Hizmet Görebilirlik Limit Durumu (SLS)

Transkript

1 Hizmet Görebilirlik Limit Durumu (SLS) Ötelenme, açısal hareket ve oturmaların izin verilebilir limitleri amaması durumu. Bir binanın ilevini göremez hale gelmeden dayanabilecei Toplam oturma ( ) Farklı oturmalar (δ) Kaykılma (δ/l) Yerel ve genel eilmeler, Açısal dönmeler Duvarlarda sarkma-kamburlama uzun süredir arazi gözlemleri ve teorik incelemelerle belirlenmi ve aaıda deinilen kriterler gelitirilmitir. Sf 16

2 Toplam oturma, bina temellerinin herhangi bir noktasında ölçülen en büyük düey hareket, yani kısa ve uzun vadeli son oturma deeridir. Farklı oturma δ, binanın herhangi iki noktası arasında beliren, toplam oturmaların farkıdır. Buradan toplam ve farklı oturmalar arasındaki baıntı görülebilir. Kaykılma δ/l iki komu nokta (kolon ekseni) arasında oluan farklı oturmanın aradaki açıklıa oranlanması ile bulunur. Oturma oranı özellikle yıma sistemlerde sarkma ve kamburlama miktarının açıklıa bölünmesi ile hesaplanır. Eilme (tilt) yerel (ω) ve genel (β) olarak tanımlanmaktadır. Dönme (θ) kolonların temel ekseni ile yaptıı hareket olarak tarif edilebilir.

3 Bina Temel Hareketlerinin Nitelii

4 Binada Oturmalardan Kaynaklanan Hasarlar

5 Yapılarda Toplam ve Farklı Oturmalar Arasında Hasara Balı Baıntı

6 ZN VERLEBLR TOPLAM OTURMALAR ÇN KILAVUZ Tekil temeller Yayılı temeller (radyejeneral) Yıma yapılar Çerçeveli yapılar KLDE KUMDA

7 BNALARDA OTURMA LMTLER YAPI TÜRÜ SORUN KRTER LMTLER Çerçeveli bina yapısal hasar Kaykılma 1/150 1/250 Taıyıcı duvar-perde çatlamalar Kaykılma 1/500 Binalar görüntü Eilme(yatma) 1/300 Binalar Dı balantılar (su,gaz,kanal) Toplam oturma 50-75mm (kumda) mm (kilde) Yıma yapılar sarkma ile çatlama kamburlama ile Oturma oranı N 1/2500 (L/H=1) 1/1250 (L/H=5) 1/5000 (L/H=1) 1/2500 (L/H=5) Yüksek yapılar asansörde sorunlar eilme 1/1200 1/2000

8 YÜZEYSEL TEMELLER ÇN FARKLI /TOPLAM OTURMA ORANLARI (δ/ ) (Coduto, Bjerrum) TEMEL ALTINDA EGEMEN ZEMN Kumlu doal zeminler Katı/sert taban üzerinde kumlu dolgular Killi doal zeminler Katı/sert temel üzerinde sıkıtırılmı dolgular ESNEK YAPILAR RJT YAPILAR

9 BNA HAREKETLERNN DUVAR HASARINA GÖRE TANINMASI HASAR Hafif Az Orta Ciddi Aır TPK BELRTLER Kılcal çatlaklar ev dekorasyonu sırasında kolayca ortadan kaldırılabilir Çatlaklar sıva ile yok edilebilir; bina dıından görünüyor; kapı-pencerelerde sorun Çatlakların yarılıp-geniletilerek özel sıva yöntemiyle onarılmalı,kapı/pencerelerde sıkımalar Kapı ve pencereler üzerindeki bölümlerde patlamalar,bunların çerçevelerinde ciddi hasar,döeme eimi gözle görülüyor, dı balantılarda kesilme Binada stabilite kaybolabilir, camlarda kırılma, duvarlarda eilme; binanın yıkılması gerekir ÇATLAK GENL (mm) veya >3 mm olan birkaç çatlak >25, çatlak sayısına da balı

10 TEMELLERN OTURMA KRTERNE GÖRE BOYUTLANDIRILMASI Mühendisler 1940 ların sonunda özellikle laboratuvar deneyleri sonuçlarını kullanarak son taıma gücünü hesaplayıp bunun 3-4 dolayında makul bir güvenlik sayısına bölünmesiyle temel güvenli gerilmesi, Türkiye deki adıyla zemin emniyet gerilmesi ni hesaplamaa balamılardı. Ancak güvenli gerilmenin hesaplanmasının temel güvenliinin kesinlikle salanacaı anlamına gelmedii alınan acı derslerle farkedildi. Zira yüzeysel temel boyutlandırmasında ana kriterin taıma gücü deil oturmalar olduu artık herkes tarafından kabul edilen bir gerçektir. Temelden zemine aktarılacak gerilmeler altında belirecek toplam ve farklı oturmalar yanında temellerin, çevresine yapılmı dolgudan, killi ortamın ime/büzülmesinden, Y.A.S.S. nin düüünden, aaıda yapılan metro/tünel kazılarından, zeminin temelin altından yeraltı/yerüstü suları ile yıkanmasından ve yanda yapılan kazılardan da etkilenebilecei unutulmamalıdır. Sf135

11 Taıma gücü kavramı olarak sunulan ULS kavramı günümüzde önceliini yitirmekte, binaların temelleri bunların hareketlerini ön plana çıkartan hizmet görebilirlik (SLS: Serviceability Limit States) prensipleri ile boyutlandırılmaktadır. SLS için iki temel kriter oturma ve ekil deitirmeler izin verilen toplam hareketler farklı hareketler kabul edilebilir farklı hareketler olduuna göre, yüzeysel temellerin projelendirilmesinde bu hareketlerin kısa ve uzun vadeler için hesaplanması ve gözlemlenmesi esas olacaktır. Hesaplamalar konsolidasyon ve üç eksenli hücre kesme laboratuvar deneyleri veya arazide plaka taıma deneyleri ile dorudan, dierleri ile dolaylı olarak gerçekletirilebilmektedir. Hesaplama sırası gerilme artılarının ( σ) hesaplanması, elastik katsayıların (E, G, ν) ölçümü, zamana balı özelliklerin (C c, C r, c v ) ölçümü, buradan da oturmaların bulunmasıdır. Oturmaların hesaplanmasında ana karar iki ya da üç boyutlu yaklaımlardan birinin yelenmesi yoluyla yapılır.

12 TEMELLERN OTURMASI Binalar zemin hareketlerine aırı duyarlı olduklarından temellerinin oturması konusu taıma gücüne oranla daha kapsamlı bir problem olarak algılanmalıdır. Oturma hesaplamalarının güvenirlii birinci derecede zemin özelliklerinin laboratuvar veya yerinde deneylerle doru biçimde ölçülmesine balıdır. Oysa Bowles laboratuvar deneylerinde %50 ye varan numune örselenme etkileri, arazi deneylerinde ise en iyi koullarda zemin özelliklerinin çounlukla yatay yönde ölçülmesi nedeniyle bu alanda baarının kısıtlı kaldıından yakınmıtır. Bina temellerinde boyutlar sonlu olduundan oturma analizlerinin geleneksel iki boyut yerine üç boyutlu yapılması gerektii, bu durumda sonuçların gerçee daha yakın çıkacaını savunanlar varsa da, Türkiye gibi aırı konsolide killerin yaygın olduu yerlerde iki boyutlu oturma analizinin özellikle zeminin Poisson oranının 0.35 ten az olduu durumlarda tatminkar sonuçlar verdii bulunmaktadır. Öte yandan, ν nün veya kil kalınlıının artması hesaplamalarda üç boyutlu analizi avantajlı duruma geçirmekte ve iki boyutta hesaplanan oturmalar gerçek deerlerin altında çıkmaktadır. Durumun NL killerde de çok farklı olmadıını söyleyebiliriz. Sf139

13 Bir yüzeysel temelin yükler altında gösterecei düey hareketlerin genelde üç öeden olutuu kabul edilmektedir: ani veya zeminin drenajsız koullarda oluan hareketi (S i ) konsolidasyondan doan drenajlı oturmalar (S ) uzun vadede killerin sünmesinden kaynaklanan oturma (ikincil konsolidasyon) S s Σ S = S + (S + S ) i Baıntıda birinci terim zamandan baımsız, parantez içindeki terimler ise zamana balı, süreçlerdir. s

14 S s ile gösterilen ikincil konsolidasyon oturmaları birincil konsolidasyon sırasında ve onu izleyerek organik ve olaanüstü yüksek plastisite ve sıvılık indisine sahip killerde kil pulcuklarının yer deitirmesi (creep) sonucu belirir. Bu güne kadar Türkiye de killerde dikkate deer ikincil konsolidasyon oturmalarının olutuu bildirilmemitir. Bunun nedeni organik zeminlerin yaygın olmaması ve doal su muhtevalarının %100 ün altında kalması olarak gösterilebilir. Bir baka önemli konu zeminin türüdür. Edinilen deneyim iri ve ince daneli zeminlerde oturma süreçlerinin dikkati çekecek denli farklı olduunu göstermitir. Bu nedenle önemli projelerde kum ve killer arasında bir ayırım yapmanın uygun olacaı düünülmektedir.

15 Oturmaların bazen sadece onu oluturan yapıya deil, oturma çanaı içinde kalan komu yapılara zarar verebilmesi bir dier sorunu oluturabilir. Örnein, çelik taıyıcı sistemli fabrika binası altında oluan oturmalar kendisinde farkedilir bir hasar oluturmazken bu binanın oturma çanaı içinde kalan yandaki baca tehlikeli biçimde eilmektedir. Benzer ekilde Trabzon da 1970 li yıllarda yumuak kil üzerine yapılan 5 katlı bir betonarme yapı, yanında bulunan 2. derecede eski eser olan bir evde 200 mm ye varan oturmalar ve hasara neden olmu, kendisi farkedilir bir etki almamıtır.

16 Ani Oturmalar Ani oturma literatürde birincil, drenajsız, genelde de distorsiyon oturması olarak anılır ve temelin altındaki zeminin yüklenmeyi izleyerek en çok bir hafta içinde beliren yanal ötelenmesinin bir sonucudur. Bu tür oturmanın tüm iri daneli zeminlerde ve doygunluk derecesi %90 dan düük silt ve killerde öncelikle hesaplanması gerekmektedir. Bu oturma; elastisite teorisinden yararlanılarak elastik, izotrop ve homojen ortam kabulüyle çıkartılmı formüllerle hesaplanabilmektedir. Ani oturma hesabı için en kısa yol Skempton-Bjerrum yaklaımını kullanmaktır. Bu yönteme göre temelden q düzeyinde ortalama taban basıncı alan bir zeminde ' (q σdf )B i 1 2 u S = I I gibi bir elastik oturma beklenecektir. E Burada σ Df, temel gömme derinliindeki efektif gerilme, E u zeminin drenajsız modülü, I 1 ve I 2 etki katsayılarıdır. ' q σ Df : Net taban basıncı

17 ' (q σdf )B i = 1 2 u S I I E

18 PROBLEM:ekilde gösterilen kare temelin ani (drenajsız) oturmasını hesaplayınız. D f /B=2/2.5=0.8 I 1 =0.99 L/B=1, H z /B=6/2.5=2.4 I 2 = q = = 144 kpa ' (q σdf )B i = 1 2 u S I I E (144 34) 2.5 = = 35 mm 4000

19 σε ı E = σ ε z )*++*, -.// ı! ε " #$ % $ % $ ıı& '(" ıı Sf37-141

20 Günümüzde kullanımı giderek artan sayısal analize dayalı çözümler zemin tabakalarının elastik katsayılarına gereksinme duymaktadır. Geleneksel laboratuvar ölçümleri hızlı, ancak gerçekçilii sorgulanabilir sonuçlar verdiinden bu katsayıların arazi deneyleri ile ölçülmesinin zor ve yüksek maliyetli, ancak çok daha doru olacaı görüü güç kazanmaktadır. Her durumda, E nin ölçülecei birim kısalmaların %0.01 lerde kalmasının gereklilii herkesçe kabul edilmektedir. Bu tür E deerleri (ε z <%0.5 düzeyinde) günümüzde laboratuvarda en kolay 50 mm, tercihen 100 mm çaplı örselenmemi üç eksenli numunesinin üst ve alt yüzüne yerletirilen bender element denilen transdüerlerle ölçülen boy kısalmaları ile makul dorulukta ölçülebilmektedir. Ani ya da elastik oturmanın hesaplamasında en önemli ilem drenajsız modül E u nun gerçekçi ölçümüdür. E modülü arazide presiyometre (PMT) / dilatometre (DMT) ve plaka taıma deneyi (PLT) ile dorudan, jeofizik (sismik) yöntemler, CPT, SPT deneyleri ile de dolaylı olarak ölçülebilir.

21 ZEMNLERN KRMODÜLÜ E s (MPa) KL Çok yumuak 2-15 Yumuak 5-25 Orta Katı Sert >100 Kumlu KUM Gevek Sıkı Siltli 5-20 KUM+ÇAKIL Gevek Sıkı E s = S u NL kil-ocr 1 E s = S u OCR <5 E s = S u OCR>6 Bu deerler doal olarak alt ve üst limitleri kapsamakta yeraltı su seviyesi, derinlik, sıvılık indisi, örselenme etkisi, deney hızı gibi yerel etkenlerin etkisini yansıtmamaktadır. Sf38

22 Kumda Deformasyon Modülü-SPTN Baıntısı ekilde kumlarda efektif gerilmenin modüle etkisi gösterilmektedir. Yatay eksende standart penetrasyon direnci ve efektif gerilme bulunduundan bu ekil mühendis için uygun bir bilgi kaynaı olabilir. Sf38

23 Son Taıma Gücü - Güvenli Taıma Gücü Net Son Taıma Gücü - Güvenli Net Taıma Gücü W( D + L ) W S 2 W F W S 2 Son Taıma Gücü: q d Güvenli Taıma Gücü σ em q GS = d σ em q W( D+ L) + WF + W d S 1 = = GS A GS Güvenli taıma gücüne göre hesap; temele gelen sabit ve hareketli yükleri, temelin aırlıını ve temel seviyesi üzerinde kalan zemin aırlıını içeriyor.

24 Güvenli net taıma gücüne göre hesapta; sadece temele gelen sabit ve hareketli yükler içeriliyor. Net son taıma gücü: q = q ρd dnet d f Güvenli net taıma gücü qd(net) qd q σ emnet = = GS GS Temel ve zeminin birim hacim aırlıkları arasındaki fark ihmal edilirse q = ρ D f W S + A W F Güvenli Taıma Gücü qd(net) qd q qd ρ Df σ em = + q = + q = + ρ D GS GS GS f eklinde de hesaplanabilir.