T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GEOTEKNİK ANABİLİM DALI ERTAN BOL 1

2 KONİ PENETRASYON DENEYİ Zemin sınıflandırılması Kayma direnci tayini Bağıl birim hacim ağırlık OCR Sıvılaşma analizi Hidrolik iletkenlik Kazık Boyutlandırılması AVANTAJ ve DEZAVANTAJLAR CPT nin Avantajları Hızlı ve devamlı profilin sağlanması Tekrar edilebilirlik ve güvenilir veri (operatöre bağımlı değil) Ekonomik Korelasyonlar için güçlü teorik temeller CPT nin Dezavantajları İlk alımda yüksek maliyet Uzman operatörlerin ihtiyacı Numune alınamaması Çimentolu ve sıkı iri daneli zeminlerde penetrasyonun sınırlanması ERTAN BOL 2

3 CPT nin Tarihçesi 1932 İlk koni penetrasyon deneyi 35 mm dış çapa sahip bir gaz borusu içinden itilen 15 mm lik bir çelik çubuğun (rod) itilmesiyle gerçekleştirildi. Çeliğin ucuna 10 cm 2 yüzey alanına 60 0 tepe (apex) açısına sahip bir koni iliştirilmişti mm Hollanda Mekanik Sondası Dutch Mechanical Cone (After Sanglerat, 1972) CPT nin Tarihçesi 1935 Delf Zemin Mekaniği Laboratuvarı ilk kez manüel olarak idare edilebilen 10 tonluk koni penetrasyon itki makinesini geliştirmişlerdir. Early Dutch mechanical cone (After Delft Geotechnics) ERTAN BOL 3

4 CPT nin Tarihçesi 1948 Orijinal Hollanda mekanik sondasında koninin hemen arkasına konik parçalar eklenmiştir. Geometrideki bu değişikliğin amacı içteki itme çubuğu ile dış borunun arasında kalan boşluğa zeminin girmesinin engellenmesiydi. Bu tip koniler hala dünyanın çeşitli yerlerinde nadir de olsa kullanılmaktadır. Dutch mechanical cone penetrometer with conical mantle CPT nin Tarihçesi 1953 Koninin arkasına sürtünme gömleğinin eklenmesi (Begemann, 1953). Ölçümler her 20 cm de bir yapılırdı, böylelikle sürtünme oranı zemin sınıflandırılmasında bir parametre olarak kullanıldı). Sürtünme gömlekli Begemann tipi koni ERTAN BOL 4

5 Koni Direnci, q c (MPa) BEGEMAN MEKANİK KONİSİ İLE İLK ZEMİN SINIFLAMASI % İnce dane Kum ve Çakıl Siltli Kum Kil Yüzey Sürtünmesi, f s (MPa) CPT nin Tarihçesi 1965 Elektrik koni geliştirildi, şekil ve boyutlar günümüzdeki modern konileri tarif eden standartlardaki halini aldı. Elektronik koninin icadı ile mekanik konik penetrometrelere nispeten aşağıdaki gelişimler elde edilmiştir: İç çubuğun ağırlığından ve iç çubuk ile koruyucu kılıf arasındaki sürtünmeden dolayı kaynaklanan hatalı okumalar elimine edildi, Devamlı test ve sabit hızda penetrasyon elde edildi, Daha basit ve koni uç ile sürtünme direncinde daha güvenilir ölçümler elde edildi. ERTAN BOL 5

6 Sürtünme direnci CPT nin Tarihçesi 1974 Konik penetrometrelerdeki gelişmelere boşluk suyu basıncı ölçümleri de katıldı (CPTUpiezocone) İlk dizaynlarda boşluk suyu basıncı filtresinin şekli ve yeri farklılıklar gösterdi. Gittikçe pratik uygulamalar daha standardize oldu. Filtrenin yerinin koninin hemen arkasında (u 2 ) olmasının daha uygun olduğu tavsiye edildi. Boşluk suyu basıncı ölçümleriyle birlikte koni uç direncinin özellikle yumuşak killerde koni uç direncinin ölçülen boşluk suyu basınçlarına göre bir düzeltmenin (q t ) yapılması gerekliliği anlaşıldı. KONİ PENETRASYON DENEYİ (CPT, CPTU, SCPTU) Penetrasyon Hızı: 2 cm/s. f s u 3 boşluk suyu basıncı Standart Koni Koni (tepe) Açısı = 60 0 Uç (yüzey) Alanı = 10 cm 2 Sürtünme Alanı = 150 cm 2 u 2 u 1 q c Koni uç direnci ERTAN BOL 6

7 KONİDE GEOMETRİK BOYUTLAR Ölçülenler q c : Uç direnci f s : Sürtünme direnci u: Boşluk suyu basıncı Konik uç alan faktörü a A / A ( A A )/ A N T T L T Sonda yüzey alan faktörü b ( A A )/ A L U S ERTAN BOL 7

8 GEOMETRİ Koni uç alan oranı, a= A N /A T = (A T - A L ) / A T Koni yüzey alan faktörü, b= (A L A U ) / A S UÇ DİRENCİ Düzeltilmemiş koni direnci, q c = F c / A T Düzeltilmiş koni uç direnci: q t = q c + u 2 (1-a) Normalize edilmiş koni uç direnci, Q t = (q t σ vo ) / σ' vo Net Koni Direnci: q n = q t vo SÜRTÜNME DİRENCİ Çevre Sürtünmesi, f s = F s / A s Sonda çevre sürtünmesi(düzeltilmiş), Sürtünme Oranı: R f = (f s /q t ) x 100% CPT deneyinden elde edilen çıkarımlar 1 a ft fs u2 b 0.3u b 15 Normalize edilmiş sürtünme oranı, F r = f s / (q t vo ) BOŞLUK SUYU BASINCI Boşluk Suyu Basıncı: u = u 2 u 0 Boşluk Suyu Basıncı Oranı: B q = u / q n Normalleştirilmiş Boşluk Suyu Basıncı U = (u t u 0 ) / (u i u 0 ) u t sönümlenme deneyinde t zamanında ölçülen boşluk suyu basıncı u i sönümlenme deneyi başlangıcındaki boşluk suyu basıncı ERTAN BOL 8

9 BOŞLUKSUYU BASINCI ÖLÇÜMLERİ ERTAN BOL 9

10 KONİ PENETRASYON DENEYİ (CPTU) Kamyon MCPT Paletli KONİ PENETRASYON DENEYİ ERTAN BOL 10

11 PALETLİ KAMYONA MONTELİ 20 TON CPT ERTAN BOL 11

12 Small anchored drill-rig unit Ramset for CPT inside buildings or limited access ERTAN BOL 12

13 ERTAN BOL 13

14 ERTAN BOL 14

15 KONİ PENETRASYON EKİPMANLARI KONİK SONDA Boyutlar Standart Tip* 10 cm 2 ; Sürtünme ** 150 cm 2 Referans Tip* 15 cm 2 ; Sürtünme ** 200 cm 2 Minyatür Tip* 2 cm 2 ; Sürtünme ** 40 cm 2 * Uç kesit alanı ** Sürtünme yüzey alanı ERTAN BOL 15

16 Çeşitli boyda CPTU 40 cm 2 10 cm 2 15 cm 2 Çeşitli boyda CPTU 2 cm 2 ERTAN BOL 16

17 Sürtünme direnci CPT İLE ÖLÇÜM 2 cm/sn u 3 f s u 2 boşluk suyu basıncı u 1 q c Koni uç direnci Cone Penetration Test (CPT) ASTM D5778 CPT ile ZEMİNLERİN SINIFLANDIRILMASI ERTAN BOL 17

18 Geostratigrafi: CPT ile dolaylı tayin f s = sürtünme direnci u b = boşluk basıncı Sürtünme Oranı = f s /q T q T = Koni Uç Direnci Penetrasyon birçok faktörden etkilenir Mineroloji Kuvars, Kalsiyum karbonat, montmorillonit, illit, kaoinit Jeoloji Fluvial, Delta, Yamaç Molozu, Buzul, Denizel, Göl, Rezidüel zemin Fabric Fissürlü, sağlam, eklemli, tabakalı, Texture Yuvarlaklık-köşelilik, dane boyutu Gerime Durumu Efektif gerilme, Aşırı konsolidasyon Direnç Hassaslık, kayma direnci Zemin Tipi Kil, Silt, Kum, Organik Su Su muhtevası, hidrostatik su seviyesi, hidroskopik su Plastisite Likit limit, plastik limit, Boşluklar Boşuk oranı, birim hacim ağırlık, permeabilite Adezyon Çientolanma ERTAN BOL 18

19 ZEMİN SINIFLANDIRMA PRENSİPLERİ u 3 u 2 Zemin Tipi Koni Uç Direnci q C Sürtünme Oranı (f S /q C )x100% KUM Yüksek Düşük Boşluk Basıncı u 0 + u Ani u sönümlenmesi KİL Düşük Yüksek u vs. Zaman u 1t u 1f GERİLME TARİHÇESİ u 1 > u 2 > u 3 (N.C.) u 1 >> u 2 >> u 3 (O.C.) u 3 NL Kil PENETRASYON SIRASINDA KONİ ETRAFINDA OLUŞAN BOŞLUK SUYU BASINÇLARININ DAĞILIMI Hafif OC Hassas Kil Taranto Kili Yüksek OC Kil u 2 u 1 < 8m Londra Kili > 8m < 12m OCR20 Taranto Kili > 12m OCR30 u u / u o u = u o Sıkı Silt (dilative) Taranto Kili - Çimentolu (CaCO3) (İtalya) Londra Kili - Katı, çimentosuz, fissürlü Gevşek Silt (sıkışabilir) Sıkı İnce Kum u 2 u 1 Gevşek İnce Kum Silt?? u 2 > u 1 > u 3?? 0 5 u / u o (after Robertson et al., 1986) ERTAN BOL 19

20 Koni Direnci (MPa) ARAZİ DENEYLERİ VE KAZANILAN BİLGİLER Zemin Tipi Koni Uç Direnci q C Sürtünme Oranı (f S /q C )x100% KUM Yüksek Düşük Boşluk Basıncı Ani u sönümlenmesi KİL Düşük Yüksek u sönülenmesi zaman alır YÜKSEK OCR Yüksek Negatif boşluk suyu basıncı DÜŞÜK OCR Düşük Yüksek boşluk suyu basıncı YUMUŞAK-ORTA KATI KİLLER Orta-Düşük Yüksek boşluk suyu basıncı KATI OC KİLLER Yüksek Düşük veya Negatif boşluk suyu basıncı ÇOK SIKI İNCE KUM ve SİLTLİ KUM Yüksek Düşük veya Negatif boşluk suyu basıncı CONTRACTIVE SİLTLER Yüksek boşluk suyu basıncı verirler DILATIVE SİLTLER Düşük veya negatif boşluk suyu basıncı verirler SİLTLER Daha çok kumlar ve killer için doğru sonuç. Kısmi drenajlı malzemeler için uygun değil (Lunne). Hight ve diğ. (1994) Killi silt ve kumların penetrasyon davranışında kil oranının önemine işaret etmiş. BEGEMANN, Çakıllı İri Kum İnce Kum Siltli Kum 20 Silt-Kil-Kum 15 Loam Kil-Loam 10 Kil 5 0 Turba Sürtünme Direnci (MPa) Begeman kartı Hollanda (Dutch) zeminlerinde mekanik sonda ile gerçekleştirilen deneyler sonucunda geliştirilmiştir. İri daneli zeminler genellikle büyük uç (q c ) ve sürtünme dirençleri (f s ) gösterirler. Begemann, H. K. S., Improved method of determining resistance to adhesion by sounding through a loose sleeve placed behind the cone. Proceedings of the 3rd International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, ICSMFE, August 16-27, Zurich, Vol. 1, pp ERTAN BOL 20

21 Koni Direnci (MPa) Koni Direnci (MPa) 30 Çakıllı İri Kum BEGEMANN, 1965 İnce Kum 25 Siltli Kum 20 Silt-Kil-Kum Loam 15 Kil-Loam 10 Kil 5 Turba Sürtünme Direnci (MPa) Begeman zemin tipinin sürtünme direnci ile uç direnci arasındaki oran ile ilişkili olduğunu göstermiştir (Sürtünme Oranı, R f =f s /q c ). Bu da yandaki her bir çizginin eğimidir. Sürtünme Oranının Bir Fonksiyonu Olarak Zemin Tipleri (Begemann, 1965) Zemin Tipi Sürtünme Oranı, % (R f =100xf s /q c ) Çakıllı İri Kum-İnce Kum Siltli Kum Siltli Kumlu Killi Zeminler Kil ve Karışık (loam soils) Zeminler Kil Turba (Peat) >7.0 SANGLERAT et al., (1974) 10 KUMLAR 80 mm araştırma penetrometresi kullanmışlardır. Zemin tipinin sürtünme oranı ile koni uç direncinin bir fonksiyonu olduğunu göstermişlerdir. 1 SİLTLER Burada bağımsız değişken sürtünme oranı bağımlı değişken ise koni uç direnci olarak gösterilmiş. 0.1 KİLLER Sürtünme Oranı (%) Sınıflar arasında ayırım koni uç direncindeki keskin sınırlar ile gösterilmiş. Sanglerat, G., Nhim, T. V., Sejourne, M., and Andina, R., Direct soil classification by static penetrometer with special friction sleeve. Proceedings of the First European Symposium on Penetration Testing, ESOPT-1, June 5-7, Stockholm, Vol. 2.2, pp ERTAN BOL 21

22 Koni Direnci, qc (MPa) Koni Direnci (MPa) ARAZİ DENEYLERİ VE SCHMERTMANN (1978) Sıkı KUM Gevşek SİLT-KUM KARIŞIMI KİL-KUM ve SİLT KUM ve SİLTLİ KİL HASSAS OLMAYAN FİSSÜRSÜZ İNORGANİK KİL Orta Yumuşak Çok Yumuşak Katı Çok Katı ORGANİK KİLLER ve KARIŞIK ZEMİN Kuzey Merkez Florida da mekanik koni ile gerçekleştirilen deney sonuçları ile Begeman ın verisi kullanılarak ortaya çıkartılan grafik farklı zemin zonlarını birbirinden ayırmaktadır. Grafik ayrıca kumları sıkılığına ve killeri de kıvamlarına göre ayıran bölgeleri içermektedir Sürtünme Oranı (%) Schmertmann, J. H., Guidelines for cone test, performance, and design. Federal Highway Administration, Report FHWA-TS-78209, Washington, 145 p SCHMERTMANN (1978) Gevşek KUM Orta Yumuşak Çok Yumuşak Sürtünme Direnci, fs (MPa) Katı Sıkı ORGANİK KİLLER ve KARIŞIK ZEMİN Çok Katı Schmertmann Begeman ın kartını logaritmik ölçeklerde göstererek kendi çalışmasına uyarlamıştır. Ancak bu durumda kıvam sınırları pek mantıklı çıkmamaktadır. Araştırıcı benzer olmayan jeolojik yapıya sahip bölgelerde grafiğin önemli farklılıklar göstereceğini belirtmiş. Bu sebeple yerel korelasyonlar yapılmalı. Zeminin hassaslığı, sünekliliği, sürtünme gömleğinin pürüzlülüğü ve boşluk suyu basıncı etkileri grafiğin korelasyonuna etki edebileceği belirtilmiş. Buna rağmen, Schmertmanın grafiği Kuzey Amerika da hala kullanılmaktadır (Fellinus). ERTAN BOL 22

23 Cone Resistance (TSF) DOUGLAS ve OLSEN (1981) METASTABLE KUMLAR KOHEZYONSUZ İRİ DANELİ SM & SP HASSAS KARIŞIK ZEMİNLER İlk kez elektirik koni ile sınıflama kartı geliştirenlerdir. Birleştirilmiş zemin sınıflarını karta eklemişlerdir. Kart ayrıca sıvılık indisi, toprak basıncı katsayısı boşluk oranı ve hassaslık değişimlerini de içermektedir. Kart eş sürtünme dirençlerine sahip eğrileride göstermektedir. Schmertmandan ayrılan en büyük özelliği eğri içlerinin yukarıya doğru gelişmesidir. KOHEZ- YONSUZ İRİ VE KOHEZYONLU- İNCE DA. KOHEZYONSUZ İNCE DANELİ fs=0.025 TSF HASSAS KİLLEER Sürtünme Oranı ( % ) ML CL-CH fs=2 TSF KOHEZYONLU İNCE DANELİ fs=0.5 TSF fs=0.125 TSF Douglas, B. J., and Olsen, R. S., Soil classification using electric cone penetrometer. American Society of Civil Engineers, ASCE, Proceedings of Conference on Cone Penetration Testing and Experience, St. Louis, October 26-30, pp VOS (1982) Vos (1982) Hollanda zeminlerinde (Dutch Soils) zemin tiplerini belirleyebilmek için elektirik koni kollanılarak elde edilmiş sürtünme oranlarını gözönüne alan bir çalışma yapmıştır. Begeman (1965) ın önerdiği yüzde değerlerine benzemekte ancak tam olarak uyuşmamaktadır. Sürtünme Oranının Bir Fonksiyonu Olarak Zemin Tipleri (Vos, 1982) Zemin Tipi Sürtünme Oranı, % (R f =100xf s /q c ) İri Kum ve Çakıl <0.50 İnce Kum Silt Kil Kil Turba (Peat) >5.0?? ERTAN BOL 23

24 u (kpa) Çok KİL Gevşek SİLT JONES ve RUST (1982) Koninin ilerleyişi sırasında gelişen boşluk suyu basıncını ölçebilen piyezokoni kullanmışlardır. Şekil net koni uç direncine karşılık boşluk suyu basıncına göre çizilmiştir. Kart iri daneli zeminlerin sıkılığını ve ince daneli zeminlerin de kıvamını göstermesinden dolayı ilginçtir. SİLTLİ KUM Gevşek Orta Sıkı SİLT KUM SİLTLİ KUM Çok Sıkı -200 KİL q c - vo (MPa) Sıkı Bununla birlikte çok yumuşak killerin de yüksek negatif boşluk suyu basınçları gösterebilmesinden dolayı şekil simetrik olarak çıkmıştır.vermeulen and Rust (1995) çok sayıda veriyi grafiğin eksenlerinde ufak değişiklikler yaparak bu kartta göstermiştir. ROBERTSON et al. (1986) Robertson et al., (1986) ve Campanella and Robertson (1988) koninin hemen arkasında ölçülen boşluk suyu basınçlarına (u 2 ) göre düzeltilmiş koni uç direncini (q t ) kullanan ilk araştırmacılardır. q t = q c + u 2 (1-a) q t = koninin hemen arkasında ölçülen boşluk suyu basınçlarına (u 2 ) göre düzeltilmiş koni uç direncini q c = ölçülen koni uç direnci u 2 = koninin hemen arkasında ölçülen boşluk suyu basıncı a = koni tabanı ile toplam kesit alanı arasındaki oran ERTAN BOL 24

25 Net Koni Direnci, qt (MPa) Koni Uç Direnci, qt (MPa) ARAZİ DENEYLERİ VE ROBERTSON et al., , 9 OCR 11 10, 11 or D r e 1 OCR 3 1 S t S t Sürtünme Oranı ( % ) Boşluk suy basıncı parametresi, B q Zemin Davramış Tipi 1 Hassas ince daneli 5 Killi silt-siltli kil 9 Kum 2 Organik malzeme 6 Kumlu silt-siltli kum 10 Çakıllı kum-kum 3 Kil 7 Siltli kum-kumlu silt 11 Çok katı ince daneli* 4 Siltli kil-kil 8 Kum-Siltli Kum 12 Kum-Killi kum* * Not: Aşırı konslide veya çimentolu Robertson, P. K., Campanella, R. G., Gillespie, D., and Grieg, J., Use of piezometer cone data. Proceedings of American Society of Civil Engineers, ASCE, In-Situ 86 Specialty Conference, Edited by S. Clemence, Blacksburg, June 23-25, Geotechnical Special Publication GSP No. 6, pp SENNESET et al., (1989) Araştırıcılar eksenlerinde düzeltilmiş koni uç direnci ile Bq nun bulunduğu bir grafik önermişlerdir. Yalnız bu grafikte max koni uç direnci 16 MPa ile sınırlandırılmıştır. Katı, sıkı ve yumuşak gibi terimlerle zeminin sıkılığı ve kıvamı hakkında bilgiler vermektedir. ERTAN BOL 25

26 ESLAMI ve FELLENIUS (1996) Efektif boşluk basıncı oranı (B E ) nı önermişlerdir. Araştırıcılar kumlu ve siltli zeminlerde B E nin kullanılmasıyla, ortamın sıvılaşma potansiyeli, aşırı konsolidasyon oranı ve sıkışabilirliği hakkında daha yararlı bilgiler alınabileceğini ileri sürmüşlerdir. ROBERTSON (1990) Araştırıcı 1986 yapılan çalışmayı tekrar değerlendirmişlerdir. Geliştirdikleri grafikte normalize edilmiş sürtünme direncine karşılık normalize edilmiş uç direnci bulunmaktadır daki çalışmaya benzer olarak boşluk suyu basıncı oranına (B q ) karşılık normalize edilmiş koni direnci grafiğini de modifiye etmişlerdir. B q = Boşluk basıncı oranı u 2 = Koni arkasında ölçülen boşuk suyu basıncı u 0 = Boşluk suyu basıncı (in-situ) q t = Boşuk suyuna göre düzeltilmiş koni uç direnci σ v = Toplam gerilme ERTAN BOL 26

27 Qt ROBERTSON (1990) Normalize edimiş koni uç ve sürtünme direnci: Qt= Fr= x100 q t = Boşuk suyuna göre düzeltilmiş koni uç direnci σ v = toplam gerime σ' v = efektif gerime (q t - σ v ) = net koni direnci f s = sürtünme direnci ROBERTSON (1990) SINIFLAMA KARTI Ic: F (%) Bölge Sınıf 1 Hassas, İnce daneli zeminler 2 Organik Zeminler ve Turba 3 Killer [KilSiltli Kil] 4 Silt Karışımları [Siltli KilKilli Silt] 5 Kum Karışımları [Kumlu SiltSiltli Kum] veya Çimentolu Kum 6 Kum [Siltli KumTemiz Kum] 7 KumÇakıllı Kum 8 Kum-Killi KumÇok Sıkı Kum 9 Çok Katı, İnce Daneli, Aşırı Konsolide Q =(q - ) / t t vo vo F = f / (q - ) 100 r s t vo ERTAN BOL 27

28 Qt ARAZİ DENEYLERİ VE ROBERTSON (1990) Robertson Qt-Bq grafiği (modifiye edilmiş) OCR 3 St Bq ERTAN BOL 28

29 ESLAMI ve FELLENIUS (1997) Kazık dizaynı için yapılan koni penetrasyon deneylerinden elde edien verileri kullanarak bir zemin profili metodu geliştirmişerdir. 18 kaynak rapordan elde edilen, 5 ülkede 20 ayrı sitede gerçekeştirilen; CPT, CPTU, sondaj ve laboratuvar deneyi verilerini kullanmışlardır. Verilerin yaklaşık yarısı piyezokoni (CPTU) olarak gerçekleştirilmiş ve boşuk suyu basıncı (u 2 ) ölçümleri bulunmaktadır. CPTU olmayan verilerin kum olan kısımlarında u 2 değerleri doğal boşluk suyu (u 0 ) basıncına eşittir kabulu yapılmıştır. ESLAMI ve FELLENIUS (1997) SINIFLAMA KARTI 1) Sensitive and Collapsible Clay and/or Silt 2) Clay and/or Silt 3) Silty Clay and/or Clayey Silt 4) Sandy Silt and/or Silty Sand 5) Sand and/or Sandy Gravel q E = (q t - u 2 ) q E = efektif koni uç direnci q t = Koni arkasında ölçülen boşuk suyu basıncına göre düzeltilmiş koni uç direnci u 2 = Koni arkasında ölçülen boşuk suyu basıncı ERTAN BOL 29

30 Zemin davranış tipi sınırları Zemin Davranış Tipi Bölge Ic (Robertson ve Wride, 1998 ) Ic (Kun Li ve diğ., 2007) Ic (Been ve Jefferies, 1992) Organik Zeminler-Turba 2 >3.60 >3.22 >3.22 Killer:Siltli Kil-Kil Silt Karışımları: Killi Silt-Siltli Kil Kum Karışımları: Siltli Kum-Kumlu Silt Kumlar: Temiz Kum-Siltli Kum Çakıllı Kum-Sıkı Kum 7 <1.31 <1.25 <1.25 Farklı araştırmacılara göre Ic formüllleri Araştırmacılar Jefferies ve Davies (1991) Been ve Jefferies (1992) Robertson ve Wride (1998) Juang ve diğ. (2003) Kun Li ve diğ. (2007) Bol ve diğ. (2007) Ic 3 log Q1 Bq log F log Q1 Bq log F log Q 1.22 log F log q 1.22 log F 3.25 log Q1 Bq 1.51 log F F 3 log Q 1 m log 1 m cn ERTAN BOL 30

31 Depth (m) CPTU İLE ZEMİN SINIFLANDIRILMASI (Bol, 2013) Bölge I c Zemin Sınıfı (TS1500/2000) 1 I c <1.4 SP veya Çakıllar < I c <1.8 SW-SM veya SP-SM < I c <2.45 SM veya ML < I c <2.9 CL veya ML < I c <3.48 CI MI veya CL < I c <4 CH veya CI 7 I c >4.00 CH log log / Ic Q i F i TİPİK CPT SONUÇLARI Tip resistance q c (MPa) q ca 5 1 Sleeve friction f s (MPa) f sa1 5 Friction ratio R f (%) q ca 2 10 f sa q ca f sa q ca f sa q ca 5 q ca f sa5 f sa ERTAN BOL 31

32 CPT İLE ZEMİN SINIFLANDIRILMASI Robertson, 1990 Bol ve diğ., 2003 Robertson 1990 a göre zemin cinsleri Bölge Zemin Cinsi Bölge Zemin Cinsi 1 Hassas ince daneli 6 Kumlar; temiz kum siltli kum 2 Organik zemin turba 7 Çakıllı kum kum 3 Killer; kil siltli kil 8 Çok sıkı kum killi kum 4 Siltli karışımlar; killi silt siltli kil 9 Çok sert ince daneli 5 Kumlu karışımlar; siltli kum kumlu silt SONDAJ ve CPT LOGU ERTAN BOL 32

33 SPT-N ile CPT arasındaki ilişki SPTN-CPT Jefferies and Davies (1993) 60 qt pa Ic 8.51 N 4.6 Ic < 4.06 uygulanabilir I c : Zemin davranış indeksi q t : q c + u 2 (1-a) Düzeltilmiş koni uç direnci P a : Referans basınç q t kpa 100 kpa q t MPa 0.1 MPa ERTAN BOL 33

34 CPT-Drenajsız Kayma Direnci Toplam koni direncine göre s s u u q c t N k q N kt v0 v0 q t : q c + u 2 (1-a) Düzeltilmiş koni uç direnci v : Toplam gerilme N k : 6-29 (Koni Faktörü) N kt : (Koni Faktörü) Adapazarı zeminleri için N k ve N kt koni faktörleri Akın ÖNALP, Ertan BOL, Nazile URAL, Estimation of Undrained Shear Strength from Cone Tip Resistance in Clayey Soils, Seventh International Congress on Advances in Civil Engineering, October11-13, 2006 Yildiz Technical University, Istanbul, Turkey ERTAN BOL 34

35 CPT-Drenajsız Kayma Direnci Efektif koni direncine göre s u q N e ke qt u N ke 2 u 2 : Koni arkasında ölçülen boşluk suyu basıncı q t : q c + u 2 (1-a) Düzeltilmiş koni uç direnci N ke : 9±3, Senneset et al. (1928), (Efektif Koni Faktörü) Adapazarı zeminleri için N ke koni faktörü Akın ÖNALP, Ertan BOL, Nazile URAL, Estimation of Undrained Shear Strength from Cone Tip Resistance in Clayey Soils, Seventh International Congress on Advances in Civil Engineering, October11-13, 2006 Yildiz Technical University, Istanbul, Turkey ERTAN BOL 35

36 CPT-Drenajsız Kayma Direnci Aşırı boşluk suyu basıncına göre s u u N u Δu u - u 2 0 u 2 : Koni arkasında ölçülen boşluk suyu basıncı u 0 : Statik boşluk suyu basıncı N u : 2-20, (Aşırı buşluk suyu basıncına göre Koni Faktörü) N u 18.6 B Ricceri et al. (2002) q 0.13 ( r ) Adapazarı zeminleri için N u koni faktörü N u B q ( r ) Akın ÖNALP, Ertan BOL, Nazile URAL, Estimation of Undrained Shear Strength from Cone Tip Resistance in Clayey Soils, Seventh International Congress on Advances in Civil Engineering, October11-13, 2006 Yildiz Technical University, Istanbul, Turkey ERTAN BOL 36

37 CPT-Drenajsız Kayma Direnci Dane karakteristiğine göre s u ( qc 1N N cs ) cs N cs : 1-2 Akın ÖNALP, Ertan BOL, Nazile URAL, Estimation of Undrained Shear Strength from Cone Tip Resistance in Clayey Soils, Seventh International Congress on Advances in Civil Engineering, October11-13, 2006 Yildiz Technical University, Istanbul, Turkey CPT-Drenajsız Kayma Direnci Dane karakteristiğine göre ERTAN BOL 37

38 Soil Sensivity q t : q c + u 2 (1-a) Düzeltilmiş koni uç direnci v : Toplam gerilme N kt : (Koni Faktörü) f s : Sürtünme direnci F r : f s / (q t vo ), Normalize edilmiş sürtünme oranı, Gerilme Tarihçesi-Aşırı Konsolidasyon OCR k= q t : q c + u 2 (1-a) Düzeltilmiş koni uç direnci Q t : (q t σ vo ) / σ' vo Normalize edilmiş koni uç direnci, ERTAN BOL 38

39 SÜRTÜNME DİRENCİ f Q t : (q t σ vo ) / σ' vo Normalize edilmiş koni uç direnci, SÜRTÜNME DİRENCİ f Robertson and Campanella, 1983 ERTAN BOL 39

40 Bağıl Yoğunluk (Relative Density, D r ) Baldi et al. (1986) C 0 =15.7 ve C 2 =2.41, zemin sabitleri σ' vo = efektif düşey gerilme q c1 = (q c / p a ) / (σ' vo /p a ) 0.5, örtü yüküne göre normalize edilmiş CPT direnci p a = referans basınç (q c ve σ' vo : kpa 100kPa) q c = Koni penetrasyon direnci ( q t daha gerçekçi) CPT Deneyi ile Kazık Taşıma Gücünün Belirlenmesi Q ult = Q tip + Q shaft f Şaft sürtünme kapasitesi, Q shaft = f. A s Uç direnç kapasitesi, q t Q tip = q t. A t ERTAN BOL 40

41 KAZIKTA ZEMİN KESİTİ KAZIK KAPASİTESİ ERTAN BOL 41

42 Penetrasyon dolayısı ile oluşan aşırı boşluk suyu basıncının, u, zamana bağlı dağılımı (sönümlenme) u c h = yatay konsolidasyon katsayısı k h = yatay hidrolik kondüktivite u 2 log Zaman (After Paul Mayne) SÖNÜMLENME DENEYİ (dissipation test) Boşluk suyu basınçlarının ölçülebildiği CPTU testi uygulamasında, penetrasyon sırasında, koni etrafında fazla boşluk suyu basınçları oluşacaktır. Bir sönümlenme deneyi, istenilen derinlikte, penetrasyonun durdurulmasının ardından oluşan boşluk suyu basınçlarının zamana bağlı olarak dağılmasının ölçülmüyle yapılır. Sönümlenme süreci, kullanılan filtrede (u 1, u 2 veya u 3 ) ölçülen boşluk suyu basınçlarında herhangi bir değişim gözlenmediği anda (hidrostatik su basıncı düzeyindeki değere eşitlendiği anda) son bulur. Kısaca sönümlenme deneyi: penetrasyon sırasında oluşan boşluk suyu basınçlarının zamana bağlı olarak dağılmasının ölçümüyle yapılır. ERTAN BOL 42

43 (kpa veya MPa) TEKDÜZE SÖNÜMLENME (monotonic dissipation) u 3 Boşluk suyu basıncı, u 2 Hidrostatik su basıncı, u o Zaman (log) Hidrostatik su basıncı, u o Zaman (log) f s q c u 1 u 2 Bu tip sönümlenmede eğri zamana bağlı olarak devamlı bir azalma sunmakta ve hidrostatik su basıncı seviyesine kadar kararlı olarak yönelmektedir. Literatürde; u 1 ve u 2 nin yumuşak killerde zamana bağlı olarak her zaman bir azalım gösterdiği belirtilmektedir. ERTAN BOL 43

44 (kpa veya MPa) (kpa veya MPa) TEKDÜZE SÖNÜMLENME (monotonic dissipation) u 3 Boşluk suyu basıncı, u 2 Hidrostatik su basıncı, u o f s u 1 u 2 Log (zaman) q c Bu tip sönümlenmede eğri zamana bağlı olarak devamlı bir azalma sunmakta ve hidrostatik su basıncı seviyesine kadar kararlı olarak yönelmektedir. Literatürde; u 1 ve u 2 nin yumuşak killerde zamana bağlı olarak her zaman bir azalım gösterdiği belirtilmektedir. GENLEŞME (KABARMA)SÖNÜMLENMESİ (dilatory dissipation) u 3 Boşluk suyu basıncı, u 2 Hidrostatik su basıncı, u o f s u 1 u 2 Log (zaman) Birçok aşırı konsolide kil ve fissürlü ortamda sönümlenme deneyinde u da başlangıçta zamanla bir artış olmakta ve bir peak değere ulaşmaktadır, ancak sönümlenmenin ileri safhalarında u zamanla azalmakta ve statik su seviyesine doğru yönelmektedir. Bu davranış kabarmanın (dilation) bir sonucu olduğundan bu tip sönümlenmeye kabarma sönümlenmesi denmektedir. Literatür: Bu durumda t 50 tayini kesin olmadığından konsolidasyon katsayısının hesaplanması bu tip sönümlemelerde pek mümkün olmamaktadır. q c ERTAN BOL 44

45 u 3 NL Kil PENETRASYON SIRASINDA KONİ ETRAFINDA OLUŞAN BOŞLUK SUYU BASINÇLARININ DAĞILIMI Hafif OC Hassas Kil Taranto Kili Yüksek OC Kil u 2 u 1 < 8m Londra Kili > 8m < 12m OCR20 Taranto Kili > 12m OCR30 u u / u o u = u o Sıkı Silt (dilative) Taranto Kili - Çimentolu (CaCO3) (İtalya) Londra Kili - Katı, çimentosuz, fissürlü u 2 Gevşek Silt (sıkışabilir) Sıkı İnce Kum u 1 Gevşek İnce Kum Silt 0 5 u / u o (after Robertson et al., 1986) ARAZİ SÖNÜMLENME EĞRİSİ Deney derinliği= 5.83 metre, YASS=1.10m, uo=46.40 kpa u o = 46.4 u2 (kpa) 20 zaman (sn) CTYG01 Deney derinliği (h) YASS Su Yükü ( ) u o ( 4.73x9.81) :5.83 m :1.10 m :4.73 m :46.4 kpa Arazi sönümlenme eğrisi yattığı anda bu su yükünü okuyorsak deney sorunsuz ve sonuna kadar sürdürülmüş demektir. ERTAN BOL 45

46 U U U SÖNÜMLENME ORANI (degree of dissipation) Bazen tüm zeminler için sönümlenmenin belirli bir periyodu (fixed period of dissipation) kullanılır, bazen de deneye önceden belirlenmiş bir sönümlenme oranına (U, degree of dissipation) ulaşılıncaya kadar devam edilir. u u t o U u i u o u t : zamanında boşluk suyu basıncı u o : arazide dengedeki boşluk suyu basıncı(equilibrium pore pressure in situ) u i : Sönümlenme deneyi başlangıcındaki boşluk suyu basıncı Standart uygulamalarda, deneye genellikle sönümlenme oranının (U) en az yüzde elliye ulaştığı zamana (U=%50) kadar devam edilir. U-t grafiğinin değişik eksenlerde gösterimi ARİTMETİK (t) LOGARİTMİK (t) 1.0 STYG01 (5.83 m) 1.0 STYG01 (5.83 m) zaman (t) log (t) KAREKÖK (t) STYG01 (5.83 m) karekök (t) ERTAN BOL 46

47 1-U U ( % ) 1-U 1-U KONSOLİDASYONDENEYİNDE U-Tv GRAFİĞİ Tv U(%) Tv (1-U)-t grafiğinin değişik eksenlerde gösterimi ARİTMETİK (t) STYG01 (5.83 m) zaman (t) LOGARİTMİK (t) STYG01 (5.83 m) log (t) KAREKÖK (t) STYG01 (5.83 m) karekök (t) ERTAN BOL 47

48 CPT de SİSMİK UYGULAMA Schematic of Seismic CPT (SCPT) ERTAN BOL 48

49 Amplitude Amplitude Time (ms) Downhole Shear Waves Left Strike Right Strike CROSSOVER Method Time (ms) Maximum crosscorrelation at t = 6.75 ms Shear wave velocity = 155 m/s Time shift (ms) Shear Wave at 8.15 m Shear Wave at 9.20 m CROSSCORRELATION ERTAN BOL 49

50 Depth (m) Seismic Cone Penetrometer Data School of Civil and Environmental Engineering Sounding performed for research Georgia Institute of Technology Date: 9/13/99 ConeType: Hogentogler 10-ton Test Site: Farm Truck: GT Geostar GWT: 2.0 m Filter: Type 2 Location: Sod Charleston, SCFarm, Test Charleston, No: sodfm1 Review: Paul Mayne SC Supervisor: Ken Thomas N - 32 o ' W - 80 o 8.494' ASTM: D 5778 Operators: Tom Casey Alec McGillivray qt (MPa) fs (kpa) U 2, U 0 (kpa) Vs (m/s) SONDAJ+CPT ERTAN BOL 50

51 Vision Koni Penetrasyon (VisCPT) Kısmi Doygun Kum Siltli İnce Kum Doygun Kum Siltli Kil Siltli Kum Silt Additional Sensors/Modules Since the introduction of the electric cone in the early 1960 s, many additional sensors have been added to the cone, such as; Temperature Geophones (seismic wave velocity) Pressuremeter Camera (visible light) Radioisotope (gamma/neutron) Electrical resistivity/conductivity Dielectric ph Oxygen exchange (redox) Laser/ultraviolet induced fluorescence Membrane interface probe (MIP) ERTAN BOL 51

52 CPT ile SIVILAŞMA TAYİNİ ÇEVRİMSEL KAYMA GERİLMESİ YÖNTEMİ Seed ve Idriss. (1971) deprem yüklemeleri sırasında oluşan çevrimsel sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesi için genel kabul gören bir metodoloji geliştirmişlerdir (1). Bu yöntemde; bir dizayn depremi tarafından oluşturulan çevrimsel kayma gerilmesi profilinin cyclic stres ratio (CSR) ve zeminin çevrimsel direnç oranının cyclic resistance ratio tahmin edilmesi gerekmektedir. Eğer CSR, CRR dan büyük ise çevrimsel sıvılaşma meydana gelebilir. ERTAN BOL 52

53 ÇEVRİMSEL GERİLME ORANI, CSR cyclic stress ratio CSR t a av max vo 0.65 r ' ' d vo g vo t av : Ortalama çevrimsel kesme gerilmesi a max : zemin yüzeyinde maksimum yatay ivme g : yerçekimi ivmesi 9.81m/s 2 ; σvo : toplam gerilme σ'vo : efektif gerilme r d :derinliğe bağlı gerilme azaltma faktörüdür r d, gerilme azaltma faktörü r d nin tahmini için değişik araştırmacıların sunduğu bazı formülasyonlar bulunmaktadır. Seed ve Idriss (1971) aşağıdaki basit bağıntıları önermiştir eğer z 9.15m r z d eğer z m r z d ERTAN BOL 53

54 ÇEVRİMSEL DİRENÇ ORANI, CRR cyclic resistance ratio Seed ve diğ. (1985) standart penetrasyon deneyi (SPT) ile temiz kumlarda CRR ı tahmin eden bir metot geliştirmişlerdir. Son yıllarda ise CPT kesintisiz okuma alması, güvenilirlik ve tekrar edilebilirliğinin yüksek olmasından dolayı CRR ı tahmin etmede daha popüler olmuştur. Robertson & Wride, 1998 Limiting shear strain 160 ERTAN BOL 54

55 Temiz kumlar için çevrimsel direnç oranı (CRR) eğer qc 1N cs 50< qc1n 160 CRR cs qc 1N cs eğer q c1n <50 CRR cs (q c1n ) cs normalleştirilmiş eş temiz kum penetrasyon direncidir q K q c1n cs c c1n K c zeminin dane karakteristiğini ifade eden bir düzeltme faktörüdür ZEMİN DAVRANIŞ TİPİ İNDEKSİ Robertson ve Wride (1998) Kc nin tahmini için Robertson (1990) tarafından önerilen zemin davranış kartının ve zemin davranış tipi indeksinin (Ic) kullanılmasını önermişlerdir 3.47 log 1.22 log 2 2 Ic Q F ERTAN BOL 55

56 Q ve F q c vo Pa Qqc 1 N ' Pa 2 vo normalleştirilmiş CPT penetrasyon direncidir ve boyutsuzdur fs F 100 q c v0 yüzde cinsinden normalleştirilmiş sürtünme oranıdır n Robertson (2004) n değerinin ilk önce n=1 alınarak Q ve F in tayininden sonra bir Ic değerinin elde edilmesini ve buna göre de aşağıdaki yöntemin kullanılabileceğini söylemiştir: eğer eğer eğer I I c c 1.64 n n I 3.30 n I c c K =1.0 c eğer I 1.64 c K 0.403I 5.581I 21.63I 33.75I eğer I > c c c c c c CRR 7.5 FS CSR MSF 174 MSF deprem büyüklüğü ölçek faktörü M 2.56 ERTAN BOL 56

57 İNCE DANELİ ZEMİNLERDE CPT İLE SIVILAŞMA TAYİNİ Ic>2.6 Çok fazla kil içeriği var, sıvılaşmaz 2.4>Ic>2.6 %20-50 arasında kil zemin ERTAN BOL 57