Kaya Civatası ile Tahkimat

[ozguryolcu]

Kaya Cıvatalarının Çalışma Prensibi


Kaya Cıvataları;

   Ana kütleden ayrılan kaya tabakalarını/bloklarını ana kütleye baÄŸlamak,
   Deformasyon eÄŸilimi fazla olan zayıf tabakaları daha saÄŸlam tabalara baÄŸlayarak birlikte çalışmalarını saÄŸlamak,
   Sonuç olarak ta  tavanda meydana gelecek çekme ve kesme gerilmelerini azaltmak
amacını gerçekleştirirler.


Tavan Cıvataları kendini tutamayan kaya kütlesine kendini tutabilme özelliği kazandırır. Kaya cıvataları bunu iki şekilde gerçekleştirir:

1.   Deformasyonları azaltarak,
2.   Gerilme Dağılımlarını iyileÅŸtirerek


Kaya Cıvatalarının Güçlendirme Etkisi

   Askıya Alma,
   KiriÅŸ OluÅŸturma,
   Sürtünme Yaratma,
   Sıkıştırma,
   Tavanda Basınç Kemeri OluÅŸturma


Kaya Cıvatalarının Çalışma Prensibi




CIVATA ÇEŞİTLERİ

Bir Noktada  Sabitlenen Cıvatalar
a. Kamalı Cıvatalar
b. Genişleme Başlıklı Cıvatalar

Özel Tip Cıvatalar
a.   Kablo Cıvatalar
b. Tavan Çerçevesi


Tüm Kolon Boyunca Sabitlenen Cıvatalar

a.   Sürtünme Ankrajlı Cıvatalar
i.   Split-Set
ii.   Swellex
b.   Dolgulu Cıvatalar
i.   Ã‡imento Dolgulu Cıvatalar
ii.   Reçine Dolgulu Cıvatalar





Madencilikte Kullanılan Başlıca Cıvata Çeşitleri

Bir Noktadan Sabitlenen Cıvatalar

   Cıvata delik dibinde sabitlenir.
   Delik aÄŸzında taşıma plakası konulup vida ile sıkıştırılarak ön gerilme uygulanır.
   Cıvatanın taşıyıcılığı taşıma plakası ile sabitleme noktası arasında oluÅŸturulan gerilme ile saÄŸlanır.
   Yaygın olarak kullanılan iki tipi mevcuttur:
o   Kamalı Cıvata
o   GeniÅŸleme BaÅŸlıklı Cıvata


Bir Noktada Sabitlenen Cıvataların Değerlendirmesi

Avantajları

   DiÄŸer cıvatalara oranla ucuzdur.
   YerleÅŸtirildikten hemen sonra taşıyıcılık göstermeye baÅŸlar.
   SaÄŸlam kayaçlarda yüksek taşıma gücü oluÅŸturabilirler.


Dezavantajları

   SaÄŸlam kayaçlarda yüksek performans saÄŸlaması nedeniyle kullanımı sınırlıdır.
   Patlamalar yada delik aÄŸzı ve sabitleme noktasında oluÅŸacak deformasyonlar taşıma gücünü yitirmesine neden olur.
   YerleÅŸtirilmeleri sırasında özenli işçilik gerektirir.


Kamalı Cıvatalar

   Cıvata çapı 22-30mm’dir.
   Cıvata uzunluÄŸu 0.50 – 2.50 m’dir.
   Delik çapı cıvata çapından 4 mm daha geniÅŸ olur.
   Cıvatanın uç kısmında 15 mm uzunluÄŸunda ve 2-3 mm geniÅŸlikte bir yarık bulunur.
   Yarık kısma 1/7 – 1/10 konikliÄŸinde kama konur.
   Cıvata, deliÄŸe kama yarığa yerleÅŸtirilmiÅŸ olarak yerleÅŸtirilerek basınçlı hava çekici ile çakılır.
   Ã‡akma iÅŸlemi sırasında kama delik tabanında yarık içinde yerleÅŸir, cıvata delik duvarlarında sabitlenir.
   Cıvatanın 15-20 cm’lik diÄŸer ucu diÅŸildir. Bu kısma taşıma plakası yerleÅŸtirilip vida ile sıkıştırılır.

scribd.com

[ozguryolcu]

Genişleme Başlıklı Cıvatalar

   Cıvata; uç kısmındaki diÅŸli kısma geçen dört köşe piramit çekirdek (N) ve bunun etrafında silindirik, içi piramidal dört geniÅŸleme parçasından (E) oluÅŸur.
   Cıvata deliÄŸe yerleÅŸtirildiÄŸinde cıvata bir anahtarla döndürülerek sıkıştırıldığında çekirdek geniÅŸleme parçalarını yatay yönde (delik duvarlarına doÄŸru) iter.
   Bu ÅŸekilde parça delik duvarında cıvatayı sabitler.



Genişleme Başlıklı Tavan Cıvatası


Tüm Kolon Boyunca Sabitlenen Cıvatalar

   Bu tür cıvatalar yerleÅŸtirildikleri deliÄŸin duvarlarının tamamına temas ederler.
   Bu tür cıvatalar iki gruba ayrılırlar:
o   Sürtünme Ankrajlı Cıvatalar.
o   Dolgulu Cıvatalar.


1. Tüm Kolon Boyunca Sabitlenen Cıvatalar

   Sürtünme ankrajlı cıvatalar yerleÅŸtirildikleri deliÄŸin duvarında radyal bir sıkıştırma etkisi oluÅŸtururlar.
   OluÅŸturulan kuvvetin etkisi ile delik duvarı ve cıvata arasında ortaya çıkan sürtünme kuvveti cıvatayı sabitler.
   Ãœretici firmaların verdiÄŸi adla anılan iki tür sürtünmeli cıvata mevcuttur:
o   Split-Set (Ingersol-Rand)
o   Swellex (atlas-Copco)



Split-Set



Swellex


Split-Set

   Cıvata, Ekseni boyunca ortadan yarılmış, içi silindirik, çelik bir borudur.
   Açılan deliÄŸe kolay yerleÅŸtirlebilmesi  için uç kısmı konikleÅŸtirilmiÅŸtir.
   Delik dışında kalan ucundaa ise 150*150*62 mm boyutunda bir taşıma plakası ve bunu tutan ve cıvataya kaynatılmış bir halka bulunur.
   Cıvata Boyları 0.75-3.00 m arasında deÄŸiÅŸir. Yaygın Olarak Kullanılan cıvata boyu 1.52 m’dir.
   32, 39 ve 46 mm olmak üzere üç çapta üretilir.
   Cıvata et kalınlığı 2-3 mm’dir.
   Kullanılan çeliÄŸin akma sınırı 4900 Kg/cm2 (490 MPa) dır.
   Cıvata, çapından dar, boyundan uzun bir deliÄŸe basınçlı hava yardımı ile yerleÅŸtirilir.
   Delik boyunun cıvata boyundan 50 mm daha uzun olması



Split-Set Kaya Cıvatası



Swellex Cıvata

   Swellex cıvatalar Orijinal çapı 41 mm olan ve kendi üzerine kıvrılmış çelik borulardan yapılmıştır.
   Ã‡apı 41 mm ve et kalınlığı 2 mm olan çelik boru içe doÄŸru bükülerek çapı 25.50 mm’ye indirilmiÅŸtir.
   Cıvatanın her iki ucuna çelik kovanlar baÄŸlanarak taşıyıcılık özelliÄŸi güçlendirilmiÅŸtir.
   Cıvata hemen her uzunlukta üretilebilmektedir.
   Cıvata için önerilen delik çapı 35 ± 3 mm’dir.
   Cıvatanın yenilme kuvveti 130 kN’dur.
   Cıvatanın kopmada eksenel birim deformasyonu 10%’dir.




   Cıvata deliÄŸe yerleÅŸtirildikten sonra basınçlı su ile ÅŸiÅŸirilerek delikte sabitlenir.
   ÅžiÅŸen cıvata deliÄŸin duvarlarına tam temas ederek deliÄŸin ÅŸeklini alır




Swellex Cıvatanın Deliğe Yerleştirilmesi



Çatlaklı Formasyonlarda Swellex Uygulaması



Çatlaklı ve Kil İçeren Formasyonlarda Swellex Cıvata Uygulamasının Etkisi



Swellex Cıvataların Etrafında Gelişen Kuvvetler

scribd.com

[ozguryolcu]

Dolgulu Cıvatalar

   Dolgulu cıvata uygulamasında yaygın olarak nervürlü (rebar) çelik yada çelik kablolar kullanılır.
   Dolgu malzemesi olarak çimento veya reçine kullanılır.
   Ã–ngerme uygulanan cıvbatalrda genellikle reçine dolgu; öngerme uygulanmayan cıvatalarda reçine yada çimento kullanılır.
   Dolgulu cıvata uygulaması genel olarak sürekli tahkimat sistemi gerektiren yerlerde kullanılır.

Dolgulu cıvataların sağlayacağı ankraj kuvveti;



 
bağıntısıyla hesaplanır.

Burada;
P = Cıvata ankraj kuvveti.
A: Delik yüzeyi ile cıvata arasındaki temas alanı, m2.
T(to): Dolgu ile kaya ara yüzeyinin kayma dayanımı, MPa.

   Ankraj kuvveti dolgu maddesin ve delik yüzeyi arasında oluÅŸturulan temasa baÄŸlıdır.

   Pratik uygulamalarda temas alanı kullanılan dolgu cinsine ve deliÄŸin geometrisine baÄŸlıdır.


Çimento Dolgulu Cıvatalar

   Tahkimatın hemen yapılması gerekmeyen yerlerde uygulanırlar.
   GereÄŸi gibi yerleÅŸtirildiklerinde yeterli ve dayanıklı bir tahkimat elemanıdır.
   Korozyon etkisinden en az etkilenen cıvatalardır.
   DeÄŸiÅŸken kayaç ve yükleme koÅŸullarında yüksek ankrajlama kuvveti saÄŸlarlar.
   Kalıcı tahkimat sistemi olarak kullanılırlar.


Çimento Dolgulu Cıvatanın Temel Özellikleri

Çelik Çapı : 20 mm.
Yenilme Kuvveti : 283 kN.
Kopma Kuvveti : 180 kN.
Kopmada Eksenel Deformasyonu : 15%
Birim Ağırlık : 2.60 Kg/m.
Uzunluk : Her Boyda.
Delik Çapı: 35±3 mm.

Çimento Dolgulu Cıvatanın Dezavantajları

1.   Pahalıdır.
2.   Ancak özenli bir yerleÅŸtirme iÅŸlemi gerçekleÅŸtirildiÄŸinde öngerme iÅŸlemi uygulanabilir.
3.   Katkısız çimento kullanıldığı zaman cıvatanın yük taşımaya baÅŸlaması için birkaç gün geçmesi gerekir.
4.   Tahkimat yerleÅŸtirme hızı düşüktür


Çimento Harçlı Cıvata Uygulaması 4 Farklı Yöntemle Gerçekleştirilebilir

Perfo Yöntemi

   Ä°kiye ayrılmış silindirik ve delikli metal harç ile doldurulur ve birbirlerine çelik tellerle baÄŸlanır.
   BaÄŸlanmış tüp delik içine yerleÅŸtirilir.
   Bir çelik çubuk baÄŸlanmış tüpün içine itilerek deliÄŸin tamamının çimento dolması saÄŸlanır.
   Ã‡imento harcının geri akmaması için delik aÄŸzında bir tapa kullanılır.


Enjeksiyon Yöntemi

   DeliÄŸin yaklaşık yarısı çimento ile doldurulur.
   Harcın dökülmemesi için delik aÄŸzında bir tapa kullanılır..
   Kılcal bir boru delik içine sokularak delik dibindeki hava dışarıya alınır.
   Ã‡imento harcının geri akmaması için delik aÄŸzında bir tapa kullanılır.
   Nervürlü çelikten cıvata delik içine sürülür. Çimento tüm deliÄŸi kaplar.
   Plastik boru alınarak tapa kapatılır.


Bergjet Yöntemi

   Hazırlanan çimento harcı pompa yardımıyla deliÄŸe konulur.
   Kullanılan basınçlı hava yaklaşık (200 – 400 KPa) 2-4 Kg/cm2’dir.
   Ã‡imento ÅŸerbeti deliÄŸe esnek bir boruyla doldurulur.
   Delik çimento ÅŸerbeti ile tamamen dolduktan sonra cıvata deliÄŸe yerleÅŸtirilir.


Kartuşlu Yöntem

   Ã‡imento harcı silindirik torbalara yerleÅŸtirilmiÅŸ durumdadır.
   DeliÄŸe yerleÅŸtirilecek sayıda kartuÅŸ su içinde 3 dakika bekletilir.
   KartuÅŸlar deliÄŸe yerleÅŸtirildikten sonra cıvata delik içine sürülür.
   KartuÅŸ içindeki çimento ÅŸerbeti içinde mikrokapsüller halinde hidrasyon suyu bulunur.
   KartuÅŸ cıvata tarafından parçalandığında mikrokapsüller de parçalanarak hidrasyon suyu çimento ile kırışır.


Reçine Dolgulu Cıvatalar

   Bu tür cıvatalarda dolgu maddesi olarak polyester reçine kullanılır.
   Her türlü kaya koÅŸulunda kullanılabilirler.
   Donma süresi çimentoya oranla daha kısadır.
   Uygulama kolaylığına sahiptir.
   Arızalı kayaçlarda yüksek ankraj kapasitesine sahiptir.


Reçine Dolgulu Cıvatanın Temel Özellikleri

Çelik Çapı : 20 mm.
Yenilme Kuvveti : 120 kN.
Kopma Kuvveti : 180 kN.
Kopmada Eksenel Deformasyonu : 15%
Birim Ağırlık : 2.60 Kg/m.
Uzunluk : Her Boyda.
Delik Çapı: 35±3 mm.


Reçine Dolgulu Cıvatanın Dezavantajları

1.   Pahalıdır.
2.   Sıcak ortamlarda reçine kartuÅŸlarının depolanma süresi sınırlıdır. ktür.


Reçinenin delik içine yerleştirilmesi için iki yöntem uygulanır:

1.   Enjeksiyon Yöntemi
2.   KartuÅŸ Yöntemi


Enjeksiyon Yöntemi

   Günümüzde saÄŸlam kayaçlarda yürütülen madencilik ve inÅŸaat mühendisliÄŸi projelerinde kullanılmaktadır.
   Delik içine konulacak reçine bir tank içinde karıştırılır.
   Karışım polyester bir tüp ve bir enjeksiyon pompasıyla deliÄŸe pompalanır.
   Yöntemi zaman alıcı bir iÅŸlem gerektirdiÄŸinden yaygınlık kazanamamıştır.
   KartuÅŸ yöntemine oranla daha ucuz bir yöntemdir.

scribd.com

[ozguryolcu]

Kartuş Yöntemi

   Reçine kartuÅŸları 4 maddeden oluÅŸur; Polyester reçine, Dolgu maddesi, Hızlandırıcı ve Katalizör.
   BileÅŸenlerinin farklı oranlarda karıştırılmasıyla reçinenin donma hızı, malzemenin dayanımı ve çevre koÅŸullarına gösterdiÄŸi direnç özellikleri deÄŸiÅŸtirilebilir.
   Dolgu maddesi Dolomit, Mermer, Kuvars gibi kayaçların tozlarıdır.
   Dolgu maddesi temel olarak malzemenin hacimsel olarak küçülmesini önlemek ve pahalı bir malzemem olan reçine miktarını azaltmaktır.
   Hızlandırıcı katalizör ve polyester reçine arasındaki tepkimeyi çabuklaÅŸtırmak ve böylece karışımın çabuk donmasını saÄŸlamaktır.
   Bir kartuÅŸta reçine, dolgu maddesi, ve hızlandırıcı birlikte katalizör ise ayrı bir tüp içerisinde bulunur.

Tam olarak sertleştiklerinde reçinelerin mekanik özellikleri:

   Basınç Dayanımı: 80-100 MPa.
   Ã‡ekme Dayanımı: 17-22 MPa.
   Makaslama Dayanımı: 35-50 MPa.


Kartuş Yöntemiyle Cıvata Uygulaması

   Ä°stenilen çap ve boyda delik delinir.
   Reçine kartuÅŸları deliÄŸe yerleÅŸtirilir ve delik aÄŸzında bir tapa yerleÅŸtirilir.
   Cıvata kartuÅŸların içerisinden delik dibine kadar sürülür.
   Cıvata, reçine üretici firmanın önerdiÄŸi karıştırma zamanı süresince çevrilir.
   Cıvatanın delik aÄŸzı tarafındaki ucuna bir sıkıştırma kuvveti uygulanır. 20-30 saniye sonra gevÅŸetilir.
   Sıkıştırma iÅŸlemi sonrasında yerleÅŸtirme iÅŸlemi tamamlanmıştır.


Reçine Dolgulu Bir Noktadan Sabitlenen Cıvatalar

   Cıvata delik dibinde yerleÅŸtirilen reçine sayesinde delik dibinde ankrajlanır.
   Delik dibindeki dolgulu kısım bir ankraj noktası, delik aÄŸzında yerleÅŸtirilen taşıma plakası bir destek noktası olarak çalışır.
   Cıvata delik aÄŸzında vidalanarak öngerme uygulandığında iki nokta arasında bir sıkıştırma etkisiyle taşıyıcılık gösterir.
    Bu tür cıvatalar öngerme iÅŸleminin bir sonucu olarak kaya kütlesi ile erken etkileÅŸim saÄŸlar.


Reçine Dolgulu Tüm Kolon Boyunca Sabitlenen Cıvatalar

   Bu tür cıvatalar zayıflık düzlemlerinde oluÅŸan hareketlere karşı bir direnç saÄŸlar ve böylece zayıf tavanı saÄŸlamlaÅŸtırır.
   Tabakaların düşey hareketine cıvata ve delik duvarı arasında oluÅŸturulan sürtünme kuvvetiyle karşı koyarlar.
   Tabakaların yatay hareketi tabakalar arsına dolan reçine ve tabakalar arasından geçen cıvata ile en az seviyeye indirilir.


Birleşik Tip Dolgulu Cıvatalar

   Ciddi su geliri olan tavan koÅŸullarında yada yüksek gerilmelerin oluÅŸtuÄŸu kaya kütlelerinde gerçekleÅŸtirilecek uygulamalarda Bir Noktadan Sabitlenen cıvatalar kırılma ve ezilmelere baÄŸlı olarak ankraj güçlerini kaybeder.
   Bu koÅŸullarda Bir Noktadan Sabitlenen Cıvata uygulamasında dolgu (çimento yada reçine) kullanılabilir.
   Böyle bir uygulama her iki yöntemin avantajlarının birleÅŸtirilmesi anlamına gelir.
   Uzun süreli kullanımlar için uygun bir yöntemdir.


ÖZEL TİP CIVATALAR

Kablo Cıvatalar

   Kablo cıvatalar halat ÅŸeklinde çelik tellerden yapılmıştır.
   Kablo cıvatalar kaya kütlesi içinde çimento harcı ile birlikte yerleÅŸtirilirler.
   Ã–ngermeli yada öngermesiz olarak kullanılabilirler.
   Madencilikte yaygın olarak 7 telden oluÅŸan, 15.20 mm çapındaki öbeklerden oluÅŸan kablolar kullanılır.
   Genellikle 1 veya 2 öbekten oluÅŸan kablolar kullanılır.
   Ä°stenilen boyda kablo cıvata uygulanabilir.
   Kablo cıvatalarla geniÅŸ mesafelerde yüksek taşıma gücü saÄŸlanabilir.
   Ucuz bir taşıma sistemine olanak saÄŸlar.


Kablo Cıvataların Teknik Özellikleri

   Kablo Çapı: 1.52 mm.
   Yenilme Kuvveti: 500 KN.
   Kopma Kuvveti: 500 KN.
   Kopmada Eksenel Birim Deformasyon: 4.80%
   Kablo Birim Ağırlığı: 2.10 Kg/m.
   Kablo UzunluÄŸu: Her Boyda.
   Ã–nerilen Delik Çapı 35 ± 3 mm.


Kablo Cıvataların Dezavantajları

   Ã‡imentonun donması için bir kaç gün geçmek zorundadır..  Cıvata taşıyıcılığını ancak çimento donduktan sonra gösterebilir.
   Uygulamanın baÅŸarısı çimento harcının kalitesine uygulama kalitesine baÄŸlıdır.
   Sulu Deliklerde çimento harcının donması güçlük getirir.


Tavan Çerçevesi

   Tavan Tabakaları kendi ağırlıklarının etkisiyle galeri açıklığı boyunca çökerler.
   Ã‡Ã¶kme iÅŸlemi sırasında tavan tabakalarının alt lifleri çekme gerilmesine çalışır.
   Kayaçların çekme direnci basınç direncine oranla çok düşüktür.
   Bir tavan çerçevesi ile tavan tabakalarının galeri açıklığı boyunca basınç gerilmesine çalışması saÄŸlanabilir


   Deliklerin yatayla yaptığı açı 45o- 60o’dir.
   Taşıyıcı blokların deliklere mesafesi en az 25 cm olmalıdır.
   Taşıyıcı blokların kalınlığı en az 8 cm’dir.
   Kullanılan cıvatalar GeniÅŸleme Balıklı Cıvatalardır. DeliÄŸe paralel olarak delik içine yerleÅŸtirilir.
   Sürtünmeli cıvatalar ile de tavan çerçevesi uygulaması mümkündür.
   Cıvataların öngermesi bir germe donanımı ile yapılır.

scribd.com

[ozguryolcu]

TAVAN CIVATALARININ KARÅžILAÅžTIRILMASI

Bir Noktadan Sabitlenen Cıvatalar

   Zayıf formasyonlarda geniÅŸleme baÅŸlıkları ile delik duvarına aktarılan kuvvet duvarı ezebilir. Hatta çatlatabilir. Bu durumda, cıvatanın delik duvarında tutunması zayıflar yada tamamen yok olur.
   SaÄŸlam tavan koÅŸullarında ise cıvatanın delik duvarında tutunması güç olabilir.
   Patlatma sonucu oluÅŸan ÅŸok dalgalarından etkilenirler. OluÅŸan ÅŸokların etkisiyle cıvatanın sabitlendiÄŸi noktalarda zayıflamalar görülebilir.
   Cıvata ile delik duvarı arasında boÅŸluk bulunacağından hava ve rutubet delik duvarında aşınmalara sebep olabilir. Bu, özellikle zayıf, kil içeren tavanlarda önemli bir sorun haline gelir.
   Taşıma plakalarının temas alanında oluÅŸan noktasal gerilme yığılmaları tavanda kırılma domlarının oluÅŸmasına neden olabilir.

Sürtünmeli Cıvatalar

   Yapısı çok basittir. Dolgulu cıvatalara oranla işçiliÄŸi ve yerleÅŸtirilmesi kolaydır.
   Esnek bir destekleme özelliÄŸine sahiptir. Aşırı yükleme durumunda santimetrenin 1/1000’i kadar yer deÄŸiÅŸtirdikten sonra taşıyıcılığını tekrar sürdürür.
   AteÅŸleme sonucunda oluÅŸan ÅŸok dalgalarından etkilenmezler.
   Gerilme dağılımı düzgün (üniform) olduÄŸundan cıvata çevresinde aşırı gerilme yoÄŸunlaÅŸması olmaz. Bu nedenle kayaçta akma ve çatlamalar meydana gelmez. Aksine oluÅŸan üç eksenli gerilme durumu kayaç direncini arttırır





Dolgulu  Cıvatalar

   Tüm cıvata boyunca sabitleme saÄŸlandığından özellikle zayıf formasyonlarda baÅŸarıyla uygulanabilir.
   Ã–ngerilme gerektirmezler.
   Dolgu malzemesinin (çimento harcı, reçine) bileÅŸimi deÄŸiÅŸtirilerek istenilen özelliklerde dolgu karışımı hazırlanabilir.
   Reçineli cıvataların taşıma gücü diÄŸer cıvatalara oranla daha yüksektir.
   Reçine ve çimento harcı delik civarındaki kırık ve çatlakların aralarına nüfuz ederek kapatır. Bu, tavanda daha iyi bir stabilizasyon saÄŸlar.
   Cıvata başı, taşıma plakası yada tavan herhangi bir nedenle hasara uÄŸrarsa cıvata taşıyıcılık özelliÄŸini tamamen kaybetmez.
   Patlamalar sonucunda oluÅŸan ÅŸok dalgaları dolgu tarafından iyi bir ÅŸekilde emileceÄŸinden cıvata ÅŸok dalgalarından etkilenmez.

scribd.com