ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Doğan YILDIRIM GEOGRİD DONATILI STABİLİZE DOLGU TABAKASI İLE KİL ZEMİNLERİN İYİLEŞTİRİLMESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2009

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ GEOGRİD DONATILI STABİLİZE DOLGU TABAKASI İLE KİL ZEMİNLERİN İYİLEŞTİRİLMESİ Doğan YILDIRIM YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez... /... / 2009 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği / Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza... İmza... İmza... Yrd. Doç. Dr. A.Azim YILDIZ Prof. Dr. Mustafa LAMAN Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Danışman Üye Üye Bu tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır Kod No: Prof. Dr Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Bu Çalışma TÜBİTAK Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: 106M496 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ GEOGRİD DONATILI STABİLİZE DOLGU TABAKASI İLE KİL ZEMİNLERİN İYİLEŞTİRİLMESİ Doğan YILDIRIM ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman : Yrd. Doç. Dr. A.Azim YILDIZ Yıl : 2009, Sayfa : 158 Jüri : Yrd. Doç. Dr. A.Azim YILDIZ : Prof. Dr. Mustafa LAMAN : Doç. Dr. Alaettin KILIÇ Yumuşak veya gevşek zemin koşullarının hâkim olduğu arazilerde inşa edilecek yapılarda temellerin tasarım ve yapımı inşaat mühendisleri için büyük problem oluşturmaktadır. Bu tür zeminler üzerinde inşa edilecek yapılarda, aşırı oturmalar veya zemin taşıma kapasitesinin zayıf olması nedeniyle göçmeler meydana gelebilmektedir. Bu durumda, ya derin temel uygulamasına geçilmeli ya da temel zemininde, zemin iyileştirme yöntemi uygulanmalıdır. Derin temel uygulaması pahalı bir çözüm olduğu için genellikle uygun bir yöntem ile temel zeminin iyileştirilmesi tercih edilmektedir. Son yıllarda gittikçe önem kazanan zemin iyileştirme yöntemlerinden biri de geosentetik donatılı zeminlerdir. Geosentetikler ile ekonomik, hızlı ve kalıcı çözümler üretilebilmektedir. Bu çalışmada, geogrid donatılı stabilize dolgu tabakası ile kil zeminlerin iyileştirilmesi arazi deneyleri ile araştırılmıştır. Deneylerde büyük ölçekli (30cm ve 60cm) dairesel model temeller kullanılmıştır. Arazi deneylerinden sonra, sonlu elemanlar yöntemine dayanan PLAXIS 2D bilgisayar yazılımı ile sayısal analizler yapılmıştır. Deney sonuçları sayısal analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Deney ve sayısal analiz sonuçları, geogrid donatılı stabilize dolgu tabakasının, dairesel temelin taşıma kapasitesi ve oturma davranışı üzerinde önemli bir etkisi olduğunu göstermektedir. Anahtar kelimeler: Geogrid, Kil, Taşıma Kapasitesi, Yüzeysel Temel, PLAXIS I

4 ABSTRACT MSc THESIS IMPROVEMENT OF CLAY SOIL WITH GEOGRID REINFORCED STABILIZED FILL LAYERS Doğan YILDIRIM DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Assist. Prof. Dr. A.Azim YILDIZ Year : 2009, Page : 158 Jury : Assist. Prof. Dr. A.Azim YILDIZ : Prof. Dr. Mustafa LAMAN : Assoc. Prof. Dr. Alaettin KILIÇ In soft or loose soils, design and construction of a foundation is a problematic for civil engineers due to large settlements and low bearing capacity. In such cases, deep foundation application or soil improvement can solve the problem. However, deep foundations tend to be expensive, so soil improvement is usually preferred. Among the methods of soil improvement, which gained importance in recent years, geosynhetic reinforced soil is economic, rapid and lasting solution. In this study, the improvement of clay soil by application of geogrid reinforced granular filler is investigated by field tests. In the tests, 30cm and 60cm diameter circular model foundations are used. Later, numerical analysis has been done via PLAXIS 2D, a software which simulates soil behavior by calculations based on finite element method, and results are compared with the ones from fields tests. Both field test and numerical analysis results show that, in circular foundations, geogrid reinforced granular filler application has important effect on reducing settlements and increasing bearing capacity of soil. Key words: Geogrid, Clay, Bearing Capacity, Shallow Foundation, PLAXIS II

5 TEŞEKKÜR Yüksek lisans tez konumun belirlenmesinde ve çalışmalarımda beni yönlendiren ve benden yardımlarını esirgemeyen, danışman hocam sayın Yrd. Doç. Dr. A.Azim YILDIZ a teşekkürlerimi sunarım. Değerli katkılarından dolayı başta Prof. Dr. Mustafa LAMAN, Arş. Gör. Ahmet DEMİR ve Arş. Gör. Murat ÖRNEK hocalarım olmak üzere tez çalışmamda maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen tüm arkadaşlarıma teşekkür ederim. Bu tezin oluşmasında sağladığı maddi destekten ötürü, TÜBİTAK a teşekkürlerimi bir borç bilirim. Son olarak, her zaman bana destek olan ve yardımlarını esirgemeyen aileme teşekkürlerimi sunarım. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ...I ABSTRACT... II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER... IV ÇİZELGELER DİZİNİ... VIII ŞEKİLLER DİZİNİ... IX 1. GİRİŞ ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Giriş Deneysel Çalışmalar Küçük Ölçekli Deneyler Binquet ve Lee (1975a) Mandal ve Sah (1992) Ramaswamy ve Purushothaman (1992) Shin ve ark. (1993) Shin ve ark. (2000) Alawaji (2001) Yıldız (2002) Büyük Ölçekli Deneyler Sanad ve ark. (1993) Adams ve Collin (1997) Gabr ve Hart (2000) Fonseca (2000) De Merchant ve ark. (2002) Teorik Çalışmalar Binquet ve Lee (1975b) Huang ve Tatsuoka (1990) Otani ve ark. (1998) IV

7 Deb ve ark. (2007) DENEYSEL ÇALIŞMALAR Giriş Zemin Özellikleri Kil Zemin Stabilize Dolgu Malzemesi Kazık Uygulamaları Deney Düzeneği ve Aletlerin Kalibrasyonu Kazıklar Kiriş Kasa Dairesel Model Temeller Geogrid Hidrolik Yükleme Pistonu Basınç Transduseri Kompaktör Düşey Deplasman Ölçerler ADU (Veri Kaydetme Ünitesi) Kaynak Makinesi Aletlerin Kalibrasyonu Arazi Deneyleri Deney Sahasının Hazırlanması Stabilize Dolgu Malzemesinin Hazırlanması Seri I: Sadece Kil Durumunda Yapılan Deneyler Seri II: Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Yapılan Deneyler Seri III: Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Yapılan Deneyler Arazi Deney Sonuçları Seri I: Sadece Kil Durumunda Yapılan Deneyler Seri II: Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Yapılan Deneyler D=30cm için Yapılan Deneyler V

8 D=60cm için Yapılan Deneyler Seri III: Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Yapılan Deneyler D=30cm için Yapılan Deneyler D=60cm için Yapılan Deneyler SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİYLE ANALİZ Giriş Sonlu Elemanlar Yöntemi Plaxis Bilgisayar Programı Sonlu Elemanlar Analizi Arazi Deneylerinin Modellenmesi Zemin Özellikleri Model Temel Plakaları Geogrid Özelikleri Sonlu Elemanlar Ağı Oluşturulması Seri I: Sadece Kil Durumunda Yapılan Sayısal Analizler Seri II: Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Yapılan Sayısal Analizler D=30cm için Yapılan Sayısal Analizler D=60cm için Yapılan Sayısal Analizler Seri III: Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Yapılan Sayısal Analizler D=30cm için Yapılan Sayısal Analizler D=60cm için Yapılan Sayısal Analizler DENEYSEL VE SAYISAL SONUÇLARIN KARŞILAŞTIRILMASI Giriş Arazi Model Deneyleri ile Sayısal Analiz Sonuçlarının Karşılaştırılması D=30cm Çaplı Dairesel Model Temelde Sonuçların Karşılaştırılması Seri I: Sadece Kil Durumunda Sonuçların Karşılaştırılması Seri II: Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Sonuçların Karşılaştırılması Seri III: Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda VI

9 Sonuçların Karşılaştırılması D=60cm Çaplı Dairesel Model Temelde Sonuçların Karşılaştırılması Seri I: Sadece Kil Durumunda Sonuçların Karşılaştırılması Seri II: Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Sonuçların Karşılaştırılması Seri III: Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Sonuçların Karşılaştırılması SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ EK VII

10 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 1.1. Geosentetiklerin İşlev ve Çeşitleri (Yetimoğlu, 1994)... 2 Çizelge 2.1. Donatı ile İlgili Optimum Değerler Çizelge3.1. Kil Zemine Ait Analiz Parametreleri Çizelge 3.2. Rijit Temele Ait Analiz Parametreleri Çizelge 3.3. Deneylerde Kullanılan Geogrid Donatıya Ait Teknik Özellikler Çizelge 3.4. Kompaktör Teknik Özellikleri Çizelge 3.5. Sadece Kil Durumunda Yapılan Deneyler Çizelge 3.6. Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Yapılan Deneyler Çizelge 3.7. Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Yapılan Deneyler Çizelge 4.1. Kil Zemin için Model Parametreleri Çizelge 4.2. Stabilize Dolgu Malzemesi için Model Parametreleri VIII

11 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 2.1. u/b>0.67 Olması Durumunda Görülen Göçme Şekli Şekil 2.2. Donatı Sıyrılması Nedeniyle Oluşan Göçme Şekli Şekil 2.3. Donatı Kopması Nedeniyle Oluşan Göçme Şekli Şekil 2.4. I. Tür Göçme Şekil 2.5. II. Tür Göçme Şekil 3.1. Deney Sahasının Üstten Görünümü Şekil 3.2. Arazide Muayene Çukuru Açılması Şekil 3.3. Arazide Sondaj Kuyusu Açılması Şekil 3.4. Araziden Alınan Örselenmiş ve Örselenmemiş Zemin Numuneleri Şekil 3.5. Stabilize Dolgu Malzemesi Granülometri Eğrisi Şekil 3.6. Stabilize Dolgu Malzemesi Standart Proktor Eğrisi Şekil 3.7. Stabilize Dolgu Malzemesi Kesme Kutusu Deney Eğrisi Şekil 3.8. Stabilize Dolgu Malzemesinin Temin Edilmesi Şekil 3.9. Stabilize Dolgu Malzemesinin Araziye Getirilmesi Şekil Kazık Makinesinin Araziye Getirilmesi Şekil Önceden Belirlenen Yerlerde Kazık Delgi İşleminin Başlaması Şekil cm ve 30cm Çaplı Kazıkların Yapımında Kullanılan Donatılar Şekil Sınır Etkisinin Araştırıldığı Geometri Şekil Sınır Etkisinin İrdelenmesi Şekil B=3r Durumu İçin Efektif Gerilme Dağılımı Şekil B=6r Durumu İçin Efektif Gerilme Dağılımı Şekil Deney Sahasında Kazık Yerlerinin İşaretlenmesi Şekil Kazık İmalatında Kullanılan Çimento ve Kırmataş Şekil Donatıların Delgi İçine Yerleştirilmesi Şekil Delginin Çimento Harcı ve Kırmataş ile Doldurulması Şekil Kazıkların İmalatı Sonrası Arazinin Genel Görünümü Şekil Deneysel Çalışmalarda Kullanılan Kasa Şekil Dairesel Model Temeller Şekil Deneysel Çalışmalarda Kullanılan Yükleme Pistonu IX

12 Şekil Deneylerde Kullanılan Basınç Transduseri Şekil Deneylerde Kullanılan Deplasman Ölçerler Şekil Deneylerde Kullanılan Veri Kaydetme Ünitesi (ADU) Şekil Deneylerde Kullanılan Kaynak Makinesi Şekil Hidrolik Yükleme Pistonunun Kalibrasyon Eğrisi (10ton) Şekil Hidrolik Yükleme Pistonunun Kalibrasyon Eğrisi (30ton) Şekil Deney Sahasının JCB Yardımıyla Kazılması Şekil Deney Sahasının Branda İle Korunması Şekil Sadece Kil Durumunda Deney Alanın Tesviyesi (Temel Çapı D=30cm)48 Şekil Stabilize Dolgu Tabakası ve Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Deney Alanın Tesviyesi Şekil Stabilize Dolgu Malzemesinin Elenmesi Şekil Sadece Kil Durumunda Deney Düzeneğinin Şematik Gösterimi Şekil Dairesel Model Temelin Yatay Dengesinin Su Terazisi ile Kontrolü Şekil Sadece Kil Durumunda Deney Sistemi Şekil 3.39 Yapılan Deneyler Sonunda Zeminde Meydana Gelen Oturma (D= 60cm) Şekil Deney Sahasından Serbest Basınç Numunelerinin Alınması Şekil Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Deney Düzeneğinin Şematik Gösterimi Şekil Granüler Malzemenin Deney Kasası İçerisine Kontrollü Bir Şekilde Serilmesi Şekil Stabilize Dolgu Malzemesinin Kompaktör ile Sıkıştırılması Şekil Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Deney Sistemi Şekil Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Deney Düzeneği Şekil Geogrid Donatının Deney Kasası İçerisine Yerleştirilmesi Şekil Geogrid Donatı Üzerine Stabilize Malzeme Serilmesi Şekil Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Deney Sonrası Görünüm (D=30cm) Şekil Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Deney Sonrası X

13 Görünüm (D=60cm) Şekil D=30cm Çaplı Model Temele Ait Taban Basıncı-Oturma Grafiği Şekil D=60cm Çaplı Model Temele Ait Taban Basıncı-Oturma Grafiği Şekil D=30 ve 60cm Çaplı Model Temellere Ait Taban Basıncı-Oturma Grafiği Şekil H=0.33D Durumunda Taşıma Gücü Eğrisi (D=30cm) Şekil Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Gücü Eğrileri (D=30cm) 67 Şekil H/D ye Bağlı Olarak Taşıma Gücü Değerleri (D=30cm) Şekil H/D ye Bağlı Olarak Taşıma Kapasitesi Oranları (D=30cm) Şekil H=0.33D Durumunda Taşıma Gücü Eğrisi (D=60cm) Şekil Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Gücü Eğrileri (D=60cm) 70 Şekil H/D ye Bağlı Olarak Taşıma Gücü Değerleri (D=60cm) Şekil H/D ye Bağlı Olarak Taşıma Kapasitesi Oranları (D=60cm) Şekil Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Gücü Eğrileri (D=30cm) Şekil u/d ye Bağlı Olarak Taşıma Gücü Değerleri (D=30cm) Şekil u/d ye Bağlı Olarak Taşıma Kapasitesi Oranları (D=30cm) Şekil Kil Zeminin Oturma Davranışında Meydana Gelen İyileşmeler Şekil u=0.33d Durumunda Taşıma Gücü Eğrisi (D=60cm) Şekil Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Gücü Eğrileri (D=60cm) Şekil u/d ye Bağlı Olarak Taşıma Gücü Değerleri (D=60cm) Şekil u/d ye Bağlı Olarak Taşıma Kapasitesi Oranları (D=60cm) Şekil Kil Zeminin Oturma Davranışında Meydana Gelen İyileşmeler Şekil 3.71.Tek Donatı ve İki Donatı Kullanılması Durumunda Taban Basıncı-Oturma Grafikleri( D=60cm) Şekil 4.1 Sonlu Elemanlar Ağı Şekil 4.2. D=30cm Çaplı Model Temele Ait Taban Basıncı-Oturma Grafiği Şekil 4.4. D=30 ve 60cm Çaplı Model Temellere Ait Taban Basıncı-Oturma Grafiği Şekil 4.5. H=0.33D Durumunda Taşıma Gücü Eğrisi (D=30cm) XI

14 Şekil 4.6. Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Gücü Eğrileri (D=30cm).. 91 Şekil 4.7. H/D ye Bağlı Olarak Taşıma Gücü Değerleri (D=30cm) Şekil 4.8. H/D ye Bağlı Olarak Taşıma Kapasitesi Oranları (D=30cm) Şekil 4.9. H=0.33D Durumunda Taşıma Gücü Eğrisi (D=60cm) Şekil Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Gücü Eğrileri (D=60cm) 94 Şekil H/D ye Bağlı Olarak Taşıma Gücü Değerleri (D=60cm) Şekil H/D ye Bağlı Olarak Taşıma Kapasitesi Oranları (D=60cm) Şekil u=0.33d Durumunda Taşıma Gücü Eğrisi (D=30cm) Şekil Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Gücü Eğrileri (D=30cm) Şekil u/d ye Bağlı Olarak Taşıma Gücü Değerleri (D=30cm) Şekil u/d ye Bağlı Olarak Taşıma Kapasitesi Oranları (D=30cm) Şekil Kil Zeminin Oturma Davranışında Meydana Gelen İyileşmeler Şekil u=0.33d Durumunda Taşıma Gücü Eğrisi (D=60cm) Şekil Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Gücü Eğrileri (D=60cm) Şekil u/d ye Bağlı Olarak Taşıma Gücü Değerleri (D=60cm) Şekil u/d ye Bağlı Olarak Taşıma Kapasitesi Oranları (D=60cm) Şekil Kil Zeminin Oturma Davranışında Meydana Gelen İyileşmeler Şekil H=0.67D Kalınlığındaki Stabilize Dolgu Tabakası İçerisinde Tek ve İki Donatı Kullanılması Durumunda Taban Basıncı-Oturma Grafikleri( D=60cm) Şekil H=0.50D Kalınlığındaki Stabilize Dolgu Tabakası İçerisinde Tek ve İki Donatı Kullanılması Durumunda Taban Basıncı-Oturma Grafiği( D=60cm) Şekil 5.1. Sadece Kil Durumunda Taban basıncı-oturma Eğrileri Karşılaştırması (D=30cm) Şekil 5.2. Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda H=0.33D de Taban Basıncı-Oturma Eğrileri Karşılaştırması(D=30cm) Şekil 5.3. Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Kapasitesi Oranı (TKO) Karşılaştırması (D=30cm, s/d(%)=10) XII

15 Şekil 5.4. Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Kapasitesi Oranı (TKO) Karşılaştırması (D=30cm, s/d(%)=5) Şekil 5.5. Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda u=0.33d de Taban Basıncı-Oturma Eğrileri Karşılaştırması(D=30cm) Şekil 5.6. Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Kapasitesi Oranı (TKO) Karşılaştırması (D=30cm, s/d(%)=10) Şekil 5.7. Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Kapasitesi Oranı (TKO) Karşılaştırması (D=30cm, s/d(%)=5) Şekil 5.8. Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Oturma Azalması Oranı (PRS) Karşılaştırması (D=30cm, s/d(%)=10) Şekil 5.9. Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Oturma Azalması Oranı (PRS) Karşılaştırması Oranı (PRS) Karşılaştırması (D=30cm, s/d(%)=5) Şekil Sadece Kil Durumunda Taban Basıncı-Oturma Eğrileri Karşılaştırması(D=60cm) Şekil Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda H=0.33D de Taban Basıncı-Oturma Eğrileri Karşılaştırması(D=60cm) Şekil Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda Taşıma Kapasitesi Oranı (TKO) Karşılaştırması (D=60cm, s/d(%)=5) Şekil Geogrid Donatılı Stabilize Dolgu Tabakası Durumunda u=0.33d de Taban Basıncı-Oturma Eğrileri Karşılaştırması(D=60cm) XIII

16 1.GİRİŞ Doğan YILDIRIM 1. GİRİŞ Yumuşak veya gevşek zemin koşullarının hâkim olduğu arazilerde inşa edilecek yapılarda temellerin tasarım ve yapımı inşaat mühendisleri için büyük problem oluşturmaktadır. Bu tür zeminler üzerinde inşa edilecek yapılarda, aşırı oturmalar veya zemin taşıma kapasitesinin zayıf olması nedeniyle göçmeler meydana gelebilmektedir. Bu durumda, ya derin temel uygulamasına geçilmeli ya da temel zemininde, zemin iyileştirme yöntemi uygulanmalıdır. Derin temel uygulaması pahalı bir çözüm olduğu için genellikle uygun bir yöntem ile temel zeminin iyileştirilmesi tercih edilmektedir. Son yıllarda gittikçe önem kazanan zemin iyileştirme yöntemlerinden biri de geosentetik donatılı zeminlerdir. Geosentetikler ile ekonomik, hızlı ve kalıcı çözümler üretilebilmektedir. Geosentetikler, sentetik polimer hammaddesinden istenilen özelliklerde üretilebilen, çevre şartlarına dayanıklı ve maliyeti düşük malzemelerdir. Geotekstil, geogrid, geomembran gibi malzemeler sentetik esaslı olup geosentetikler çatısı altında toplanırlar. Geosentetiklerin temel işlevleri; ayırma, filtrasyon, güçlendirme, drenaj, koruma ve yalıtım olarak sayılabilir (Çizelge 1.1). Donatılı zemin uygulamasında, dolgu malzemesi temel altına kontrollü bir şekilde sıkıştırılarak serilirken, dolgu malzemesi arasına bir veya daha fazla geosentetik donatı tabakaları yerleştirilmek suretiyle temel altında dayanıklı ve rijit bir kompozit malzeme oluşturulmaktadır. Güçlendirme amaçlı olarak genellikle geogridler kullanılmaktadır. Geogridler, metallerden daha düşük rijitliğe sahip olmasına karşın, zemin ile daha etkin çalışarak daha iyi performans gösterirler. Geogridler, özellikle metal donatılara oranla daha yüksek donatı-zemin sürtünme katsayısına sahiptirler ve ızgara şeklindeki açıklıkları sayesinde zemin ile arasında oluşan kenetlenme etkisiyle donatılı zemin uygulamalarında daha etkin davranırlar. 1

17 1.GİRİŞ Doğan YILDIRIM Geosentetikler Çizelge 1.1. Geosentetiklerin İşlev ve Çeşitleri (Yetimoğlu, 1994) Ayırma Filtrasyon Drenaj Güçlendirme Koruma Yalıtım Geotekstil Geomembran Geogrid Geonet Geokompozit Ana İşlev İkincil İşlev Geogridler, güçlendirme özelliğinden dolayı yollar, istinat duvarları, havalimanları, şevler gibi geoteknik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmasına karşın, yüzeysel yapı temellerinin güçlendirilmesinde henüz yeterince kullanılmamaktadır. Fakat son yıllarda bu konuyla ilgili yapılan çalışmaların sayısı oldukça artmıştır. Dolayısıyla, konunun güncellik kazandığı ve geliştirilecek güvenilir tasarım yöntemleri ile donatılı zemin uygulamalarının daha da yaygınlaşacağı söylenebilir. Bu çalışma kapsamında elde edilen güvenilir tasarım yöntemleri ile geogrid donatılı temel zemin uygulamalarının daha da yaygınlaşacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada, geogrid donatılı stabilize dolgu tabakası ile güçlendirilmiş kil zeminler üzerine inşa edilecek yüzeysel temellerin taşıma kapasitesi ve oturma davranışı arazi model deneyleri ve sonlu elemanlar yöntemiyle çözüm yapan PLAXIS paket programı kullanılarak incelenmiştir. Deneylerde 30cm ve 60cm çaplarında rijit dairesel metal plakalar kullanılmıştır. Deneylerde kullanılan stabilize dolgu tabakası kalınlığı H ve stabilize dolgu tabakası içerisine yerleştirilen tek tabaka geogridin derinliği u, temel çapı D ye bağlı olarak ifade edilmiştir. 2

18 1.GİRİŞ Doğan YILDIRIM Her model temel için, sadece kil durumunda, stabilize dolgu tabakası durumunda H=0.33D, 0.67D ve 1.00D ve geogrid donatılı stabilize dolgu tabakası durumunda u=0.17d, 0.33D, 0.50D ve 0.67D de deneyler yapılmıştır. Ayrıca 60cm çaplı model temelde stabilize dolgu tabakasında, geogrid donatı derinlikleri u 1 =0.17D ve u 2 =0.50D olmak üzere iki tabaka geogrid donatı kullanılması durumunda kil zeminin taşıma kapasitesinde ve oturma davranışında meydana gelen etkiler de araştırılmış olup toplam olarak 17 adet deney yapılmıştır. Yapılan çalışmalar 106M496 nolu TÜBİTAK projesi kapsamında olup, TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir. 3

19 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 2.1. Giriş Bu bölümde, geogrid donatı ile güçlendirilmiş zeminleri konu alan yayınlar özetlenmiştir. Literatürde bu konuda son yıllarda çok sayıda ve çok yönlü çalışmalar yer almaktadır. Yüzeysel temellerin taşıma kapasitesi ve oturma davranışını belirlemeye yönelik çalışmalar deneysel ve teorik olmak üzere iki bölümde sunulmuştur Deneysel Çalışmalar Küçük Ölçekli Deneyler Binquet ve Lee (1975a) Binquet ve Lee (1975a) tarafından yapılan laboratuar model deneyleri, konuyla ilgili ilk detaylı bilimsel çalışma olarak kabul edilmektedir. Bu çalışmada donatılı kum zeminlere oturan şerit temellerin taşıma kapasitesi laboratuar ortamında yapılan model deneyler ile araştırılmıştır. Donatı malzemesi olarak alüminyum şeritler kullanılmış ve farklı zemin koşullarını temsil eden üç seri model deney yapılmıştır. A serisi: Kum tabakasının homojen ve derin olması durumu, B serisi: Kum tabakası altında kil veya turba gibi çok yumuşak bir tabaka bulunması durumu, C serisi: Kum tabakası altında sınırlı boyutlarda çok yumuşak zemin (organik zemin veya kireçtaşı oyuğu gibi) olması durumu. Bu çalışma sonunda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir; Tüm deneylerde, donatıdan dolayı zeminlerin oturma davranışı ve taşıma kapasitesinin iyileştiği vurgulanmıştır. A serisinde, TKO da (Taşıma Kapasitesi Oranı) önemli derecede artış 4

20 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM elde etmek için donatı tabaka sayısının minimum 4 olması gerektiği belirtilmiştir. Eğer donatı sayısı, N= 4-6 arasında seçilirse TKO da yaklaşık 2-4 kat arasında bir artış elde edilmiştir. N>6 olduğunda ise, TKO da önemli bir artış olmadığı ifade edilmiştir. N=4 için yapılan deneylerde, ilk donatı derinliği u 0.30B olduğunda maksimum TKO elde edilmiştir. Fakat bu durumda üst donatı tabakalarında kopmalar gözlenmiştir. Deneylerde, donatı sayısına ve ilk donatı derinliğine bağlı olarak farklı göçme tipleri gözlenmiştir. İlk donatı derinliği, u>0.67b olması durumunda donatılar rijit taban gibi davranmakta ve göçmenin üst bölgedeki zeminin kayması nedeniyle oluştuğu belirtilmiştir. u<0.67b olması durumunda ise iki farklı durum gözlenmiştir. Eğer N 2 veya 3 ise, göçmenin donatı sıyrılması nedeniyle, N 4 ise, göçmenin üst donatı tabakalarında kopmaların meydana gelmesiyle oluştuğu ifade edilmiştir. B serisindeki yük-oturma eğrilerinin A serisindekilere göre daha az kırılgan olduğu gözlenmiştir. Yumuşak zemin tabakasından dolayı TKO değeri A serisine göre daha düşük ve oturmalar ise daha büyük çıkmıştır. C serisinde ise, N>4 ve u>0.67b seçildiğinde taşıma kapasitesinde 2-3 kat arasında bir artış elde edilmiştir. Ayrıca donatı tabaka sayısının N>3 olması durumunda TKO da ani bir artış gözlenmiştir. Farklı zemin koşullarında donatılı zemin davranışının anlaşılmasında model deneylerin teorik çalışmalara göre daha gerçekçi sonuçlar verdiği vurgulanmıştır Mandal ve Sah (1992) Kil zemin tabakası içerisine yatay olarak yerleştirilen geogrid donatıların, kare temelin taşıma kapasitesine etkisi araştırılmıştır. Deneyler, ebatları mm olan bir tank içinde 100mm kenar uzunluğuna, 48mm kalınlığa sahip kare kesitli bir model temel kullanılarak donatılı ve donatısız olarak gerçekleştirilmiştir. Oturmalar iki deplasman ölçerle ölçülmüştür.(1 mm/dak. hızda, 5

21 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM kapasite 50mm). Deneylerde kullanılan kil zemine ait endeks özellikleri ω L =%72, ω P =%41, σ=27 kn/m 2, ω = % 28) olarak belirlenmiştir. Geogrid donatı ise, 730g/m 2 lık birim ağırlığa, 77 kn/m lik (%22 deformasyonda) çekme dayanımına sahiptir. Deneyler, kare model temel boyutuna bağlı olarak değişen farklı donatı derinliklerinde (u/b=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5 ve 2.0) yapılmıştır. Taşıma kapasitelerinde meydana gelen iyileşme, temel genişliğinin %11 ine eşit olacak kadar olan oturmalara karşılık gelen taşıma kapasiteleri (q ve q 0 ) ile yapılmıştır. Taşıma kapasitesi oranı (TKO), oturma oranı (SR), iyileştirme faktörü (IF) ve oturma azalması oranı (PRS) şu şekilde tanımlanmıştır. qr TKO = (2.1) q 0 S SR = (2.2) B IF Pr = (2.3) P 0 S0 Sr S PRS = = 1 S S 0 r 0 (2.4) q r = donatılı zeminde nihai taşıma kapasitesi q 0 = donatısız zeminde nihai taşıma kapasitesi S= zeminde meydana gelen oturma B= temel kenar boyutu P r = donatılı zeminde göçme yükü P 0 = donatısız zeminde göçme yükü S 0 = donatısız zeminde göçme anındaki oturma Sr= donatılı zeminde, S 0 ın elde edildiği yüke karşılık gelen oturma 6

22 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM Deneylerden elde edilen sonuçlar, kare temelde u/b=0.175 durumunda taşıma kapasitesinin %36 oranında arttığını göstermektedir. Ayrıca, donatılı zeminlerde oturma yönünden iyileşmeler gözlenmiştir. u/b= aralığında IF de oldukça belirgin iyileştirmeler de söz konusudur. u/b=0.25 olduğu durumda (PRS) max = %45 elde edilmiştir Ramaswamy ve Purushothaman (1992) Geogrid donatı ile güçlendirilmiş kil zemin üzerine oturan model temellerin taşıma kapasitesi deneysel çalışmalar yapılarak incelenmiştir. Deneyler sırasında 40mm çapında dairesel temel kullanılmıştır. Temel zemini, likit limiti %31, plastik limiti %18, özgül ağırlığı 2.66 olan ve 0.075mm açıklıklı elekten %100 ü geçen kilden (CL) oluşmaktadır. Standart proktor deneyinden elde edilen maksimum kuru birim hacim ağırlığı 1800 kg/m 3 ve optimum su içeriği %18 dir. Model deneyler, %14, %18 ve %20 olmak üzere üç farklı su içeriğinde yapılmıştır. Bu su muhtevalarına karşılık gelen kuru birim hacim ağırlıkları sırasıyla 1725 kg/m 3, 1810 kg/m 3 ve 1765 kg/m 3 tür. Ramaswamy ve Purushothaman (1992) tarafından ilk donatı derinliğinin (u) optimum değeri 0.50, efektif donatı uzunluğu da 4B olarak bulunmuştur. Donatı sayısının 1 den 3 e kadar artması durumunda taşıma kapasitesi oranı (TKO), 1.15 den 1.70 e kadar artmıştır. Donatısız ve donatılı kil zemin durumlarında taşıma kapasitesi, su içeriği arttıkça azalmıştır. Optimum su muhtevasında iki tabaka geogrid donatı ile güçlendirilmiş kilin taşıma kapasitesi oranı (TKO) 1.47 olarak elde edilmişken, optimumdan daha ıslak durumda 1.11, optimumdan kuru durumda da 1.26 olarak elde edilmiştir Shin ve ark. (1993) Geogrid donatılarla güçlendirilen suya doygun killi zemin üzerine oturan şerit temellerin taşıma kapasiteleri laboratuvar deneyleri ile araştırılmıştır. Deneyler tek tip kil üzerinde gerçekleştirilmiş ve ortalama su muhtevasının değişimi drenajsız 7

23 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM kayma mukavemetinde değişimlere sebep olmuştur. Laboratuvar deneylerinde, kritik geogrid tabaka derinliği, tabaka genişliği, ilk donatı tabaka derinliğinin bulunması ve olası en yüksek taşıma kapasitesi oranının araştırılması amaçlanmıştır. Deneylerde %98 i 200 nolu elek altında kalan doğal kil zemin kullanılmıştır. Kil zeminin diğer endeks özellikleri ω = 44%, I = 20% ve G = tür. Deneylerde zemin önce öğütülmüş ardından önceden belirlenen su muhtevasında karıştırılmıştır. Su içeriğinin değişmemesi için nemli zemin çeşitli plastik kaplarda muhafaza edilmiş ve kullanımdan önce yaklaşık bir hafta boyunca küre tabi tutulmuştur. Deneylerde cm ebatlarında model temeller kullanılmıştır. Model kasa 1.09m uzunluğa, 30.48cm genişliğe ve 0.90m yüksekliğe sahiptir. Kasa kenarları sürtünmeyi azaltacak şekilde tasarlanmıştır. Deney sırasında nemli zemin 25.4mm kalınlıklarda düz bir çekiçle sıkıştırılmıştır. Model temel üzerine yükleme hidrolik krikolarla yapılmıştır. Alüminyum temel üzerine yerleştirilen iki adet deplasman ölçerlerle okumalar yapılmış ve her bir yük kademesinde yaklaşık dk beklenmiştir. Drenajsız kayma mukavemeti c u, her bir deneyin ardından veyn aletiyle belirlenmiştir. Çalışmada, 7 farklı seride deneyler yapılmıştır. Seri A da donatısız kil kullanılırken, Seri B, C, D ve E kritik (u/b) cr ve (b/b) cr oranlarını, Seri F ve G ise kritik (d/b) cr oranlarını bulmak için yapılmıştır. Her bir deneyin ardından yük oturma eğrileri çizilmiş ve Vesic (1973) e göre taşıma gücü değerleri belirlenmiştir. Temeller için kullanılan qu=cu*nc ifadesinde deneylerden elde edilen q u ve c u değerleri yerlerine konmuş ve Nc nin teorik değeri olan Nc= 5.14 ile oldukça iyi bir uyum içinde olduğu görülmüştür. Deneylerden elde edilen sonuçlar, herhangi bir b/b oranı için TKO değeri u/b (u/b) cr değerine kadar artarken, bu değerden sonra azaldığını göstermektedir. Kritik u/b değeri, (u/b) cr 0.4 civarında elde edilmiştir. Aynı zamanda, TKO değerlerine karşılık farklı u/b ve b/b değerleri grafikleri çizilmiş ve göçme mekanizmaları yorumlanmıştır. L p s 8

24 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM Shin ve ark. (2000) Geogrid donatılarla güçlendirilen suya doygun killi zemin üzerine oturan şerit temellerin taşıma kapasitesi laboratuar deneyleri ile araştırılmıştır. Deneyler tek tip bir kil üzerinde gerçekleştirilmiş ve kilin su muhtevasının değişimi drenajsız kayma mukavemetinde değişmelere sebep olmuştur. Model kasa 1.09m uzunluğunda, 0.31m genişliğinde ve 0.91m yüksekliğindedir. Kullanılan model şerit temel ise, 7.62cm x 30.48cm boyutundadır. Belirli su muhtevasında hazırlanan zemin 2.54cm kalınlıklarda serilip sıkıştırılmıştır. Yüklemelerin ardından drenajsız kayma mukavemeti c u her bir deney için veyn aleti ile bulunmuştur. 7 seri deney yapılmıştır. B; temel genişliğini, u; ilk donatı derinliğini ve b ise donatı boyunu ifade etmektedir. Seri A da donatısız deneyler, Seri B, C, D, E kritik (u/b) cr oranlarını, Seri F ve G ise kritik (d/b) cr oranlarını bulmak için yapılmıştır. Şerit temeller için kullanılan (q u =c u *N c ) ifadesinde deneylerden elde edilen q u ve c u değerleri yerine konulmuş ve N c nin teorik değeri olan N c =5.14 ile oldukça iyi bir uyum içinde olduğu görülmüştür. Herhangi bir b/b oranı için TKO değeri u/b (u/b) cr değerine kadar artarken, bu değerden sonra azalmaktadır. (u/b) cr =0.4 olarak (tüm b/b değerleri için) elde edilmiştir Alawaji (2001) Alawaji (2001) çalışmasında, su muhtevasına bağlı olarak kum zeminlerin geogrid donatılarla güçlendirilmesini araştırmıştır. Model yükleme deneyleri, 100mm çapında dairesel plakalar ve Tensar SS2 geogridleri kullanılarak yapılmıştır. Deneylerde kullanılan geogridlerin genişlik ve yerleştirilme derinlikleri değiştirilerek göçme, deformasyon modülü ve taşıma kapasitesi oranları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu çalışmada, hem gerilme seviyeleri hem de kuru ve ıslak yükleme koşulları incelenmiş, donatı derinliği ve donatı tabaka boyu kontrol parametreleri olarak alınmıştır. Deneylerde özel olarak hazırlanan %80 Al Thomamah Kumu (SP) ve %20 Al Ammariyah Kili karışımı zemin kullanılmıştır. 9

25 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM Kum-geogrid donatı sisteminin verimliliğinin, artan donatı genişliği ve azalan donatı derinliği ile arttığı gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar geogrid donatılı zeminlerde, oturmada % 95 azalma, elastik modülde %2000, taşıma kapasitesinde de %320 artış olduğunu göstermiştir. Kum zeminler içerisine yerleştirilen donatının en verimli ve ekonomik olduğu durum, geogrid genişliğinin 4D ve yerleştirilme derinliğinin 0.10D olduğu durumdur Yıldız (2002) Geogrid donatı ile güçlendirilmiş kum zeminlere oturan dairesel temellerin taşıma kapasitesini model deneyler yaparak incelemiştir. Model deneylerde; ilk donatı derinliği, donatılar arası derinlik, donatı tabaka sayısı, donatı boyu gibi donatı ile ilgili parametrelerin taşıma kapasitesine etkisi araştırılmıştır. Deneysel sonuçlardan en uygun donatı yerleşim düzeni araştırılarak maksimum taşıma kapasitesi elde edilmiştir. Bu araştırmadan elde edilen sonuçlar; Donatılı zemin sistemlerinde, donatı ile zemin arasında oluşan kenetlenme ve sürtünme dirençleri nedeniyle donatılı zeminler rijit ve kompozit bir malzeme gibi davranmaktadır. Geogrid donatı kullanılarak kum zeminlerin taşıma kapasitesi ve oturma davranışı önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Farklı temel tipleri için deneysel çalışma sonunda elde edilen donatı ile ilgili optimum değerler Çizelge 2.1 de görülmektedir. Optimum değerler kullanıldığında taşıma kapasitesinde yaklaşık 3-4 kat artış meydana gelmiştir. Çizelge 2.1. Donatı ile İlgili Optimum Değerler Temel Tipi İlk Donatı Donatı Donatı Toplam Donatı Derinliği Aralığı Sayısı Donatı Tabaka Boyu (u/b) opt (h/b) opt (N opt ) Derinliği (B R /B) opt (d/b) opt Dairesel B 3 10

26 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM Büyük Ölçekli Deneyler Sanad ve ark. (1993) Çok yoğun kalkerli kum zemin üzerinde plaka yükleme deneyleri yapılmış, dairesel ve halka temellerin yük oturma davranışları kıyaslanmıştır. Deneyler temel tabanı seviyesinde (yerden 18m derinlikte) yapılmıştır. Deneylerde 0.3m, 0.61m ve 1.28m çapında dairesel plakalarla 0.68m iç, 1.28m dış çapa sahip plakalar kullanılmıştır. Bu deneylerle 55m çapında ve 370m yüksekliğinde inşa edilecek anten kulesi için yapılacak oturma hesaplarında güvenilir zemin deformasyon modülleri elde edilmesi amaçlanmıştır. Sonuçta elastisite modülü 50MPa ile 70MPa arasında elde edilmiş, fakat modülün derinlikle artımının zemin türünden bağımsız olduğu bulunmuştur. Yeniden yükleme modülü, başlangıç modülünün iki katı ölçülmüştür. Dairesel plakalarla, iç çap/dış çap oranının olduğu halka plakalarda oturma açısından bir farklılık olmadığı görülmüştür. Halka plakalarda ölçülen oturmalar, elastik analizlere dayalı oturmaların oldukça altında çıkmıştır. Ölçülen oturmaların, SPT ve Menard pressiyometre deneylerinden elde edilen ampirik çözümlerle uyumlu olduğu görülmüştür Adams ve Collin (1997) Geosentetik donatılı zeminlere oturan yüzeysel temellerin taşıma gücü ve oturma karakteristikleri büyük boyutlu model temeller kullanılarak belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışmada iki farklı geosentetik (geogrid ve geocell) kullanılarak toplam 34 adet yükleme deneyi yapılmıştır. Donatı tabaka sayısı, tabakalar arası mesafe, ilk donatı derinliği, donatı türü ve zemin yoğunluğu değişken parametreler olarak ele alınmıştır. Elde edilen sonuçlar, donatı ilavesinin zeminlerin taşıma kapasitesini 2.5 kat artırdığını göstermiştir. Deneylerde geosentetik donatı tabaka sayısı 3 olarak sabit tutulmuş ve kenar uzunlukları 0.30m, 0.46m, 0.61m ve 0.91m olan model kare temeller kullanılmıştır. 11

27 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM Model temeller çelik donatılı, betonarme malzemeden imal edilmiştir. Boyut etkisini azaltmak için kare temeller tercih edilmiştir. Deneyler 5.4m genişlik, 6.9m uzunluk ve 6m derinliğe sahip betonarme duvarla çevrili alanda gerçekleştirilmiştir. Model temeller hidrolik krikolar vasıtasıyla yüklenmiştir. Deneylerde önce çukur kazılmış, ardından 30cm kum serilip belli yoğunluğa göre sıkıştırılmıştır. Kötü derecelenmiş kum (SP) sınıfına sahip kumun çeşitli endeks özellikleri, D = mm, Cu=1.7, γ kmax =16.7kN/m 3 ve γ kmin =13.8kN/m 3 olarak belirlenmiştir. Deney iki aşamada gerçekleştirilmiştir. 1. aşamada farklı donatı aralıkları ile farklı geosentetik türlerinin etkileri, yapılan 3 seri deneyle araştırılmıştır. Seri 1: Donatısız deneyler, her ebatta temelle yapılmış, karşılaştırma amaçlı olarak kullanılmıştır. Deneylerde γ k =14.9kN/m 3 olarak elde edilmiştir. Seri 2: Seri 1 den farklı olarak 3 tabaka geogrid serilmiştir. Alanın tamamı donatılandırılmıştır. Donatıların üst üste binme etkisini azaltmak için donatılar zikzaklı olarak yerleştirilmiş ve 60cm lik kısımlar üst üste bindirilmiştir. γ k =14.8kN/m 3 olarak elde edilmiştir. Seri 3: Seri 2 den farklı olarak geogrid yerine geocell kullanılmıştır. Geocell kaymaması için sabitlenmiştir m ebatlı 4 adet geocell kullanılmıştır. Bu seri deneyde γ k =14.8kN/m 3 olarak elde edilmiştir. 2. aşamada yukarıda bahsedilen parametrelerin, (donatı genişliği, tabakalar arası mesafe, ilk donatı derinliği ve zemin yoğunluğu) etkileri araştırılmıştır. Deneylerde 0.61m ebatlı temel kullanılmıştır. Bu aşamada da 3 farklı deney serisi kullanılmış ve deneyler Seri 4, Seri 5, Seri 6 olarak adlandırılmıştır. Seri 4: Bu seride ilk donatı derinliği ve donatı genişliğinin etkileri araştırılmıştır. Deneylerde m; m; m ebatlı geogridler ile 0.25B ve 0.375B derinliklere yerleştirilen tek donatı kullanılmıştır. Bu durumda donatı derinliği 150 ve 225mm olmuştur. Bu seri deneyde γ k =14.7kN/m 3 olarak elde edilmiştir. Seri 5: Bu seri deneyde γ k =14.5kN/m 3 olarak elde edilmiş ve 150mm ve 300mm derinliklerde 2 donatı kullanılmıştır. 12

28 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM Seri 6: Bu seri deneyde γ k =14.2kN/m 3 olarak elde edilmiş ve 150mm ve 300mm derinliklerde 2 donatı kullanılmıştır. Her bir deney serisi kazılan alanda planlanarak yapılmış ve serilerin tüm deneyleri kum dolgu kaldırılmadan bitirilmiştir. Deneylerde güvenli tarafta kalmak amacıyla kazı 4B derinliğe kadar yapılmış, kum dolgu 30 cm lik tabakalar halinde serilip sıkıştırılmış, ardından temel altına gelen yüzey dikkatlice düzeltilmiştir. Yoğunluklar her bir tabakadan sonra 5 farklı yerde nükleer yöntemlerle ölçülmüştür. Deformasyonlar temel köşelerine konan 4 adet deplasman ölçerle ölçülmüştür. Yüklemeler elle kontrol edilebilen hidrolik kriko ile yapılmıştır. Deformasyon ölçümleri belli zaman aralıklarında yapılmış, her bir yük kademesi elle artırılmış ve her bir yük kademesinde en az 5 dakika beklenmiştir. Deneylerin sonunda taşıma kapasitesi değerleri, yük oturma eğrilerinden çeşitli teğetler çizilerek elde edilmiştir. Her bir deneyin performansını karşılaştırmak için taşıma kapasitesi oranları (TKO) belirlenmiştir. TKO değerleri %0.5, %1.0 ve 3.0% deformasyonlar için hesaplanmıştır. Sonuçlar, kayma türlerine göre de yorumlanmıştır. Bu sayede göçme mekanizmaları tespit edilmeye çalışılmıştır. Aynı zamanda yoğunlukların taşıma kapasitesine etkileri yorumlanmıştır. Deneylerden elde edilen sonuçlardan geosentetik donatı ilavesinin kum zeminlerin taşıma kapasitesini yaklaşık 2.5 kat artırdığı gösterilmiştir. İlk donatı derinliğinin 0.25B olması halinde en yüksek taşıma kapasitesi değeri elde edilmiştir Gabr ve Hart (2000) Polimer geogridlerle güçlendirilmiş donatılı kum zeminlerde elastisite modülü değerinin hesaplanabilmesi için model deneyler yapılmıştır. Deneylerde m ebatlara sahip bir deney kasası ve kenar boyutu 30cm olan kare kesitli plakalar kullanılmıştır. İki farklı geogrid (SR1 ve SR2) kullanılarak toplam 9 adet yükleme deneyi yapılmış ve elastisite modül değerleri, 9.2mm ve 4.6mm lik deformasyon seviyelerinde E 1 hesaplanmıştır. 13

29 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM Deneylerde 3 tabaka donatı kullanılmış ve performans, zemin taşıma kapasitesi yerine donatılı ve donatısız durumlardaki elastik modüller karşılaştırılarak yapılmıştır. Deney sonuçları ışığında Wahls (1984, 1994) tarafından önerilen yöntem kullanılarak E 1 değerleri hesaplanmış ve literatürde önerilen değerlerle karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, u/b= 0.5 için elde edilen E 1 değerleri Adams ve Collin (1997) e göre %20 daha düşük değerde bulunmuştur. Bu çalışma, kum zemine donatı konması durumunda, yük taşıma kapasitesinde bir artma ve düşey deformasyonlarda bir azalma olduğunu göstermektedir Fonseca (2000) Gerçek boyutlardaki dairesel temellere arazi ve laboratuvar ortamlarında yükleme deneyleri yapılmıştır. Mukavemet ve rijitlik parametreleri elastisite teorisi yaklaşımıyla elde edilmiştir. Çalışmada, bölgeden alınan numuneler üzerinde yapılan üç eksenli deneyler ile plaka yükleme deneyleri, koni penetrasyon deneyleri ve standart penetrasyon deneyleri sonuçlarına dayanan yarı ampirik yöntemler üzerinde durulmuştur. Bu çalışmada amaç yükleme deneyleri ile elde edilen sonuçları, literatürde mevcut bazı tasarım yöntemleriyle karşılaştırmaktır. Gerçek boyutlarda yüklemeler yapılarak geniş bir alanı kaplayan sahada homojenliğin araştırılması için SPT, CPT, dinamik sonda, Menard presiyometre (PMT), Marchetti dilatometre (DMT) ve self boring presiyometre (SBPT) gibi arazi deneyleri yapılmış ve deneyler arasında homojenlik yakalanmıştır. Ayrıca deney sahasından alınan örneklerle laboratuvarda üç eksenli ve ödometre deneyleri yapılmıştır. Bu deneylere ilave olarak bir takım sismik deneyler de yapılmıştır. Plaka yükleme deneyleri (PLT), 30 ve 60cm çaplarındaki çelik plakalar ile 1.2m çap ve 0.5m kalınlığa sahip betonarme temeller kullanılarak yapılmıştır. Yüklemelerde deney alanı merkezinden 4.6m uzaklıkta imal edilen iki adet 14

30 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM betonarme kirişe oturan 4 adet çelik kiriş üzerinde sabitlenmiş 140 ton kapasiteli, 11.2m çapa sahip içi su dolu bir tank kullanılmıştır. Çelik kirişlerin aralıkları hidrolik krikoların çalışabilmesi için 1.2m olarak ayarlanmıştır. Betonarme temelle yapılan yükleme deneyi esas deney olarak kabul edilmiştir. Esas deney her biri 4 saat sürdürülen 35 adet yük artımı ile birlikte 15 günde tamamlanmıştır. Deneyin ardından yük oturma eğrisi çizilmiştir. Ayrıca yüklemenin temel merkezinden itibaren 90cm lik bir yarıçapı kapsayan alanda daha etkin olduğu (s=10cm), 1.6m yarıçapta oturmanın 4mm, 2.6m yarıçapta ise sadece 1mm olduğu tespit edilmiştir. Esas deneyden önce çelik plakalarla (30 ve 60cm çaplı) yükleme deneyleri de yapılmıştır. Bu aşamaların ardından elde edilen deney sonuçları literatürde mevcut tasarım yöntemleriyle karşılaştırılmıştır. Literatürde yer alan ampirik ifadelerden ve SPT, CPT deneylerinden elde edilen sonuçlar, deney sonuçlarıyla karşılaştırılıp kıyaslanmıştır. PLT sonuçlarına göre değerlendirmede de aynı işlemler uygulanmış, ilave olarak da yazarların sundukları ampirik ifadelerde bir takım değişiklikler önermişlerdir De Merchant ve ark. (2002) Geogrid ile güçlendirilmiş düşük yoğunluklu agrega üzerinde plaka yükleme deneyleri yapılmıştır. Model deneyler, 2.2m genişlik, 3.2m uzunluk ve 1.6m derinliğe sahip bir deney çukurunda yapılmıştır. Deneylerde 305mm çapında dairesel plaka kullanılmıştır. Temel zemini, dane boyutu 19mm ve 4.7mm arasında olan, 1.4 üniformluk katsayısına sahip, özgül ağırlığı ise 1.25 ile 1.40 arasında değişen düşük yoğunluklu agregadan oluşmaktadır. Üç eksenli basınç deneyinden, 735kg/m 3 ve 832kg/m 3 lık kuru birim hacim ağırlıklarına karşılık gelen içsel sürtünme açıları sırasıyla 39.5 ve 44.5 olarak hesaplanmıştır. Model deney sonuçları, donatı efektif uzunluğunun 4B, etki derinliğinin ise yaklaşık 1B olduğunu göstermiştir. İlk donatı derinliğinin temel genişliğe oranı (u/b) 0.25 den 0.75 e arttığında tek tabaka BX1100 donatısının s/b = %2 oranında taşıma 15

31 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM kapasitesi 82.2 kn/m 2 den 52.6 kn/m 2 ye, tek tabaka BX1200 donatısının s/b = %2 oranında taşıma kapasitesi ise 49.3 kn/m 2 den 38.8 kn/m 2 ye kadar azalmıştır. Taşıma kapasitesi için zemin rijitliği, uygulanan basıncın oturmaya oranı olarak tanımlanmıştır. Deney sonuçları, belli bir oturma değerine kadar düşük rijitlikteki geogridin daha yüksek rijitlikteki geogride göre daha iyi performans gösterdiğini, ancak belli bir oturma değerinden sonra da tam tersi bir davranış elde edildiğini göstermektedir Teorik Çalışmalar Binquet ve Lee (1975b) Donatılı kum zeminlere oturan şerit temellerin taşıma kapasitesini araştırmak için yapmış olduğu model deneylerin yanında konuyu teorik olarak da incelemiştir. Taşıma kapasitesi analizlerinde, deneysel çalışmalarda gözlenen farklı göçme şekilleri dikkate alınmıştır. Donatılı zeminlerde, donatı elemanlarının yerleşim düzeni ve dayanımına bağlı olarak göçmenin farklı şekillerde olduğu ileri sürülmüştür. Buna göre, İlk donatı tabakası üzerinde meydana gelen kayma göçmesi; Bu tip göçme, ilk donatı tabakası derinliğine bağlı olarak (u/b>0.67) meydana gelmektedir (Şekil 2.1). Bu durumda donatı tabakaları rijit taban gibi davranırlar ve kayma zonu üst bölgede kalır. B Şekil 2.1. u/b>0.67 Olması Durumunda Görülen Göçme Şekli 16

32 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM Donatı sıyrılması nedeniyle oluşan göçme; Bu tip göçme, donatıların seyrek (u/b<0.67 ve N<3) olması veya donatı uzunluğunun sürtünme direnci oluşumu için yetersiz olması durumunda oluşmaktadır (Şekil 2.2). B Şekil 2.2. Donatı Sıyrılması Nedeniyle Oluşan Göçme Şekli Donatı kopması nedeniyle oluşan göçme; Bu tip göçme, donatıların yeterince uzun ve sık (u/b<0.67 ve N>3) olması durumunda oluşmaktadır (Şekil2.3). B Şekil 2.3. Donatı Kopması Nedeniyle Oluşan Göçme Şekli Binquet ve Lee (1975b) tarafından bu üç farklı durum için meydana gelen göçme mekanizmaları esas alınarak analitik modeller geliştirilmiş ve elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlar ile karşılaştırarak kontrol edilmiştir. 17

33 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM Huang ve Tatsuoka (1990) Donatılı kum zeminlere oturan şerit temellerin taşıma kapasitesini hesaplamak için analitik bir yöntem geliştirilmiştir. Binquet ve Lee (1975a,b) tarafından yapılan çalışmaya benzer şekilde ilk olarak laboratuarda yapılan model deneylerden donatılı zeminlerin göçme mekanizması araştırılmış ve iki farklı türde göçme olduğu ifade edilmiştir. Bunlar; I. Tür Göçme: Donatılı bölge altında oluşan bölgesel kayma göçmesi olarak tanımlanmıştır. Bu tür göçmede, donatılı bölge rijit derin temel gibi davranmaktadır. Bu durumda göçme, donatılı bölgenin hemen altındaki donatısız bölgede meydana gelmektedir (Şekil 2.4). Ayrıca, donatı boyu temel genişliğinden büyük ise donatılı bölgenin geniş plak gibi davranarak taşıma kapasitesine katkıda bulunduğu belirtilmiştir. η B η η=90 0 D f A θ θ Donatı Şeritleri Şekil 2.4. I. Tür Göçme II. Tür Göçme: Donatı rijitliğinin yetersiz olduğu durumlarda donatılı bölge içerisinde meydana gelen göçme türü olarak tanımlanmıştır (Şekil 2.5). Bu durumda kayma yüzeylerinin temel kenarlarından başlayarak donatılı bölge içerisine doğru kama şeklinde ilerlediği belirtilmiştir. Bu tip göçmenin nedeni olarak; donatı ile kum arasında yeterli sürtünme oluşmaması (donatı sıyrılması), donatılarda 18

34 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM kopmaların meydana gelmesi ve donatı yoğunluğunun yetersiz olması gösterilmiştir. Huang ve Tatsuoka (1990) tarafından bu göçme mekanizmaları esas alınarak analitik bir model geliştirilmiştir. θ A θ D f Donatı Şeritleri Şekil 2.5. II. Tür Göçme (i) I. Tür Göçme Halinde Donatılı Zeminlerin Taşıma Kapasitesi: Bu tip göçme hesabında donatı boyu, L=B ve toplam donatı zon derinliği, D R B kabul edilerek donatılı bölge donatısız zeminlere oturan aynı derinlikteki rijit derin temel (D R =D f ) gibi düşünülmüştür. Bu durumda taşıma kapasitesindeki artış miktarı için aşağıdaki ifade verilmiştir. ( D + b + 2S ) ( ) f 2 c + S qb = K p γ d (2.5) 2 2 Burada; K p : Pasif toprak basıncı katsayısı (K p =tan 2 (45+φ/2), γ d : Kumun kuru birim hacim ağırlığı, D f : Başlangıç temel derinliği, b : Derin temel için kayma bloğunun yüksekliği, 19

35 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Doğan YILDIRIM c : D f =0 olması durumunda kayma bloğunun yüksekliği S 1 : D f =0 olması durumunda, göçme anındaki oturma miktarı S 2 : Derin temel için göçme anındaki oturma miktarı olarak tanımlanmıştır. Donatı boyu, L>B olduğu durumlarda ise, geniş plak etkisi nedeniyle taşıma kapasitesindeki artış aşağıdaki eşitlikten hesaplanmıştır. S = 2 n i= 1 T tanφ Ni B (2.6) e, i / Burada S, geniş plak etkisi nedeniyle düşey kayma bloğu yan yüzeylerinde oluşan sürtünme gerilmesidir. Bu eşitlikteki diğer notasyonlar ise aşağıda sıralanmıştır: n N i T e,i : Donatı tabaka sayısı, : i. tabakada temel birim uzunluğuna düşen donatı şeridi sayısı, : i. tabakadaki her bir donatı şeridinde oluşan çekme kuvveti Bu durumda taşıma kapasitesindeki toplam artış, q = q + S (2.7) C Olur. B (ii) II. Tür Göçme Halinde Donatılı Zeminlerin Taşıma Kapasitesi: Bu tip göçme halinde donatıların taşıma kapasitesine katkısı ( q A ), donatı çekme kuvvetlerinden dolayı kayma bloğunda oluşan yanal çevre basınçlarının artması olarak tanımlanmıştır. Bu durumda donatılı zeminin taşıma kapasitesi; q = σ (2.8) A K P t 20