli bir gelime gstermiler, tabakalarn oluumu srasnda birzaman boluu, sedimantasyonda bir ara verme olmam ise, bu istife uyumlu istif veyakonkordan istif denir. Sedimantasyonda bir ara verme, bir eksiklik olduu zaman, tabakaserisi uyumsuz (diskordan) durumludur ve uyumsuzluk dzlemi ile iki ksma ayrlr. Budzlem, uzun veya ksa sre su stne km, atmosfer etkisinde kalm eski bir anmaveya ayrma yzeyidir. Bu yzey, sedimantasyonda ve fosil organizmalarn evriminde birkesiklii, bir boluu veya nemli bir daoluum (orojenez) safhasn belirler. Genelde,diskordans yzeyi zerindeki gen seri bir taban konglomeras ile balar ve alttaki istife aitkayalarn akllarn ierir.


V.2.1 Diskonformiti

Eer diskordans yzeyinin her ikitarafndaki tabakalar birbirine vediskordans yzeyine paraleldurumda ise, buna diskonformitidenir (a).

V.2.2 Asal uyumsuzluk

Diskordans yzeyinin her ikitarafndaki tabakalarn eimleriarasnda belirli bir a varsa, bunaasal uyumsuzluk denir (b).

V.2.3 Nonkonformiti

Sedimanter birimler metamorfikveya plutonik kayalar rtyorsanonkonformitiden bahsedilir (c).


Documents

1-YJ Mekanik Davranislar Sed Yapilar