GÜVENLİ TAŞIMA GÜCÜNÜN (Zemin Emniyet Gerilmesinin) JEOFİZİKTEN BULUNMASI, UYGUN YAPI TEMELİ TASARIMI

Transkript

1 GÜVENLİ TAŞIMA GÜCÜNÜN (Zemin Emniyet Gerilmesinin) JEOFİZİKTEN BULUNMASI, UYGUN YAPI TEMELİ TASARIMI Analytic Determination of Allowable Bearing Capacity, and Foundation Design By Means of Geophysical Method. Prof. Dr. Övgün Ahmet ERCAN, İTÜ Maden Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü ÖZ Güvenli taşıma gücü, yerin göçmeden üstüne konacak yapının en büyük ağırlığını verir. Bu değerin depremle bir ilgisi olmamasına karşın, yerin dayanım, kayma ile yapı boyutu ile ağırlığıyla doğrudan ilgisi bulunur. Bu çalışmada jeofizik yoldan, oturma koşulları bağıntısı kullanılarak, kolayca, ucuz, güvenilir, ayrıca yoruma yer vermeksizin doğrudan doğruya güvenli taşıma gücünün bulunmasını kapsayan çözümsel(analitik) yaklaşım sunulmuştur. Bu değer, yerin esneklik dirençleri E, k, ile υ Poisson oranını, ayrıca tıpkı Terzaghi de olduğu gibi yapı kökü boyutları (B, L) ile yapı kökü türünü kapsar. ABSTRACT Allowable bearing capacity is one of the essential parameters to be determined before construction of a building. Once the shear V S and compressional V P -wave velocities are measured geophysicaly, the allowable bearing pressure(or capacity), the coefficient of K-subgrade reaction, γ - unit volume weight(density), S-subsidence and various other eleasticity parameters, E, G, k, m v, υ as well as the approximate values of the unit weight are rapidly, correctly and economically determined, using relatively simple analytical expressions. GİRİŞ Yapılaşmada, yerin göçmeden, ayrıca ayrı ayrı oturma yapmadan taşıyabileceği en çok düşey yük (yapı yükü) dür. Deprem yapı köküne yatay bir güçle vurduğunda, yatay deprem yükünü tanımlayan değerler; a- yer ivmesi, T 0 - yer salınım dönemi, T 1 yapı salınım dönemi, W- yapının ağırlığı, t- deprem süresidir ki bunun düşey güvenli taşıma değeriyle ilgisi yoktur. Ayrıca üzerine ne yapılacağı belli olmayan, boş evleğin güvenli taşıma gücü olmaz. Güvenli taşıma gücü iki yolla bulunabilir; biri jeofizik sarsım(sismik) ölçümle (V s ), diğeri delip yerden örnek a yaparak. İlkinde yerin koşulları değişmediğinden göreceli gerçek değerdir. Diğerinde örnek vurarak, yada yerinden oynatılarak çıkarıldığından doğal koşulları bozulduğundan gerçek değeri yansıtmaz. Toprak örneği deneylenerek, c, Ø, γ 1, γ, N 30 SPT gibi özellikler girdi olarak kullanılırken, jeofizik yolda kesme dalga tezliği V s ya da Poisson ile toprağın esneklik değerleri kullanılır. 8 Nisan 011

2 GTG durağan bir değer olmayıp yukarıdaki değerlerini kullanarak, ancak düşey yapı yükü ile yapı kökü biçim ile boyutunu ona göre değiştirerek ayrı ayrı değerler alabilir. Jeofizik yolla V s sarsım tezliği ile E,G, k; tüm yer özellikleri olan c, Ø, γ 1, γ ile yer ıslaklığı, yeraltısuyu etkisini içinde barındırır. O nedenle kolaydır, sınırlandırma içermez, bilimseldir, temel tasarımını en doğru biçimde yapar. Deprem sırasında yerin esnekleri değerleri E, k, G, E, m v, υ ile Poisson oranı düşeceğinden - taşıma gücü ile -güvenli taşıma gücü de düşer. Bunun sonucunda yapıda yan yatmalar, dönmeler, kayşamalar, ötesi yere batmalar görülür(görüntü1,,3 ile 4) Görüntü 1 Görüntü k,, mv G s -, - - YATAN EVLER Görüntü 3 E- - P S 3 83 JEOFİZİK BÜLTENİ

3 Taşıma Gücü ya da Toprak Güvenlik Gerilmesi (Zemin Emniyet Gerilmesi) ( ) Yapı kökünün göçmeye karşı sağladığı güvenceye (taşıma gücü koşulu), olası en büyük toplam, ayrıca ayrı ayrı oturmaların eşik değerleri geçmemesini (oturma koşulu) bu durumu sağlayan basınç ya da yüke, sığ yapı köklerinde toprak güvenlik gerilmesi ( ), derin yapı köklerinde is bu tanıma güvenli yük denir. Yapı kökünün oturduğu toprağın taşıma gücü; yapı kökü altındaki toprağın birim oylum ağırlığına (γ n ), tutganlığına (c, Ø) (kohezyon), kayma dayanımına (c u ) ayrıca yamulma (esneklik) özellikleri gibi toprağın dayanım ile yük altında işleyiş özelliklerine bağlıdır. Bunlara ek olarak taşıma gücü; toprağın ilk gerilme durumuna, su baskısı koşullarına, ya da tüm bunları kapsayan V s yerden geçen kesme dalgası sarsım tezliğine, kökün boyut, derinlik, biçim, taban pürüzlüğü ile taşıdığı yük değeri gibi biçim koşulları ile tasarım yöntemine dayanır. O nedenle, salt gerekli verileri vererek, yerin güvenli taşıma gücünün bulunması yapı dengeleyicisine (statikere) bırakılmalıdır. Koşulları ne olursa olsun her yer, üst yapı yükünü taşıyabilecek koşullara eriştirilebilir. Bir yerde toprağın taşıma gücü, üzerine dikilecek yapının boyut ile ağırlık özelliklerine göre, V s <300 m/ sn ise yerden alınan örneklerden üzerinde deney yaparak Terzaghi bağıntısından buluna gelmiştir. Ancak, jeofizik uranının gelişmesiyle yerden örnek almaya, deney yapmaya gerek kalmadan çabucak, ayrıca ucuz, göreceli güvenli yoldan bulunabilir. a- Terzaghi Yöntemi. Yere delgi yaparak, çeşitli derinliklerden alınan toprak örnekleri üzerinde deneyler yapıp aşağıda verilen toprak dayanımı ile özelliklerine ilişkin, ayrıca evlek üzerine yapılacak yapıyla ilgili bilgilerin izleyen bağıntıda kullanılmasını kapsar; = K 1. c. N c + γ 1.. N q + K.. Nγ. B. γ (1) Terzaghi bu bağıntıdaki katsayıları izleyen biçimde verir(terzaghi,1976, Celep ile ark. 1991, Kumbasar ile Kip, 1985). K 1 ile K yapı kökü tabanı biçimine bağlı katsayılar olup çizelgeden bulunur(ercan,001). C = Tutganlık (Kohezyon) (kg / cm ) (Kayma Dayanımı) φ = Kayma Dayanımı Açısı = Yapı kökü Derinliği metre (ayarlanabilir) γ 1 = Yapı kökü tabanı üstündeki toprağın birim oylum ağırlığı- kg / cm 3 γ = Yapı kökü tabanı altındaki toprağın birim oylum ağırlığı - kg / cm 3 B = Yapı kökü genişliği (daire yapı kökü durumunda çapı) metre(ayarlanabilir) N c, N γ, N q = Yapı kökü tabanı altındaki toprağın kayma dayanımı açısına bağlı taşıma gücü katsayıları (Ercan, 001, Döküm 49 dan) Toprak tutganlık ile ağırlık özellikleri (c,φ, γ) yapı kökü tabanından ölçülmek üzere B derinliği boyunca ağırlıklı ortalama değeri olarak alınır., B, N, değerleri yapı kökünü tanımlayan ayarlanabilir özelliklerdir. Bu bağıntı V s < 300 m/sn olan topraklar için geçerlidir. Ayrıca toprak ıslaklık ile yeraltısuyu derinliğinin yapı kökünün üstünde yada altında olmasına göre düzeltme değerinin uygulanmasını gerekser(ercan, 001). 84 Nisan 011

4 JEOFİZİK YOLDAN GÜVENLİ TAŞIMA GÜCÜNÜN BULUNMASI Durağan bir değer olmayan GTG, üstünde nasıl bir yapı konulacağı belli olmayan bir yer için bulunamaz. Ancak, bu eksiklik Türkiye de bir çok jeofizik ile jeoloji, ayrıca az sayıda yapı sayışmanınca yaygın olarak yapılmaktadır(ulusay, 1989; Keçeli, 1990; Türker, 004). Bu değer ancak yapının yükü, boyutu, yapı kökü biçimi belli ise belirlenebilir(krinitzsk, diğ, 1993;Ercan, 1996, 000, 001,005;Tezcan ile diğ.006; Tezcan ile diğ.011). Krinitzsk ile diğ, (1993) N 30 SPT değerini kullanırken, Tezcan ile diğ.(011), γ 1 ile V P, V S jeofizik özellikleri kullanmıştır. Bunların tümü GTG nin jeofizik yoldan bulunmasında yeni yeni basamaklar oluşturmuştur. Ancak burada sunduğumuz yöntem, çok kolay, ayrıca yer-yapı ilişkili bir yaklaşımdır. Deprem sırasında GTG değeri değişerek yapıların yere gömülmesi gibi olaylarla karşılaşılabilir(görüntü 4) Tanımlar Deprem bölgelerinde sıvılaşabilir kumlu topraklarda, yerin deprem öncesi belirlenen taşıma gücü ve toprak güvenlik gerilmesi % 50 - % 60 oranında düşer. Bu düşme oranı Krinitzsk, Gould, Edinger (1993) tanımlanmıştır(arıoğlu ve diğ., 000). Sarsıntı altındaki kökün güvenle taşıyabileceği düşey yük azalacağından, yapı kökünde oluşacak gömülme sonucu üst yapıda eğilmenin dışında, toprağa gömülme, yapı denge bozuklukları, komşu yapıya toslama ya da taşıyıcı dizgede kırılmalar, kopmalar da görülebilir. Sarsıntı altında kökün güvenle taşıyabileceği düşey yük (q s ), q s = q / A (. A ) / G (1) olacaktır. q = Yapı köküne gelen üst yapı yükü A = Toplam yapı kökü tabanı yüzey alanı, G = Güvenlik sayısı (G 3 alınmalı). = Sarsıntı altında toprağın güvenlik gerilmesi. Q d, sığ yapı kökünün göçmeden taşıyabileceği en büyük yük ile toprağın taşıma gücünün A yapı kökü oturma alanı ile çarpılmasıyla bulunur. Q d = A. () ü kökün taşıyabileceği üzgüsüz(net) taşıma gücü; ( ) kökün taban düzeyindeki taşıma gücünden, o derinlikteki toprak ağırlığından doğan düşey basıncın çıkarılmasına eşittir. 85 JEOFİZİK BÜLTENİ

5 çıkarılmasına e"ittir. gücünün A yapı kökü oturma alanı ile çarpılmasıyla bulunur. Q d = A. () Makale ü kökün ta"ıyabilece!i üzgüsüz(net) ta"ıma gücü; ( ) kökün taban düzeyindeki ta"ıma gücünden, o derinlikteki toprak a!ırlı!ından do!an dü"ey basıncın Yüzey çıkarılmasına e"ittir. Görüntü 4 Q P Q P Temel Aya!? Yüzey B Temel Aya!? ü = -! 1. q (3) d güvenli ta"ıma gücü (q B a ) (Zemin Emniyet Gerilmesi) ta"ıma gücünün, G s güvenlik sayısına bölünmesi ü = ile bulunur. - γ 1., yapı kökü tabanında yerin ta"ıma gücü, (3) ise yapı güvenli kökü taşıma tabanında gücü (q yerin a ) (Zemin güvenli Emniyet ta"ıma Gerilmesi) gücü, q, taşıma yapı gücünün, kökü altında G s güvenlik cm ye sayısına bindirilen bölünmesi ile üst bulunur. yapı yüküdür., yapı kökü tabanında yerin taşıma gücü, ise yapı kökü tabanında yerin güvenli taşıma gücü, q, yapı kökü ltında cm dü = -! ye 1. bindirilen üst yapı yüküdür. (3) = / G s (4) güvenli ta"ıma gücü = q( / a ) G(Zemin s Emniyet Gerilmesi) ta"ıma gücünün, G s güvenlik (4) G s yapının önemine göre en az 1.5, en çok 5 olabilir. Ortalama olarak 3 alınır. sayısına G s yapının bölünmesi önemine ile göre bulunur. en az 1.5, en çok, yapı 5 olabilir. kökü Ortalama tabanında olarak yerin 3 alınır. ta"ıma Oturma gücü, koşulunun ise sağlanması Oturma durumunda ko"ulunun toprak sa!lanması güvenlik gerilmesinin durumunda q ye eşit toprak ya da küçük güvenlik olması gerilmesinin istenir. q ye e"it yapı kökü tabanında yerin güvenli ta"ıma gücü, q, yapı kökü altında cm ye bindirilen ya da küçük olması q s istenir. q üst yapı yüküdür. d q s! = / G s (4) TA$IMA GÜCÜ = YER%N TA$IMA ÖZELL%KLER% + YAPI KÖKÜ BOYUTU G s yapının önemine göre en az 1.5, en çok 5 olabilir. Ortalama olarak 3 alınır. Oturma ko"ulunun sa!lanması durumunda toprak güvenlik gerilmesinin q ye e"it Jeofizikten Jeofizikten Topra"ın Toprağın Güvenli Taşıma Ta#ıma Gücünün Gücünün Jeofizikten Jeofizikten Bulunması Bulunması ya da küçük olması istenir. Bunun Bunun dı"ında, dışında, yaygın olarak olarak kullanılan kullanılan başka bir ba"ka bağıntı bir Mayerhof ba!ıntı tanımı Mayerhof olarak bilinir. tanımı olarak q s! q bilinir. d ;,5 cm izin verilir düşey oturma için, toprağın taşıma gücü (ZEG-TGG) ; TA$IMA GÜCÜ = YER%N TA$IMA ÖZELL%KLER% + YAPI KÖKÜ BOYUTU Killi Toprak = V s. T e [kg/m²] 50<V S 300 m/sn Jeofizikten Topra"ın Güvenli Ta#ıma Gücünün 5 Jeofizikten Bulunması Bunun dı"ında, yaygın olarak kullanılan ba"ka bir ba!ıntı Mayerhof tanımı olarak Kumlu Toprak = 15, V s. T e [kg/m²] 00 V S 300 m/sn (171) bilinir. ya da 86 Nisan 011 5

6 ;,5 cm izin verilir dü!ey oturma için, topra"ın ta!ıma gücü (ZEG-TGG) ; Makale Killi Toprak = V 3 s. T e [kg/m#] 50<V S $300 m/sn Kumlu Toprak = 15, V 3 s. T e [kg/m#] 00$V S $ 300 m/sn (171) ya da TA!IMA GÜCÜ = JEOF"Z"K ÖZELL"K + TEMEL ÖZELL"#" = 800. N = 30 T 800. N 30 T e e [kg/m²] [kg/m#] (4b) (4b) (Krinitzsk (Krinitzsk, diğ, 1993), di", 1993) P = P = D 1 / B D / B T e = ( T e = (1 / B) P / B). P Güvenlik taşıma Güvenlik gücü ta!ıma q gücü a = / G = / G s s olur. olur. V V s : Kesme s : Kesme Dalgası Hızı (m / sn) (Jeofizikten) Dalgası Hızı (m / sn) ( Jeofizikten) D : Önerilen f : Önerilen Temel Derinli"i (m) (Ayarlanabilir) Temel Derinliği (m) (Ayarlanabilir) B : Yapı kökü aya"ının Geni!li"i (m) (Ayarlanabilir) B : Yapı kökü ayağının Genişliği (m) (Ayarlanabilir) N N 30 : Yapı 30 : Yapı kökü tabanına denk gelen derinlikte SPT (30 cm giri! için vuru! sayısı) kökü tabanına denk gelen derinlikte SPT (30 cm giriş için vuruş sayısı) (Delgiden). Bu değerlerin (Delgiden). düzeltilmesi gerekir. Bu de"erlerin Bu bağıntıda düzeltilmesi D, B değiştirilerek gerekir. toprağın Bu ba"ıntıda üst yapı yükünü D, B taşıması de"i!tirilerek sağlanabilir. topra"ın üst yapı yükünü ta!ıması sa"lanabilir. OTURMAZLIK OTURMAZLIK KOŞULUNDAN KO!ULUNDAN YERİN GÜVENLİK YER"N GÜVENL"K GERİLMESİNİN GER"LMES"N"N ÇIKARILMASI ÇIKARILMASI Oturma, üst Oturma, yapı yükünü üst yapı taşıyamayan yükünü toprağın ta!ıyamayan sıkışarak topra"ın batması, basılması sıkı!arak olayıdır. batması, Bunun basılması sonucunda; olayıdır. üst yapıda kaykılma yere batma, oturma ile eğilme, batma ile çökme görülür. Güvenlik gerilmesi yeterli olan yerde Bunun bu sorun sonucunda; görülmez. üst yapıda kaykılma yere batma, oturma ile e"ilme, batma ile Toprağın Taşıma çökme Gücünü görülür. Düşüren Güvenlik Etmenler gerilmesi yeterli olan yerde bu sorun görülmez. Üst yapı yüklerinin Topra$ın yapı Ta%ıma kökü aracılığıyla Gücünü yapı Dü%üren kökü altına Etmenler bindirdiği baskı ile toprak ya da dolgunun oturması oluşabilir. Üst yapı Oturmayı yüklerinin oluşturan yapı kökü etmenler, aracılı"ıyla yapı kökü altına bindirdi"i baskı ile toprak ya 1- Üst da yapı dolgunun yükünün oturması toprağın taşıma olu!abilir. gücünü Oturmayı aşması (taşkın olu!turan baskıbaskı) etmenler, σ kg/cm - Toprağın 1- sürekli Üst yapı treşim yükünün ile depremlerle topra"ın sarsılması, ta!ıma gücünü a!ması (ta!kın baskıbaskı) 3- Sıkışabilir gerecin kg/cm içeriği, türü ile kalınlığı 4- Gözeneklik - Topra"ın (n), boşluk sürekli oranı (e) tre!im ile geçirgenlik ile depremlerle (k) sarsılması, 5- Kuru birim 3- Sıkı!abilir oylum ağırlığı gerecin (γ ) ile içeri"i, su içeriği türü (W ile ) kalınlı"ı k n 6- Sıkışabilir 4- toprağın Gözeneklik esnekliği (n),(e, bo!luk G, k, oranı m, υ) ve (e) sıkışabilirliği ile geçirgenlik (k) v 7- Toprak 5- tanelerinin Kuru birim boyutu, oylum boyutlanması, a"ırlı"ı (! kalınlığı, k ) ile su serilişte içeri"i sıkıştırma (W n ) özelliği 8- Sıkışabilir 6- katmanın Sıkı!abilir altındaki topra"ın katmanların esnekli"i benzer (E, G, özellikleri k, m v, olarak ") ve sayılabilir. sıkı!abilirli"i Taşıma gücünün 7- Toprak düşmesi tanelerinin sonucu sıkışabilir boyutu, yerler boyutlanması, ile yapı kökü kalınlı"ı, tabanına serili!te serilmiş sıkı!tırma yapay dolgular özelli"i benzer oturma davranışları gösterirler. O nedenle benzer yöntem ile yollar ile incelenirler. Dolgunun sıkıştırılmasının 8- amacı, Sıkı!abilir dayanım katmanın ile taşıma altındaki gücünün artırılması, katmanların sıkışabilirliğinin benzer özellikleri ile su emme olarak özelliğinin sayılabilir JEOFİZİK BÜLTENİ

7 azaltılmasıdır. Toprağın sıkıştırılması, bir baskı aracı kullanılarak boşluk oylumunun küçülterek tanelerin birbirlerine yakın kümelenmelerini sağlamaktır. İyi sıkıştırılmış bir toprakta, boşluklar giderileceği için su içeriği değişimine karşı dayanım kazanır, yapı kökü ile alt yapılarda yüksek dayanım, biçim değişikliğine karşı direnç kazanılır. Gerek sıkışabilir katmanın kalınlığının, gerekse yapı kökü altlarında derinliklerinin ayrı taşıma özelliklerinin olması, yapının içe batmasının her yapıda ayrı, ötesi aynı dikintinin ayrı yerlerinde değişken olabilir. O nedenle, yapının ağırlığı yüklü alanın eğrilmesine neden olabilir, yapı tabanı döner, kısmen, eğrilme gerilmesini tüm yapıya aktarabilir. Üst yapı tasarımı yapılırken bu tür dönme nedeni ile oluşan ek gerilmeler göz önüne alınmadığından, yapıda biçimsel bozukluk, burkulma ile eğilme başlayabilir. Eğer önlem alınmadan yük bindirilmesi sürdürülürse yapıda onarılamaz çığımlar( hasarlar) oluşabilir. Tabana Gelen Üst Yapı Basıncı q Yapı kökü taban alanına (A) etkiyen üst basınçtır ya da yapı yüküdür. Tabana gelecek basıncın, yapılaşacak yerlerde uygulama öncesinde yapılması gerekir. Buna göre ayrı oturmaların yüksek yapıyı dokuncaya uğratmayacak düzeyde kalmasını sağlayacak bir yapı kökü tasarımı tasarlanır. Tasarım için yapı ağırlığı ile onu yapı köküyle, kök altındaki toprağa aktaran yapı köklerindeki eğilme devinirlikleri(momentleri), ayrıca kayma gerilmelerini bulmak gereklidir. Özellikle toyunlu(killi), uğralı(siltli), turbalı topraklarda taban basıncı dağılımı süre içinde önemli oranda değişebilir. O nedenle, yapılaşmada toprak türü ile basınç dağılımının özelliği arasındaki bağıntıyı kurmak gerekir. Basınç dağılımının kuramsal ile gerçek değerleri arasında ayrılık çoksa, kuşku varsa, G güvenlik sayısı büyük seçilir. Her katmandaki oturmanın ise üç bile!eni vardır. Bunlar, S i birdenbire oturma, S c Oturmanın sıkı!ma Bileşenleri oturması, S p yo"ruk oturma, Toplam oturma toprak yüzeyi ile yapı kökü altında kalan toprağın düşey basınç etkisinde oturmaların toplamıdır. S = S i + S c + S p (6) S= S 1 + S + S S n (5) Her katmandaki oturmanın ise üç bileşeni vardır. Bunlar, S i birdenbire oturma, S c sıkışma oturması, S p yoğruk Birdenbire oturma, oturma S i ; toprakta oylum de"i!mesi olmadan olu!an oturmadır. Suya doygun topraklarda birdenbire oturma ile su içeri"inin de"i!medi"i varsayılır. Ta!ıma gücü; yapı S kökü = S i + ayaklarının S c + S L-uzunlu"u ile enine(ya da çapı) B, p (6) Poisson oranına!, Birdenbire dü!ey esneklik oturma S i ;(elastisite) toprakta oylum direncine, değişmesi E olmadan ile k saran oluşan basınç oturmadır. esneklik Suya doygun de"erine, topraklarda yüklü birdenbire alanın oturma biçimine, ile su ta!ıma içeriğinin gücünün değişmediği belirlenece"i varsayılır. Taşıma yerin gücü; konumu yapı kökü ile ayaklarının sıkı!abilir L-uzunluğu toprak ile enine(ya da çapı) B, Poisson oranına υ, düşey esneklik (elastisite) direncine, E ile k saran basınç esneklik katman değerine, kalınlı"ına yüklü alanın ba"lı biçimine, bir katsayı taşıma olan gücünün I p ye, belirleneceği yapı kökü yerin tabanına konumu gelen ile sıkışabilir kesin toprak taban katman basıncı kalınlığına q ye, bağlı toprakta bir katsayı oylum olan Ide"i!mesi p ye, yapı kökü olmadan tabanına gelen (su kesin içeri"i taban de"i!meden) basıncı q ye, toprakta olu!an oylum değişmesi olmadan (su içeriği değişmeden) oluşan oturmaya bağlıdır. Bu olgu izleyen bağıntı ile oturmaya ba"lıdır. Bu olgu izleyen ba"ıntı ile tanımlanır(ercan,001).. tanımlanır(ercan,001).. S i = S q i. = B. q {. (1 B. { υ (1 ) / E! }. ) I / E }. I p p (7) (7) B!RDENB!RE OTURMA = YER!N JEOF!Z!K ÖZELL!KLER! + YAPI ÖZELL!"! 88 b. Sıkı#ma (Konsolidasyon) oturması, S c ; topra"a üst yapı yükü bindi"inde toprak Nisan 011 içindeki suyun dı!arı atılması ile süre içinde olu!an, yapı yükü altındaki topra"ın dü!ey do"rultudaki basılmadır. Bu tür güçsüzlük toyunlu u"ralı(siltli) topraklarda

8 b. Sıkışma (Konsolidasyon) oturması, S c ; toprağa üst yapı yükü bindiğinde toprak içindeki suyun dışarı atılması ile süre içinde oluşan, yapı yükü altındaki toprağın düşey doğrultudaki basılmadır. Bu tür güçsüzlük toyunlu uğralı(siltli) topraklarda oluşur. Birdenbire, ayrıca sıkışma (konsolidasyon) oturması kumlu çakıllı toprak ile dolgularda ayırt edilemez. Bunlar birbirine eşittir. Çünkü, suya doygun kumlarda da, yük altında, kum içindeki su, kum geçirimsiz katmanlar arasında olmayıp suyunu özgürce dışarı verebiliyorsa oturma çok çabuk oluşur. Toyunlu(killi), ayrıca uğralı(siltli) topraklarda su belli bir süre içinde çıkacağından sıkışma oturması, kumlu yerlerde su ise çabuk dışarı çıkacağından birdenbire oturma egemendir. S c = η. m v. p. H (8) η : yapı kökü altındaki toyunun(kilin) sıkışmaya bağlı katsayısı olup, 1. çok duyarlı toyunlarda (1.0 1.),. olağan (sıkışmış) toyunlarda ( ), 3. aşırı sıkışmış toyunda ( ), 4. çok aşırı sıkışmış toyunda (0.-0.5) dir. H : yapı kökü altında kalan oturabilir, sıkışabilir katman kalınlığı, p = yapı yükünü karşılayan alan başına yapı ağırlığı = 1/q m v : yapı kökü altındaki birimin oylumsal sıkışma katsayısı (=1/k sıkışmazlık esneklik direnci, jeofizikten ya da ödometre deneyinden), m v = n / p (9) n : sıkışma ile toprak gözenekliliğinin değişimi(alışılmış deneylerde ödometre deneyinden), p m v = 1/ k.q k: sıkışmazlık esneklik direnci (kg/m ) H / B L / B Kuşak Döküm 1 - H kalınlığında sıkışabilir bir katman üzerine oturan dikdörtgen tekdüze yayılı yüklü alanların köşeleri altındaki birdenbire oturmaya ilişkin I p değerleri ( Kumbasar ile Kip, 1985). L, yapı kökü ayağının uzunluğu, B-yapı kökü ayağının eni. 89 JEOFİZİK BÜLTENİ

9 c. Yoğruk Oturma S p : Bu özellik diğer ikisine göre daha küçük olduğundan göz ardı edilebilir. Yerin, yeterli taşıma gücü varsa, oturma S= 0 olacaktır. S i + S c =0 (10) q. B. { (1 υ ) / E }. I p + η. m v. p. H = 0 (11) H= d- (1) d: yapı kökünün tabanında yada altında yer alan oturabilir katmanın, yüzeyden olan derinliği, = yapı kökünün yüzeyden olan derinliği(kazılarak atılan kesim) q. B. { (1 υ ) / E }. I p + η. m v. p. (d- ) = 0 (13) p = yapı yükünü karşılayan alan başına yapı ağırlığı = 1/q W = üst yapı yükünün ağırlığı A= yapı kökü oturma yüzey alanı m v = 1/k a=(1 υ ) / E (15) q= Yapı yükü - kaldırılan kazı yükü=w/a - γ 1 (16) Yapılaşma öncesinde, yer dengede olduğundan yerin, ek yük bindirmeden önceki en az taşıma gücü, üzgüsüz(net) taşıma gücünün ya da yapı yükünün olmadığı bir durumda, ü = W/A (17) ü =0 durumunda, ü = - γ 1 (18) = γ 1 Yapı kökü taban düzeyindeki taşıma gücü ( ) ise, = W/A - γ 1 (19) 90 Nisan 011

10 Sığ yapı köklerinde, toprağın göçmeden taşıyabileceği toplam en büyük yük Güvenli taşıma gücü ise Q t = A. (0) = /G s (1) G s :güvenlik bölgüsü olup yapının önemine göre 1,5 ile 5 arasında değişebilir. Bu durumda; q= () q= W/A - γ 1 Oturmazlık koşulunu sağlayan ise; q B. a. I p + η. m v. p. (d- ) = 0 (3) γ 1 = yapı kökü ile yüzey arasında yer alan katmanın ortalama birim oylum ağırlığı p = -1/q (4) Kısaltmalar yapılırsa, m v = 1/k a=(1 υ ) / E T= B.a.I p = B. I p. (1 υ ) / E (5) V= η. (d- )/k (6) q.t -V/q=0 q = V/T q = = (V/T) 0,5 bulunur. Açıkça yazılırsa, (7) 91 JEOFİZİK BÜLTENİ

11 ya da =(( E/k) η. (d- ) / (B. I p. (1 υ ))) 0,5 (8) =(3 η (1-υ). (d- ) / (B. I p. (1 υ ))) 0,5 (9) Buradan, Güvenli taşıma gücü ise = /G s (30) bulunur. Burada bulunan yapı kökünün bir yağının taşıyabileceği güvenli yüktür. Sığ yapı köklerinin, toprağı göçürtmeden taşıyabileceği toplam en büyük yük, Q t = A. (31) A= Toplam yapı kökü yüzey alanıdır.(m.b.l), M= toplam yapı kökü ayağı sayısı, B,L: bir ayağın eni ile boyudur. Sürekli ya da kuşak köklerde, L= uzundur, bütün(radye jeneral) yapı köklerinde ise B ile L uzun olup tüm oturma alnını kapsar. Görüldüğü gibibi bu yaklaşımda çıkan tanım yalnızca yerin jeofizik özelliklerine E- düşey esneklik direnci, k-saran esneklik direncine ya da υ-poisson oranı ile yapı kökü boyutu, yapı kökü derinliği(kazı derinliği), sıkışır katman kalığına bağlıdır. Bu jeofizik değerler yerin dayanım ile taşıma gibi tüm özelliklerini kapsamaktadır. Yapı sayışmanı B, L,, değerlerini oynayarak öngördüğü güvenli taşıma gücüne erişebilir. TEMEL TASARIMI ÖRNEKLERİ Yapılan işi örneklemek için oturmaların sıkca görüldüğü, Bursa Nilüfer yerleşim alanında gerçek anlamda ölçülen jeofizik verileri kullanarak, bilinen jeofizik değerler için, tekil, sürekli, bütün temel biçimleri için uygun yapı temeli tasarımı alıştırması yapalım(görüntü 5, 6, 7 ile 8) 9 Nisan 011

12 Görüntü 5 Görüntü 6 BÖLÜMÜDÜR. 4 5 Görüntü 7 DALGASI Vs>700 m/sn 6 ÖRNEK-1 Tekil Temel Durumu: Bursa-Nilüfer Genç Çökelleri Üzerine Yapılacak 17 Katlı Dikinti İçin Güvenlik Gerilmesi. Aşağıda belirtilen Yapılaşma Kesitinde görüldüğü gibi, yapı kökünün oturacağı yerin jeofizik özellikleri şunlardır: 93 JEOFİZİK BÜLTENİ

13 V p = m/sn, V s = m/sn, γ 1 = 1,7 gr/cm 3, Poisson oranı υ=0,35, yapı oturma alanı A=60 m (0m x 31m), yapı kökü boyutu; B=1 m, L= m, W= ton, Yapı katı N= 17 kat, sıkışabilir ikinci katmanın giriş çıkış derinliği d=h = 4,5-0 m= 15,5 sıkışabilir katman derinliği d= h = 15,5, Yapı kökü altında kalan sıkışabilir katman kalınlığı H= h - = 10,5 m, η =0,5, bütün yapı kökü yüzey alanı S=619 m, M=30 tane tekil temel için tekil yapı kökü yüzey alanı S=L.B.M = 60 m, Yapı kökü için önerilen derinlik.=5 m, sarsıntı büyütme değeri b=,5-3,8, T 0 = 0,0-0,34, Yerin esneklik değerleri E= 0, , k= 0, kg/cm, L/B= 1,5, H/B= 5,5, bu değerler kullanılarak I p =0,5 T= x 0,5x(1-0,35 )/ 0, = 5, V= 0,5x10,5/0, =6, q = = (V/T) 0,5 = 7,1 kg/cm Güvenli taşıma gücü ise, G s = 3 alınırsa = /G s bulunur. =,4 kg/cm N=17 katlı yapının toplam ağırlığı W= ton dur. Bütün yapı kökü için yüzey alanı S=619 m, B genişliği 1 metre, L= metre olan, M=30 tane tekil ayak temel için yapı kökü yüzey alanı S=L.B.M = 1 x x 30 m = 60 m. Bu durumda temelin 1 m sine düşen üst yapı yükü q= W/S= / = 6,3 kg/cm. q> olduğunda yukarıda verilen temel türü, ayak genişliği, temel boyu ile ayak sayısı için, yer üst yapı ağırlığını taşıyamayacağından toprak içine oturacaktır. Bu durumda, temel biçimi, B, L, M boyutları değiştirilerek, q< koşulu elde edilmelidir. 94 Nisan 011

14 ÖRNEK- Bir Doğrultuda Sürekli Temel Durumu İçin Güvenlik Gerilmesi. Yukarıda belirtilen Yeraraştırma Kesitinde görüldüğü gibi, yapı kökünün oturacağı yerin jeofizik özellikleri değişmez, değişen yalnızca temelin biçim ile boyutudur. Jeofizik Özellikler: Poisson oranı υ=0,35, yerin esneklik değerleri E= 0, , k= 0, kg/cm, sıkışabilir ikinci katmanın giriş çıkış derinliği h = 4,5-0 m, sıkışabilir katman derinliği h = 15,5, yapı kökü altında kalan sıkışabilir katman kalınlığı H= h - = 10,5 m, η =0,5, Temel Boyutu: Ayak genişliği B=, boyu L= 0m olsun. Bu durumda; L/B= 10, H/B= 5, I p = 0,77 =(( E/k) η. (d- ) / (B. I p. (1 υ ))) 0,5 = (0,17/0,0) x 0,5 x 15,5 /(-x 0,77 x (1-0,35 ) = 65,875/ ( x 0,87) =49, = 7,0 kg/cm Güvenli taşıma gücü ise, G s = 3 alınırsa bulunur. = /G s =,3 kg/cm N=17 katlı yapının toplam ağırlığı W= ton dur. Bütün yapı kökü için yüzey alanı S=619 m,b genişliği metre olan, M=6 tane sürekli kuşak temel için sürekli yapı kökü yüzey alanı S=L.B.M = 0 x x 6 m = 40 m. Bu durumda temelin 1 m sine düşen üst yapı yükü q= W/S= / = 6,7 kg/cm. q> olduğunda yukarıda verilen temel türü, ayak genişliği, temel boyu ile kuşam sayısı için, yer üst yapı ağırlığını taşıyamayacağından toprak içine oturacaktır. Bu durumda, temel biçimi, B, L, M boyutları değiştirilerek, q< koşulu elde edilmelidir. 95 JEOFİZİK BÜLTENİ

15 ÖRNEK-3 Bütün Temel(radye jeneral) Temel Durumu İçin Güvenlik Gerilmesi. Yukarıda belirtilen Yeraraştırma Kesitinde görüldüğü gibi, yapı kökünün oturacağı yerin jeofizik özellikleri değişmez, değişen yalnızca temelin biçim ile boyutudur. Jeofizik Özellikler: Poisson oranı υ=0,35, yerin esneklik değerleri E= 0, , k= 0, kg/cm, sıkışabilir ikinci katmanın giriş çıkış derinliği h = 4,5-0 m, sıkışabilir katman derinliği h = 15,5, yapı kökü altında kalan sıkışabilir katman kalınlığı H= h - = 10,5 m, η =0,5, Temel Boyutu: B=0, L= 31m, L/B= 1,55, H/B= 0,5. Bu durumda I p = 0,03 bulunur. =(( E/k) η. (d- ) / (B. I p. (1 υ ))) 0,5 = (0,17/0,0) x 0,5 x 15,5 /(0 x 0,03 x (1-0,35 ) = 65,875/ (0 x 0,03 x 0,87) = 11, kg/cm Güvenli taşıma gücü ise, = /G s G s = 3 alınırsa = 3,74 kg/cm bulunur. Peki, bu temel tasarımı üst yapı yükünü çekebilir mi? N=17 katlı yapının toplam ağırlığı W= ton dur. Bütün yapı kökü için yüzey alanı S=619 m, B genişliği 0 metre olan, L= 31 metre olan bütün temel için yapı kökü yüzey alanı S=L.B.= 0 x 31 m = 60 m. Bu durumda temelin 1 m sine düşen üst yapı yükü q= W/S= / =,54 kg/cm. q< olduğunda yukarıda verilen bütün temel türü için, yer üst yapı ağırlığını G=3 güvenliğinde taşıyabileceğinden yapı toprak içine gömülmeyecektir.. Bu durumda, seçilen temel biçimi, ile boyutu (B, L) yeterlidir. 96 Nisan 011

16 SONUÇ Beş metreye dek derinliği olan sığ yapı köklerinin güvenli taşıma özelliklerini bulmak, deprem sırasında güvenliğinin düşmemesini sağlamak, yapılaşma işlerinin önemli bir sorunu olmuştur. Geleneksel yöntemde yerden, doğal koşulları bozularak alınan örnekler üzerinde yapılan deney sonuçlarını kullanan Terzaghi yöntemi, temel tasarımında, edindiği kısıtlamalar göz ardı edilerek en yaygın olarak kullanılagelmiştir. Bunun dışında, delgi içinde N 30 u bularak yapılan deneysel bağıntıların yapı temel tasarımında kullanılması bilime aykırıdır, ayrıca kısıtlayıcı koşullar içerir. Daha sonra geliştirilen V s kesme dalgasına ilişkin bağıntı, yapı özelliklerini dışladığından yapı temeli tasarımı ilkesine ayrı düşmüştür. Güvenli taşıma gücü yapı temelinden bağımsız bir değer değildir. Sonradan, bu bağıntının geliştirilmesiyle, yapı öğeleri ile donatıldığı, ancak çok değiştirgenli, çok koşullu, çok eşik değerli başka bağıntılar da oluşturulmuştur. Bu çalışma ile bulunan yeni bağıntı,terzaghi taşıma gücü ile temel tasarımı ilkesi anlayışına dayanarak, ayrıca oturmazlık koşulları üzerine yürütülmüş bir çıkarımdır. Bağıntı tüm taşıma özelliği düşük topraklar, sulu-kuru koşullar, tüm jeofizik koşullar, tüm yapı kökü türleri için çalışan bir bağıntıdır. Kısıtlamaları ya da koşulları yoktur. Öngördüğü değerler, jeofizik(sismik) çalışmalardan çıkarılan, 1. Jeofizik yeraltı kesitinde, oturabiliri ya da yapı kökü tabanın oturtulacağı düzeyin altında güçsüz katman(lar) kalığı H,. Yapı kökünün oturtulacağı katmanın sarsımsal jeofizik özellikleridir: V, V, E, k, υ s p özellikleridir. Ağırlığı W, temel oturma alanı S olan N katlı yapının temel tasarımında bu bağıntı, uygun temel tasarımını bulmak için kullanılır. Bağıntıda yer alan jeofizik özellikler(h, E-düşey esneklik ölçgesi, k-saran basınç ölçgesi ya da υ-poisson oranı) değişmez kalırken, temel biçimi ile boyutları (tekil, sürekli, bütün, B-temel ayağı genişliği, L-temel boyu, M-ayak sayısı, - temel derinliği değiştirilerek, birim alana düşen yükü oturmadan taşıyabilecek - güvenli taşıma gücü elde edilir. Kısacası; üzerine ne tür yapı kondurulacağı belli olmayan boş bir evleğin - güvenli taşıma gücü olmaz. - güvenli taşıma gücünün bulunmasında jeofizik özellikler durağan kalırken temel tasarımı için temel boyutunun değiştirilir olması, - güvenli taşıma gücü değerinin de durağan değil değişken bir değer olduğunu gösterir. Eğer, Yerinceleme çalışması yapılıyorsa, ancak yapı türü verilmemiş ise, izleyen örnekteki bağıntı, izleyen biçimde yapı sayışmanına (inşaat mühendisine) sunulmalıdır. =(( E/k) η. (d- ) / (B. I p. (1 υ ))) 0,5 = (0,17/0,0) x 0,5 x (15,5- ) /(B x I p x (1-0,35 ) 97 JEOFİZİK BÜLTENİ

17 E!er, Yerinceleme çalı"ması Makale yapılıyorsa, ancak yapı türü verilmemi" ise, izleyen örnekteki ba!ıntı, izleyen biçimde yapı sayı"manına (in"aat mühendisine) sunulmalıdır. =(( E/k). (d- ) / (B. I p. (1! ))) 0,5 Yapı denge tasarımcısı (statiker) bu bağıntıda yer alan, B, L ile temel türüyle oynayarak, birim yapı temeline düşen q değerini elde ederken temel biçimi de kendiliğinden ortaya çıkacaktır. Diğer oynayabileceği d = (0,17/0,0) x 0,5 x (15,5- ) /(B x I p x (1-0,35 ) yapısal özellikler ise W-yapı ağırlığıdır. Yapı ağırlığını düşürmek için ya N-katsayısını azaltır, ya da yapı gereçlerini Yapı denge yeğnileştirir(hafifletir.) tasarımcısı (statiker) GTG durağan bu ba!ıntıda bir değer yer olmayıp alan yukarıdaki, B, L değerlerini ile temel kullanarak, türüyle ancak oynayarak, düşey yapı birim yükü yapı ile yapı temeline kökü biçim dü"en ile boyutunu de!erini ona göre elde değiştirerek ederken ayrı temel ayrı değerler biçimi alabilir. de Jeofizik kendili!inden yolla V s sarsım ortaya tezliği çıkacaktır. ile E,G, k; Di!er tüm yer oynayabilece!i özellikleri olan c, yapısal Ø, γ 1, γ özellikler ile yer ıslaklığı, ise yeraltısuyu W-yapı etkisini a!ırlı!ıdır. içinde barındırır. Yapı a!ırlı!ını O nedenle dü"ürmek kolaydır, sınırlandırma için ya içermez, N-katsayısını bilimseldir, azaltır, temel tasarımını ya da en yapı doğru biçimde gereçlerini yapar. ye!nile"tirir(hafifletir). TA!IMA GÜCÜ = JEOF"Z"K ÖZELL"KLER + YAPI KÖKÜ BOYUTU "LE TÜRÜ GTG dura!an bir de!er olmayıp yukarıdaki de!erlerini kullanarak, ancak dü"ey yapı yükü ile yapı kökü biçim ile boyutunu ona göre de!i"tirerek ayrı ayrı de!erler alabilir. Jeofizik yolla V s sarsım tezli!i ile E,G, k; tüm yer özellikleri olan c, Ø, " 1, " ile yer ıslaklı!ı, yeraltısuyu etkisini içinde barındırır. O nedenle kolaydır, sınırlandırma içermez, bilimseldir, temel tasarımını en TASARLANAN do!ru biçimde yapar. YARARLANILAN KAYNAKLAR Y Arıo!lu, E., Arıo!lu N., Yılmaz, A.O., En büyük 000, Gerilme Zemin.5 kg/cm Sıvıla"ması I. ve II. Hazırbeton Yıl:7, 98 Nisan 011 Sayı:38, Mart-Nisan Ayı Celep, Z., Kumbasar N., 1996, Yapı Dinami!i ve Deprem Mühendisli!ine Giri", #kinci Baskı, Beta Da!ıtım, #stanbul. Vp = m/sn Ercan, A., 1990 b, Yeraltı Bo"lukları ve Zemin Esnekli!inin Jeofizik Yöntemlerle 77, KUZEY SAYGINKENT Belirlenmesi, II. Ulusal Kaya Mekani!i Sempozyumu Bildiriler, s Kasım Yol Ercan, A., 1996 a, Soil Subsidence Classification at an Hotel Site by Engineering Geophysics, Alanya, Turkey, I. Balkan Geophysical Congress and Exhibition, Eylül CL Siltli Kil) CL Siltli Kil) Ercan, A., 000 n Yermühendislik Özelliklerinin Jeofizik Ölçümler, Jeolojik Gözlemler YERALTI ARAMACILIK ve Teoteknik Deneylerle Belirlenmesi; Yerel Yön. Jeoter. En. Ve S.S. ÜÇEL YAPISI A = m W= ton d = 5 m T 0 = sn b = d= 5 m için q = kg/cm s d= 0 m için q s = kg/cm d = 0 m 15 1 Vp = m/sn 1 Vs = m/sn Vs = m/sn m Vp = m/sn 3 Vs = m/sn 3 0 GÜNEY.5 5m

18 YARARLANILAN KAYNAKLAR Arıoğlu, E., Arıoğlu N., Yılmaz, A.O., 000, Zemin Sıvılaşması I. ve II. Hazırbeton Yıl:7, Sayı:38, Mart-Nisan Ayı Celep, Z., Kumbasar N., 1996, Yapı Dinamiği ve Deprem Mühendisliğine Giriş, İkinci Baskı, Beta Dağıtım, İstanbul. Ercan, A., 1990 b, Yeraltı Boşlukları ve Zemin Esnekliğinin Jeofizik Yöntemlerle Belirlenmesi, II. Ulusal Kaya Mekaniği Sempozyumu Bildiriler, s.55-77, 5-7 Kasım Ercan, A., 1996 a, Soil Subsidence Classification at an Hotel Site by Engineering Geophysics, Alanya, Turkey, I. Balkan Geophysical Congress and Exhibition, Eylül Ercan, A., 000 n Yermühendislik Özelliklerinin Jeofizik Ölçümler, Jeolojik Gözlemler ve Teoteknik Deneylerle Belirlenmesi; Yerel Yön. Jeoter. En. Ve Jeoteknik Uyg. İB Kitabı, 0- Kasım, S Ercan, A.001. Kıran Bölgelerinde YERARAŞTIRMA YÖNTEMLERİ Bilgi ve Kurallar. TMMOB JFMO Yayını. 339 s. Ercan, A.005. Bursa Nilüfer Genç Çökellerinde Yapılaşma Jeofiziği. Yer altı Aramacılık Bildirgesi, Bozbey İnşaat, Bursa. Keçeli, A.D.,1990. Determination of bearing capacity of soils by means of seismic methods (in Turkish). Geophysical Journal, Ankara, Türkiye, 4, 83-9 Krinitzsky, E.L., Gould, J.P., Edinger, P.H., Fundamentals of Earthquake Kumbasar, V., Kip, F., 1985, Zemin Mekaniği Problemleri, Çağlayan Kitabevi, 50 s Terzaghi,K. And Peck, R.B.,1976. Soil Mechanics in Engeering Practice. nd ed. John Wiley & Sons, London. Tezcan, S.S. Özdemir, Z., and Keçeli, A., 006. Allowable bearing of shallow foundation capacity of shallow foundations based on shear wave velocity. Journal of Geotechnical and Geological Engineering, 4:pp.03,-18, DOI /s , Netherlands, Springer, Tezcan, S., 011. Geçmiş depremlerden alınacak dersler jeofizik etüdlerin önemi. Özel Baskı. Yüksek Öğrenim Eğitim ve Araştırma Vakfı. İstanbul, 10 Mart 011, Aydın Toplantısı. Türker, E., 004. Computation of ground bearing capacity from shear wave velocity Continuum Models and Discrete System. Eds. D. Bergman, et al. Netherlands, pp Ulusay, R., 1989, Pratik Jeoteknik Bilgiler. Teknomad Yayınları, 44 s. 99 JEOFİZİK BÜLTENİ