Heyelanların Nedenleri? Heyelan Neden Olur?

Birçok durumda, heyelanların gerçek nedenleri, kaydırıcı kuvvetlerde artma ya da kaymaya karşı koyan kuvvetlerde azalmaya neden olan hızlı etkiye sahip deprem şokları, titreşimler ya da şevin su içeriğindeki hızlı bir artış tarafından gizlenir. Heyelan durumunda, gerçek ve beklenen nedenler arasındaki fark çok önemlidir. Örneğin, şev malzemelerini doyuran şiddetli yağmurlar ani bir geçici kaymaya neden olabilir, fakat kaymaya neden olan gerçek neden örneğin uzun zayıf kil tabakalarıdır. Benzer bir örnek, üzerine ev yapılan yapay bir şev için verilebilir, tahmin edilen etki deprem şokudur, ancak gerçek neden şevin duraysız olması olabilir.

Heyelanların nedenleri içten veya dıştan etkiler olup olmadıklarına göre gruplandırılabilirler.

Dış nedenler, kaymaya karşı koyan kuvvetlere göre kaymayı oluşturan kuvvetleri arttırırlar. Dış nedenlerin örnekleri; şevin yüklenmesi, şevin erozyon veya kazıyla dikleştirilmesi ve deprem şoklarıdır.

İç nedenler ise, tanımlanmış herhangi bir dış neden olmaksızın heyelana neden olurlar ve kaymaya karşı koyan kuvvetleri azaltan süreçleri içerirler. Bunlar, örneğin; boşluk suyu basıncındaki artış ya da şev malzemesinin kohezyonundaki azalmadır. Bununla birlikte heyelanların nedenleri genellikle hem iç hem de dış olmak üzere ortak nedenlere dayanır. Örneğin, hızlı şev aşağı bir yenilme; kayma gerilmesindeki artışla, ona eşlik eden kaymaya karşı koyan kuvvetlerdeki azalmayı içerir. Diğer ortak nedenler ise, sıvılaşma, bozunma ve erozyondur (Terzaghi, 1950).

(Heyelan Nedir? Heyelan Çeşitleri ve Sınıflandırılması)

Jeolojik koşullar, heyelanların oluşmasındaki en önemli nedenlerden bir tanesidir. Elverişsiz jeolojik koşulların karışımı olan, örneğin zayıf toprak veya kaya ve dik şev üzerinde muhtemel kayma düzlemleri ile birlikte sağanak yağışlar şiddetli kar yağışları ve mevsimlik donmuş yerler, insanların faaliyetlerine rağmen heyelan, çamur akıntıları ve çığ oluşturmaya devam edecektir. Bunlar doğal koşullar için oluşturulan doğal süreçlerin tepkimesidir. Örneğin Brezilya’da 22 Ocak 1967 tarihinde gece büyük bir heyelan meydana gelmiştir. Bunu, üç saat süren heyelanlar ve erozyon tarafından yaklaşık 194 km2 lik alanın harap edilmesine yol açan, yaklaşık 1700 kişinin ölümüne neden olan elektrik fırtınası ve şimşek takip etmiştir. Yıkıntı alanlarındaki şevler karakteristik olarak sadece sert kaya üzerindeki kalıntı topraktan oluşan ince bir tabakada oluşmuşlardı. Heyelanların çimenle kaplı alanlardan ziyade daha çok bitki alanlarına zarar verdikleri şaşırtıcıdır ve çoğu yıllarda doğal kalmış ormanları harap etmişlerdir (Keller, 2000).

Heyelanlar sonucunda kaç kişinin öldüğünü tahmin etmek zordur, ancak taşkınlar esnasında kanallara dökülen yığıntılar kesinlikle çok fazladır. (Taşkın Nedir? Taşkın Nedenleri, Türleri ve Oluşumu) Çığlar genellikle daha önceden mevcut olan depresyonları izlemekte 0.3 – 1 m. kalınlığında bir toprak ve bitki örtüsünü hareket ettirmekte ve açıkta belirgin bir lineer yerli kayaç bırakmaktadırlar. Hareket eden ortalama kaya ve toprak yığıntısı 2.500 m3, ya da yaklaşık 36.000 tondur (Williams and Guy, 1973). 1970 yılında, bir depremin tetiklediği bir yamaç molozu heyelanı Huascaran Dağı boyunca 3.660 m. aşağıya doğru saatte 300 km.’yi aşan bir hızla inip 20.000 kişiyi öldürdüğünde, metrelerce çamur ve taş parçası yığdığında ve köylerden sadece iz bıraktığında ise Peru’daki Yungay ve Ranrahirca’da yaşayanlar bu derece şanslı olmamıştır (Office of Emergency Preparedness, 1972).

Dünyanın en büyük baraj faciası 9 Ekim 1963 yılında meydana gelmiş ve İtalya’daki Vajont Barajında yaklaşık 2 600 kişi ölmüştür. George Kietsch’in raporlarına göre, facia dünyanın en yüksek ince kemerli barajında (Krette 267 metre) yaşanmış ve ne gariptir ki, barajın gövdesi ya da kaplamalannda herhangi bir hasar meydana gelmemiştir (Kiersch, 1964). Bu trajediye, rezervuarın üst kısmında bulunan Toc dağının kuzey yamacı boyunca yaklaşık saatte 95 km’ lik bir hızla hareket eden ve rezervuarı 1.8 km boyunca tamamen şev malzemesi ile dolduran 238.000 000 m3 kaya ve diğer yığıntının neden olduğu müthiş bir heyelan yol açmıştır .

Bu heyelanlar birçok etmenlerin kombinasyonlarından kaynaklanmıştır. Zayıf kayaları ve kırıklı kireçtaşlarını, çöküntü alanlarını ve baraja doğru eğilim gösteren killi alanları içeren duraysız bloklar ve kayma oluşturan büyük kuvvetlere yol açan çok dik topografyaların bulunduğu elverişsiz jeolojik koşullar birinci etmen olmuştur.

Barajda tutulan suyun neden olduğu, vadi kayaçlarındaki boşluk suyu basıncındaki artış ise ikinci etmen olmuştur. Yeraltı suyunun bank depolarına taşınması ile buradaki suyun basıncı artmış ve kaymaya karşı olan kuvvetleri azaltmıştır. Rezervuardaki yüksek su seviyesine bağlı olarak yeraltı su seviyesinin yükselmesi ile kaymadan önce akma oranı artmıştır. Üçüncü olarak eylül sonundan felaket gününe kadar devam eden şiddetli yağmurlar şev malzemelerinin ağırlığını, kayalardaki boşluk suyu basıncını arttırmıştır ve mühendislerin baraj seviyesini minimuma indirmeye yönelik çalışmalarından sonra bile barajların dolmasını devam ettiren akış devam etmiştir. Kaymaya karşı koyan kuvvetlerdeki azalmayla birlikte kaymayı oluşturan kuvvetlerdeki artmanın gerçekleşmiş olması felaketin kabul edilen nedeni olarak belirlenmiş, fakat su basıncını yükselten, aksine şev malzemelerinin ağırlığını arttıran aşırı yeraltı suyu ise gerçek neden olarak ortaya çıkmış ve kayalarda zayıf alanlar boyunca yüzebilme etkileri oluşturduğu sonucuna varılmıştır (Keller, 2000).

Elverişsiz jeolojik koşulların ve insan kullanımının aşırı derecedeki tehlikeli heyelanlara Çekoslovakya’daki Handlova heyelanı ilginç bir örnektir. Handlova’da büyük oranda kömür kullanan fabrikadan çıkan küller rüzgarlarla güneye taşınmış ve depolanmıştır. Önceden tarım amaçlı olarak kullanılan topraklar, küllerin birikmesiyle büyük oranda değiştirilmiştir. Bu, yağmur sularının yeraltına büyük oranda sızmasına ve böylece de yeraltısuyu konumunun değişmesine neden olmuştur. 1969’daki su tablasını yükselten şiddetli yağmurlardan sonra yaklaşık 20.000.000 m3 alanı kaplayan büyük bir heyelan meydana gelmiştir. Kayma yaklaşık bir ayda 152 m. hareket etmiş ve bir kasabayı tehdit altında bırakmıştır. 150 ev harap edilmiş olsa bile kaymaları kontrol etmek ve kayan malzemeleri boşaltmak, hareketleri durdurmak için iyi organize edilmiş bir program 60 gün içinde başarılı olmuştur (Keller, 2000).

Kaliforniya’nın kuzeyi, Oregon ve Washington’da ağaç kesimi ve erozyon arasındaki muhtemel sebep sonuç ilişkisi tartışmalı bir konudur. Heyelanlarda önemli bir neden budur. Çoğu erozyonun sorumlu olduğu heyelanlar, özellikle sığ debris heyelanları ve derince yerleşmiş yeryüzü akıntıları bunun iyi örneklerindendir (Keller, 2000).

Aslında, batıda Oregon şelalesinde yapılan bir araştırmada, sığ kaymaların nedeninin, bu alandaki egemen erozyon yüzeyleri olduğu ortaya çıkmıştır (Svvanson and Dyrness, 1975). Yol yapımı için ağaç kesimi ve yarma açımının erozyonu arttırdığı ve böylece de eski heyelanları harekete geçirdiği konusunda şüphe yoktur.

Ağaç kesimi yapılmış yerlerdeki yol yapımları da özellikle ciddi bir problemdir, çünkü yollar yüzeysel su akışını engelleyebilir, suyun yeraltındaki hareketlerini değiştirebilir ve buna zıt olarak şevdeki kütle dağılımı şev düzeltmesi çalışmalarıyla değiştirilebilir (Swanson and Dyrness, 1975). Ormanlık alanlarda erozyonel süreçler hakkındaki bilgilerimize dayalı olarak ağaç kesimini engelleyebilecek geliştirilmiş ileri yöntemler oluşturmamız gerekir (Keller, 2000).

İnsanların ve yapıların yoğun olduğu örneğin, evlerin ve endüstrinin var olduğu şehirlere ait alanlarda, insan kullanımı ve etkisinin heyelanlara sebep olması muhtemeldir.

Rio de Janerio, 4 milyonu aşan nüfusuyla, diğer şehirlerden daha fazla şev stabilite sorunlarına sahip olabilir (Jones, 1973). Dik şevler ve kırıklı kayalardan oluşan yüzeysel çökellerin birleşmesi de bu problemlere katkıda bulunur. Daha eski devirlerde, böyle birçok şevler yakıt elde etmek ve tarıma yer açmak için yapılan ağaç kesme faaliyetleri, şiddetli yağmurlarla birlikte gelen heyelanlar tarafından takip edilmiştir. (Keller, 2000).

Kazılar birçok şevin topuğunu kesmektedirler ve kritik noktaya ulaşılmasına neden olunmaktadır. Bununla birlikte bu kazı alanları üzerindeki şev, dolgu yapılmadan önce zaten duraysızlık kazanmış ve kaymayı oluşturan kuvvet artmıştır. Bundan başka bu alan periyodik olarak büyük yağmur fırtınaları ile karşı karşıyadır. Böylece, Rio de Janerio’nun niçin ciddi bir probleme sahip olduğunu anlamak kolaydır. 1966’da şiddetli yağmurlan takip eden, birçok heyelan meydana gelmiştir. 1967’nin en korkunç fırtınası daha önce tahmin edilerek, şehir hedeften uzaklaştınlmıştır. Eğer bu yapılmasaydı, sonuçlan felakete dönüşebilirdi (Jones, 1973).

Los Angeles ve genellikle Güney Kaliforniya, şev hareketleriyle ilgili heyelanların dikkate değer oranlardaki sıklıklarıyla karşılaşmışlardır, örneğin, Los Angeles civarında periyodik olan heyelanlar, toprak kaymaları ve çamur akmaları iki yaşama son vermiştir ve 100’den fazla evi boşaltmaya zorlamıştır. Milyonlarca dolar, örneğin evler, yüzme havuzlan, teraslar, kamu yararına faydalı şeyler ve mal zararını gidermek için harcanmıştır (Leighton, 1966). Güney Kaliforniya’daki heyelanlar, topografyadaki büyük zıtlıktan, kaya ve toprak çeşitlerini, iklim ve bitkileri içeren karmaşık fiziksel koşullardan kaynaklanmaktadır.

Jeolojik haritalardan hesaplandığına göre, heyelanlar deniz kıyısının %60’ ını etkilemekte ve heyelanların kontrolünden sonra da tehdit altında bırakmaktadır (Leighton, 1966). Heyelan kalıntıları şevlerin tarihsel olarak aktif olduğunu göstermektedir. Ancak insanların faaliyetleri, heyelanların büyüklüğünü ve özellikle de sıklığını büyük ölçüde arttırmıştır.

İnsan kullanımının heyelanların sıklığı ve büyüklüğü üzerindeki etki ve ilgileri farklılık gösterir. Aşağı yukarı nerede ve ne zaman bulunmamız gerektiğini, tehlikeli alanları önlemek ve tehlikeyi azaltmak için her şeyi öğrenmeye ihtiyacımız vardır. Bu durumda insan kullanımının heyelanların şiddetini ve sayısını arttırdığı yerlerde bizim onların varlığını nasıl kontrol etmeyi, tanımayı ve azaltmayı öğrenmeye ihtiyacımız vardır (Keller, 2000).

Heyelanlara Karşı Alınacak Önlemler ve İyileştirme Yöntemleri

Yük Boşaltma

Şevlerde etkin makaslama gerilmelerini azaltmanın en basit yolu yükün azaltılması olup, şev yüksekliğinin ve/veya şev açısının düşürülmesi şeklinde gerçekleştirilebilir. Yüklerin azaltılmasına ilişkin diğer bir yöntem ise, şev malzemesinin kaldırılıp, yerine hafif dolgu malzemesinin yerleştirilmesi olabilir.

Destek Dolgusu

Yarmaların kısa süreli duraylılıkları genellikle, uzun süreli duraylılıklarından daha büyüktür. Bu nedenle, geçici yapay şevler kalıcı şevlere göre daha dik olarak uygulanabilir. Bu olgu, özellikle yeraltısuyunun sorun olmadığı kuru mevsimlerde geçerlidir. Bu davranış biçimi, şevlerin stabilize edilmesi için kullanılan destek dolgusu inşasında avantaj sağlar.

Alışılmış prosedür önerilen yarmadaki zayıf zeminde aşırı kazı gerçekleştirip, daha sonra onun yerini c ve Φ değerleri daha yüksek bir dolgu malzemesi ile doldurmak şeklindedir. Destek dolguları her zaman aşırı kazı yöntemi kullanılarak yapılmazlar. Şevin topuğuna yerleştiren bir dolgu ile de şevler desteklenerek duraylılık koşulu sağlanabilir. Bu dolguların tepelerinin düz olmasına özellikle dikkat edilmelidir.

Yapısal Stabilizasyon

Şevlerin stabilizasyonu için kullanılabilecek diğer tercih, yapısal elemanlar kullanımıdır. Bunlar; değişik türde dayanma yapıları ve ankrajları içerirler. Bu yöntemler genellikle oldukça pahalı yöntemler olmasına karşın, özellikle yerleşim alanlarının olduğu bölgelerde oldukça etkin ve güvenlidir. Bu yöntemler kısa bir özet şeklinde aşağıda verilmiştir.

Dayanma yapıları

Dayanma yapıları,  iki farklı yükseklikteki noktadan geçen yüzeye sahip şevlerin korunmasında kullanılan yapısal elemanlardır. Bu yapılar, şevle bağlantılı olarak oldukça duraylı koşullar oluştururlarken bazen de zorunlu koşullarda şevin yerine de kullanılabilirler. Dayanma yapıları, şevin tabanının altında bulunmalı, geçirgen çakıl ya da kırılmış kaya ile doldurulmalı ve şevde boşluk suyu basıncının oluşmasını önlemek amacıyla dren delikleri ile teçhiz edilmelidirler.

Ankraj

Diğer yapısal eleman ankraj olup, bu elemanlar çekme türündeki sağlamlaştırıcı kuvvetleri şevin içerisine aktarırlar. Bir ankraj genel olarak kritik yenilme düzleminin daha ilerisine kadar uzanan betonlanmış bir delik içerisinde gerdirilmiş çelik çubuktan oluşur. Bu yöntem genellikle maliyeti yüksek çalışmalar ve ekipmanı gerekli kılar. Ancak, şevlerin duraylılığının sağlanmasında kullanılan en etkin yöntemdir. Bu yöntem maliyeti nedeni ile özellikle yerleşim alanlarında ve yatırım bakımından değerli sahalarda kullanılır. (Kaya ve Zemin Ankrajı)

Drenaj

Şev duraylılığı sorunlarında su en önemli duraysızlık etkenidir. Bu nedenle duraylılığın sağlanması bakımından yapılacak her çalışmada, hem yer altı hem de yüzey sularının drenajı zorunludur. Hedef, zemin içerisine sızmadan kaynaklanacak fazla suyun önlenmesi ve zemin içerisinde var olan suyun uzaklaştırılmasıdır. Bu önlem boşluk suyu basınçlarını azaltarak duraylılığı arttırır. Kuru bir zeminin dayanımının daha yüksek, ağırlığının ise daha az olduğu unutulmamalıdır. Bunun sonucu olarak da, kaymaya karşı koyan kuvvetler artmış, kaymayı oluşturan kuvvetler ise azalmış olacaktır. Yüzey ve yer altı drenajı olmak üzere iki yöntem temel olarak uygulanır.

Yüzeysel drenaj

Buradaki temel fikir, suyun şev boyunca akmasının ya da şevin içerisine süzülmestnin önlenmesidir. Yüzey sularının yolu, hendekler ve bir seri oluklar yoluyla şevin etrafından geçecek şekilde değiştirilebilir. Bir şevin içerisine süzülen suyun miktarı, aynı zamanda, şev yüzeyinin toprak çimentosu, asfalt ve hatta plastikler gibi geçirimsiz katmanlar ile örtülmesi suretiyle de kontrol edilebilir.

Yeraltı drenajı

Araştırmalar yenilmeyi başlatabilecek bir yeraltısuyunun varlığını ortaya çıkarmışsa, suyun drenajı gereklidir. Kayma dayanımı parametrelerini azaltan yer altısuları yaygın olarak yatay sondajlar, tüneller ve galerilerle toplanır ve uzaklaştırılır, bazen derin kuyular açılarak pompajla statik su seviyesi düşürülür.

Perfore (delikli) boru drenler: Bu tür boru drenler, yeraltına gömülerek kullanılırlar. Borunun çevresi çakıl ve filtre ile sarılarak, suyun girmesine izin verilirken, ince taneli malzemenin boru içine girişi engellenir. Bir başka deyişle, filtre ve geçirimlilik koşulları sağlanmış olur. Bu drenler, yeraltındaki suyu toplayıp, güvenli lokasyonlara taşıyarak çalışırlar.

Pompaj kuyuları: Yeraltındaki suyu almak üzere yüzeyden itibaren gerçekleştirilen sondajlarla düşey olarak açılan ve bir pompa ile teçhiz edilen kuyulardır. Pompaj kuyularının en önemli dezavantajları, pompaların ve teçhizinin pahalı olması ile kuyu ve pompanın sürekli bakım gerektirmesidir.

Yatay drenler: Şev yüzeyinden itibaren çok az yukarıya doğru meyilli yatay olarak yerleştirilmiş drenlerdir. Yeraltısuyunu keserek gravite yardımı ile drene edecek şekilde tasarlanmışlardır. Bu drenlerde pompaya ihtiyaç duyulmaz ve hem bakımı hem de teçhizi daha ucuzdur.

Donatı

İnşaat mühendisleri özellikle betonu çelik gibi donatılarla üreterek onları güçlendirirler. Zeminler de yapay donatılarla birlikte teçhiz edilerek güçlendirilebilirler. Bu sistemler dayanımı arttırırlar ve böylelikle daha dik güvenli şevlerin kullanılabilmesine olanak sağlarlar.

Bitki Örtüsü

Uygun bitki örtüsünün düzenlenmesi şevlerin iyileştirilmesindeki en önemli aşamadır. Bitki örtüsü özellikle erozyonun önlenmesi, suyun şev malzemesinden çekilmesi ve köklerin şev malzemesi içerisinde donatı görevi görmesi açısından önem taşımaktadır. Bitki örtüsünün derin kaymalarda hemen hemen hiç etkili, olmamasına karşın, sığ kaymalar, akmalar ve çamur akmalarındaki önleyici etki; dikkate değer düzeydedir. Ancak, bitki örtüsünün şevlere ek yüklemeler ve yüzey sularının akışını yavaşlatarak şev malzemesine büyük miktarda sızmasına neden olacağı gerçeğini asla unutmamalıdır. Kimi zaman şevlerdeki yenilmelerin nedenlerinden birisi de bitki örtüsüdür.

Yamaçların Duraylılığını Etkileyen Faktörler

Yamaçların duraylılığını etkileyen faktörler;

• Gerilimi artıranlar,
• Direnci azaltanlar olmak üzere başlıca iki grupta toplanabilir.

Yamaçtaki gerilmeleri arttıran faktörler

• Yamaç üstündeki yüklerde artış olması,
• Boşluk veya çatlak suyu basıncının artması,
• Burundan malzeme kaybı,
• Göl düzeyinde ani seviye düşümleri,
• Giderek kırılma oluşumu,

Direnci azaltan faktörler

• Yamaç kayasının aşınma ve ayrışması,
• Süreksizlik yüzeylerinde su basıncı oluşması,
• Süreksizliklere kil dolması,
• Ortamda ani ıslanma veya kuruma olayları,
• Zamana bağlı olarak veya hareket ile kohezyon zayıflaması,
• Kil içeren matrisin şişmeye uğraması,
• Çimentolayıcı maddenin çeşitli etmenlerle yıkanarak zayıflaması şeklinde sıralanabilir.

Yamaçların Duraylılığını Sağlama Yöntemleri

Yamaçların duraylılığını sağlamak amacıyla alınabilecek önlemler; kazı, dolgu, suyu kontrol, yapısal destek ve özel yöntemler şeklinde sıralanabilir, bu yöntemler sırasıyla;

Kazı

• Yamaç eğimini azaltmak,
• Yüksekliği düşürmek,
• Yamaç yüzeyini kademelendirmek,

Dolgu

• Topuğa destek yükü koymak (taş veya beton ağırlık),

Suyu kontrol

• Yüzey suyunu toplamak (kafa hendekleri),
• Yüzeyi geçirimsiz yapmak (kil kaplama, asfalt, püskürtme beton),
• Zemin kütlesinin drenajını sağlamak (yatay, düşey, drenler, galeri, kuyu vb.),

Yapısal destek

• Dayanma yapıları (Geçirimli duvar, palplanş vb.),
• Donatılandırma (donatılı zemin, çivileme),
• Kazıklar (Sondaj, betonarme silindir.),
• Ankraj-Bulonlama (mekanik, kimyasal enjeksiyon),

Özel yöntemler

• Erken uyarı sistemi (hareket ölçerler, radyo verici vb.),
• Ağaçlandırma, çimen,
• Enjeksiyon (çimento, kireç),
• Isısal yöntemler (dondurma, pişirme),

Kaynaklar; Mühendislik Jeolojisi İlkeler ve Temel Kavramlar - Işık Yılmaz
Yapıların Projelendirilmesinde Mühendislik Jeolojisi- ERDAL ŞEKERCİOĞLU