Sığ temellerin tasarımı ve oturmaların hesabı. Prof Dr Gökhan Baykal

Transkript

1 Sığ temellerin tasarımı ve oturmaların hesabı Prof Dr Gökhan Baykal

2 Program Killerin ve kumların temel davranış özellikleri Yüzeysel temellerin tanımı Tasarım esasları Taşıma gücü Gerilme dağılımları Oturma hesapları Problemli zeminler Sonuç ve öneriler

3 Temel tasarımı Temel göçmeden üzerine gelen yükleri taşıyabilmelidir ( taşıma gücü analizi) Uygulanan yükler altında müsaade edilen oturmadan daha az oturma yapmalıdır ve farklı oturmalar kabul edilebilir sınırlar içinde olmalıdır ( ani oturma+ konsolidasyon oturması+ ikincil konsolidasyon oturması)

4 Temel boyutlandırma Temel tipi + derinliği + boyutları seçildikten sonra gerekli zemin parametreleri ve yapı özellikleri ve yüklerden kaynaklanan parametreler kullanılarak seçilen tip, derinlik ve boyutların taşıma gücü tahkiki yapılır. Aynı temel için oturma hesapları yapılır. Her iki kriteri de sağlıyorsa ( iterasyon yapılarak en ekonomik çözüm bulunmalıdır) o temel boyutu seçilir

5 Pratik bilgiler Yumuşak zeminler ve gevşek zeminler dışındaki vakaların çoğunda oturmalar temel boyutlarına karar verirken taşıma gücünden daha önemli olmaktadır. Yapı ile ilgili bilgiler ve yapının maruz kaldığı ölü yükler, canlı yükler ve deprem, rüzgar gibi ani yükler bilinmeden temel boyutlandırması sadece ifade edilen bir zemin emniyet gerilmesi tanımı ile yapılamaz. Zemin emniyet gerilmesinin hesabı bizzat bu bilgileri gerektirir.

6 Pisa Kulesi 1173 yılında inşaat başladı 10 yılda 3. halkaya kadar gelindi 2.4 m genişlikte 2.7 m derinlikte halka temel 1178 de eğilmeye başladı 1272 de dört kat daha eklendi Bu katlar ters yönde eğildi 1372 de tamamlandı

7 Yapı 60 m yüksekliğinde 15.5 m çapında Kagir Halka temel 19.6 m çapında 5.5 derece eğilme 1838 de,tabanda yapılan kazı ve beton kaldırım eklenmesi eğimi 0.5 o.artırdı Zemin 10 m yumuşak, lagün siltli çamur çökelleri, altta 40 m hassas kil ve en altta sıkı kum r

8 Pisa Kulesi Üç iyileştirme yöntemi kullanıldı Kurşun ağırlıklar 1834 de Bina içine beton halka bağlanarak desteklendi 800 ton Kurşun Blok yerleştirildi Kablo Desteği Kazı İkinci seviye kablo ile bağlandı Ankrajlandı

9 Pisa Kulesi İkinci kattan ankraj kabloları D Kule altından zemin b boşaltıldı

10 Pisa Kulesi Rotation Back to 300 years Base Rotation Foundation Settlement

11 1913 te inşa edildi Kanada da dönemin en büyük tahıl silos Göçme ve 27 derece yatması 12 saat sürdü Transcona Tahıl Silos

12 Transcona Tahıl Silosu Sadece üstteki dağıtım binasında hasar oluştu Taban kayasına kadar kazıklar çakıldı Temel alanı kazıldı Yana yatan bölüm düzeltildi Halen kullanılıyor

13 Niigata 7.4 M deprem, Haziran 16, kişi öldü, 10,000 bina hasar gördü Sıvılaşma sonucu Taşıma gücü kaybı

14 Niigata Bu binaların temelleri beton döşemeyi destekleyen iri çakıl ve blok taştan oluşan bir tabakadan oluşmaktaydı. Bu binalarda büyük hasar görmedi ve düzeltildikten sonra bugün hala kullanılmaktadır

15 Yüzeysel temeller Genelde iki türü vardır Uzun sürekli temel Tekil temel Dairesel Kare Dikdörtgen D f Fill Building Load Q act Stem Footer q Slab B

16 Yüzeysel temeller Dairesel Kare Dikdörtgen L D or B B B B

17 Taşıma gücü

18 Taşıma Gücü

19 ASTM- D1194 Plaka yükleme deneyi

20 Plaka yükleme deneyler Genel Yerel Zımbalama- Punchin g

21 Genel göçme analizi Terzaghi q ult göçme anındaki gerilme Q ult Duvarın birim uzunluğu için uygulanan yük 1 temelin altındaki zeminin birim hacım ağırlığı C kohezyon N γ, N q ve N c taşıma gücü faktörleri sadece ye bağlı.

22

23

24 Taşıma gücü analizi

25 Taşıma gücü faktörleri ), ( ), ( tan ), ( cot ), ( tan tan tan Prandtl Reissner Vesic Kerisel and Caquot N N N N e K e N q q c p q

26 Taşıma gücü faktörleri Kp Nγ Nq Nc Kp Nγ Nq Nc

27 Temel şekilleri Sürekli Kare Dairesel Q ult 2 B Q ult 2 r

28 Müsaade edilen taşıma gücü -Sürekli Nihai taşıma gücü qult değerleri göçme qall anındaki değerlerdir. F. S. Müsaade edilen Q" ult B q Q" all taşıma gücü değerleri F. S. F. S. hesaplarda kullanılır. Kare ve dairesel F.S. kum = F.S. kil = 3.0 Qult Qall F. S. ult

29 Su seviyesi B temel genişliği kadar temel altında q ult q ult sat w BN q Df Nq cn c BN q 1 sat w 2 Su seviyesi temel altında Su seviyesi zemin yüzeyinde sat w Df Nq cn c

30 TAŞIMA GÜCÜ HESABINA SU SEVİYESİNİN ETKİSİ

31 EKSANTRİK YÜK ALTINDA TAŞIMA GÜCÜ HESABI

32 Meyerhof q ult 1 2 Terzaghi tarafından dikkate alınmayan faktörleri eklemiştir Kare den başka şekiller Derinlik Eğimli yük 1BN F sf d F i 2 q D f NqFdsFddFdi cn cfcsfcd Fci Taşıma gücü faktörleri aynı

33 Meyerhof Faktör Şekil Derinlik Eğim = düşeye göre açı F γ F s B L D f / B1 D f / B1 F d F d 1 1 F i 1 2 F q B F qs 1 L tan D f / B1 F qd D f / B1 F qd 1 2tan 1sin 2 D f B D 2 1 f 1 sin B 1 2tan tan F qi F ci o 1 90 o 2 F c F 1 cs B L N N q c D f / B1 D f / B 1 F cd D f F cd B D 1 f tan B F ci F qi o 1 90 o 2

34

35 Gerilme dağılımı

36 Q Gerilme Dağılımı Taban gerilmesi derine gittiçe azalır

37 Gerilme Dağılımı Boussinesq noktasal yük altındaki gerilme artışını hesapladı Kabuller: Lineer Elastik Homojen, Izotrop r Yarı sonsuz yarım uzay v (z,r) Q Z

38 Gerilme Dağılımı Boussinesq Noktasal Yük Hesabı v I B z Q z r z Q z r z Q

39 Gerilme Dağılımı Q Eğrinin altındaki hacim uygulanan kuvvete eşittir Z r v (z,r) r Q dxdy rdrd

40 Düşey gerilme dağılımı

41 Gerilme Dağılımı

42 Stress Gerilme Dağılımı Sürekli temel altındaki gerilme dağılımı. Merkezde en yüksek gerilme Merkezden yatay yönde uzaklaştıkça gerilme azalıyor Eğrilerin altındaki alanlar eşit Q B Stress Variation Z/B = 0.5 Z/B = 1.0 Z/B = 1.5 Z/B = X/B

43 Düşey gerilme hesabında yaklaşık yöntem

44 Oturma Analizi

45 NİHAİ OTURMA

46 Ödometre deney aleti

47 Casagrande Yöntemi

48 Normal konsolide killerde konsolidasyon

49 Normal konsolide zeminlerde konsolidasyon oturması

50 Aşırı konsolide zeminlerin konsolidasyonu

51 Aşırı konsolide zeminlerin konsolidasyonu

52 Zemin sıkışabilirliği sınıflaması

53 Aşırı konsolidasyon sınırları

54 İkincil sıkışma

55 Sıkışma indisi ile ikincil sıkışma indisi arasındaki ampirik bağıntı

56 Konsolidasyon diferansiyel denklemi

57 Diferansiyel denklemin çözümü

58 Boşluk suyu basıncı değişimi

59 Konsolidasyon katsayısı

60 Kumlarda oturma hesabı

61 Schmertmann yöntemi (1970) Tabakaların rijitlik özelliklerini kullanarak oturmaların hesap edilmesini sağlar. Koni penetrasyon uç direnci q c (CPT deneyinden elde edilir) kullanılarak da oturma hesapları yapılabilir. Bu yöntemde birim boy değiştirmelerin üçgen bir dağılım şeklinde olduğu varsayımını kullanarak oturmalar hesaplanır Zamana bağlı oturmaları da hesaplayabilmek için bir katsayı tanımlanmıştır ( sünme katsayısı)

62 Schmertmann oturma formülü C 1 = kazılan zeminden dolayı azalan birim deformasyon için düzeltme katsayısı, σ od ' = temelin altındaki efektif gerilme ΔP = net temel basıncı C 1 = C t = zamana bağlı sünme için düzeltme katsayısı, t = zaman (yıl) E si = i tabakası için bir boyutlu elastik modül Δz i = tabaka kalınlığı I zi = i tabakası orta noktasında etkileşim katsayısı

63

64 Sonuç ve öneriler Temel boyutlandırması yapı özellikleri, yapıdan gelen ölü ve canlı yükler ile yapının maruz kaldığı deprem, rüzgar gibi yüklere göre zeminin göçme ve oturma özellikleri incelenerek yapılır. Sadece zemin parametreleri kullanılarak müsaade edilebilir taşıma gücü verilemez. Oturma miktarı genellikle daha kritiktir. Müsaade edilebilir oturma miktarları temel tipi, derinliği ve boyutlarını kontrol etmektedir.

65 REFERANSLAR Sunumda referans olarak kullanabilecek bir kitaba bağlı kalabilmek maksadıyla CODUTO Geoteknik Mühendisliği, İlkeler ve Uygulamalar kitabının Türkçe çevirisi kullanılmıştır ( kitabın orijinal İngilizce basımı tavsiye edilmekte ve çevirisinde kullanılan terminoloji ile ilgili bir sorumluluk alınmamaktadır)