INM 405 Temeller. Yrd.Doç.Dr. İnan KESKİN. Yüzeysel Temellerde Taşıma Gücü; Taşıma Gücü Teorileri. Hafta_4

Transkript

1 Hafta_4 INM 405 Temeller Yüzeysel Temellerde Taşıma Gücü; Taşıma Gücü Teorileri Yrd.Doç.Dr. İnan KESKİN

2 TEMELLER Hafta Konular 1 Ders Amacı-İçeriği, Zemin İnceleme Yöntemleri 2 Arazi Deneyleri 3 Yüzeysel Temeller; Kare/Dikdörtgen Temeller, Daire ve Halka Temeller, Birleşik Temel, Sürekli Temel, Şerit Temel 4 Yüzeysel Temellerde Taşıma Gücü; Taşıma Gücü Teorileri 5 Yüzeysel Temellerde Taşıma Gücü; Arazi Deneyleri ile Taşıma Gücü Hesaplamaları 6 Eksantrik Yüklü Temeller 7 Derin Temeller; Kazıklar 8 Kazıkların Taşıma Gücü; Problem Çözümü 9 Derin Temeller; Ayak ve Keson Temeller 10 Temellerin Oturması; Oturmanın Tanımı, Mekanizması 11 Temellerin Oturması; Problem Çözümleri 12 Temel Zemini İyileştirmeleri 13 Temel Çukuru Güvenliği; Destekli Kazıların Tasarımı 14 Ankarajlar

3 ZEMİNLERİN (TEMELLERİN) TAŞIMA GÜCÜ Bir temeli destekleyen zemin kütlesi üzerinde aşırı baskıya neden olmadan uygulanabilecek basınç zemin taşıma gücü olarak tanımlanmaktadır. Her temel birbirinden bağımsız olarak aşağıdaki iki şartı sağlamalıdır. a. Temelin göçmeye karşı yeter güvenliği bulunmalıdır (taşıma Gücü Şartı) b. Doğması muhtemel maksimum toplam ve farklı oturmalar kabul edilebilecek değerleri geçmemelidir (Oturma Şartı) Bu iki şartı sağlayan basınç veya yük sığ temellerde Zemin (Temel) Emniyet Gerilmesi derin temellerde Emniyetli Yük olarak adlandırılmaktadır.

4 ZEMİNLERİN (TEMELLERİN) TAŞIMA GÜCÜ Temel zemini yenilmesinin tipik örneği Transcosna Grain Elevator Canada (Oct. 18, 1913

5 ZEMİNLERİN (TEMELLERİN) TAŞIMA GÜCÜ Temel boyutlandırma zemin emniyet gerilmesi kavramına göre yapılmaktadır. Bu deyim sanki her zeminin kendisine özgü bir taşıma gücü değeri olduğu izlenimini verse de bu anlam aslında yanlış bir algıdır. Çünkü yüzeysel temelin son taşıma gücü aşağıdaki parametrelere bağlıdır. Zeminin türü ve özellikleri Temelin boyutları Temelin gömülme derinliği Etkiyen moment ve titreşimler Temelin şekli YASS temele göre konumu YASS varsa temelin yapımından ve yüklenmesinden sonra geçen süre Tabanın pürüzlülüğü

6 Taşıma gücü; üst yapının aktardığı yüklerin, temel zemininde yarattığı en yüksek gerilmeyi, bir kayma göçmesi meydana gelmeksizin taşıyabilmesi için temel zemininin sahip olması gereken direnç miktarıdır. Taşıma gücünün belirlenmesi Taşıma gücü teorileri (Terzaghi, Meyerhorf, Hansen vb. Arazi deneyleri SPT, CPT, PMT, PLT Tablolar yardımı ile Taşıma gücü aşılmaksızın yapılan bir yüklemede zeminin oturacağı ve bu oturmanın yapının izin verebileceği oturma miktarını aşabileceği göz önünde tutulmalı bu durum oturma hesapları ile denetlenmelidir.

7 ZEMİNLERİN (TEMELLERİN) TAŞIMA GÜCÜ Bir temelin sıfır dan başlayarak gittikçe artan bir biçimde yüklenmesiyle oluşan taban basıncı nedeniyle oluşan temel oturmasını izlersek aşağıdaki gibi bir şekil ile karşılaşırız. Pasif kama Sığ temel (B X L) (D f ): Aktif kama Makaslama bölgesi General Shear Failure Surface Q; yük, q=q/a; zemine uygulanan basınç, Q sınır ; temelin göçmesine veya temel zemininin kırılmasına neden olan toplam yük

8 Terzaghi Denklemi (1943) Yüzeysel temeller altında göçme mekanizmasının Şekil de görüldüğü gibi gelişeceği düşünülür ve kaydıran kuvvetlerle karşı koyan kuvvetler dengelenerek limit durum için çözüm yapılır. KABULLER, Zemin, homojen, izotrop ve yarım sonsuzdur. AB tabanı tam sürtünmelidir (Pürüzlü taban) Temel tabanı altında ABC zemin üçgen kaması meydana gelir ve bu kama aşağı doğru hareket eder CAB=CBA=ф. CD, CF kırılma yüzey kısımları logaritmik sipiraldir. FGB=FBG=45-ф/2 Kırılma yüzeylerinin temel derinliği (Df) içindeki kısmı ihmal edilir ve bununyerine temel taban düzeyinde sürsaj (ɣ.df) yayılı yükünün etkidiği düşünülür. Zemin ile temel yan yüzeyleri arasında sürtünme olmadığı varsayılır.

9 Terzaghi Denklemi (1943)

10 Terzaghi Taşıma Gücü Teorisi Bazı şekil katsayıları ile Terzaghi taşıma gücü formülü üç boyutlu durumlar için aşağıdaki gibi genelleştirilmiştir. q u net : k 1.c.N c + γ.d f N q + k 2. B. γ. N γ Temel Şekil Katsayıları Dolgu D f B Taşıma gücü formülünde yer alan üç terimin anlamı şu şekildedir: c.nc: Temel zeminindeki kohezyonun taşıma gücüne katkısı. Eğer c = 0 olursa, bu terim yok olur γ.df.nq: Temel tabanı üzerinde yer alan ve temeli çevreleyen sürşarj yükünün taşıma gücüne katkısı. Bu terimde yer alan γ değeri zemin taban seviyesi üzerinde yer alan zeminin birim hacim ağırlığıdır. γ.b.nγ: Temel zemininin içsel sürtünmesinin taşıma gücüne katkısı. Bu terimde yer alan Nγ içsel sürtünme açısının fonksiyonudur. γ değeri temel tabanı altındaki zeminin birim hacim ağırlığıdır.

11 Terzaghi Taşıma Gücü Teorisi Terzaghi modifiye taşıma gücü faktörleri Meyerhof taşıma gücü faktörleri

12 Temel şekil katsayıları Temellerin kırılma yüzey miktarları faklı olup, şekil katsayıları çeşitli biçimdeki temeller için (kara, şerit, daire vb.) faklı olmaktadır. Temel Şekli k 1 k 2 Şerit Kara Daire diktörtgen BB LL BB LL

13 Taşıma gücüne YASS nin etkisi YASS mevcut olması durumunda YASS düzeyine bağlı olarak zeminin b.h.a değeri değişecektir. D f Temel B B Temel taban seviyesi; ɣ=ɣ Temel taban seviyesi ile tabandan itibaren B derinliği arasında ise; ɣ ile ɣ n arsında lineer interpolasyon yada ɣ Temel tabanından B kadar aşağıda yada daha derinde seviyesi; ɣ=ɣ n ɣ = batık birim hacim ağırlık= ɣ =ɣ d -ɣ su

14 Sınır-Emin taşıma gücü Bir temelin üstündeki yükü taşıyabilmesi zeminin limit taşıma direncinin aşılmamasını gerektirir bu değere zeminin sınır taşıma gücü denir. Mühendislik tasarımında temelin, üstündeki yükü belli bir güvenlik sınırı içinde taşıması ön görüldüğündenizin verilebilir taşıma gücü hesaplanmaktadır. qq aa = qq uu /FF

15 TAŞIMA GÜCÜNÜN AŞILMASI Bir temellin taşıma gücü, zeminde göçme olmaksızın (kayma dayanımı aşılmaksızın) zemine aktarabileceği en fazla gerilme olarak tanımlanabilir. Yüzeysel temeller uygulanan yapısal yükleri yüzeye en yakın zemine aktarırlar. Bu sırada zemin ortamında hem basma gerilmesi hem de kayma gerilmesi oluşmaktadır. Bu değerler zemin ortamının tepkisini aşarsa taşıma gücü yenilmesi meydana gelir. Temel zeminin sıkılığı yada sertliğine bağlı olarak başlıca üç tür taşıma gücü yenilmesinden söz edilebilir. Genel kayma (Kesme) Yenilmesi Yerel-Bölgesel Kayma (Kesme) Yenilmesi Zımbalama Kayma (Kesme) Yenilmesi

16 TAŞIMA GÜCÜNÜN AŞILMASI Genel Kayma Göçmesi En yaygın yenilme şeklidir. Belirgin bir pik taşıma gücüne ulaşılmaktadır. Kırılma yüzeyleri belirgin olup, aniden oluşur. Yenilme zemin yüzeyine kadar uzanır yanda kabarma görülür, oturma yük eğrisinde kırılma belirgindir. Nispeten sıkışmaz zeminlerde ve sıkı veya sert zeminlerde meydana gelir. ɸ>35 yada Dr>0.70 Aktif kama III I III I I Pasif kama Temelin heriki tarafında görülmesine rağmen, genellikle temelin tek tarafında temel dönmeleri şeklinde görülür.

17 TAŞIMA GÜCÜNÜN AŞILMASI Yerel Kayma Göçmesi Zemin başlangıç yüzeyi Kırılma yüzeyleri belirgin değildir. Oturma yük eğrisinde kırılma belirgin olmayıp, yanlarda kabarma görülür. Nadiren karşılaşılır. Binalardaki hasar çoğunlukla taşıma gücü göçmesinden değil oturmaların etkisinden kaynaklanır. Temel daha derine batmaya devam eder. Yerel kayma kırılması yumuşak veya gevşek zeminlerde meydana gelir. ɸ<20 0 yada Dr<0.20

18 TAŞIMA GÜCÜNÜN AŞILMASI Zımbalama Göçmesi Bu göçme tipinde kayma yüzeyi zemin yüzeyine ulaşamaz. Temel yanlarda kabarma ve kırılma yüzeyleri oluşturmadan göreceli olarak büyük oturmaya uğrar. Oturma yük eğrisinde yerel kayma kırılmasına benzer kırılma noktası belirgin değildir. Zayıf zeminlerde (D r <30, φ=30 0 ) drenajlı koşullarda ve sıkı kumlar üzerinde yüksek yükler altında görülebilmektedir.

19 TAŞIMA GÜCÜNÜN AŞILMASI Temellerdeki yenilmeye üç yenilme türünden hangisinin etkili olduğu konusuna yandaki grafikle yaklaşımda bulunula bilinir.

20 Depremlerin taşıma gücüne etkisi Depremler zemine dinamik yükler aktarır. Henüz zeminlerin dinamik taşıma gücü konusunda uygulanabilir bir taşıma gücü formülü ortaya konulmamıştır. Depremlerin zeminde yol açtığı en önemli olay sıvılaşma ve oturma problemleridir. (bu konulala ilgili olarak ilerleyen haftalarda uygulama yapılacaktır.)

21 Şeve oturan temeller Böyle temeller için daha küçük taşıma gücü katsayıları kullanılır. b B D f β b<(3-4)b ise şev tarafındaki kırılma yüzeyi şevsiz duruma göre daha kısa olduğu için temellerin sınır veya güvenli yükünde azalma olur.

22 Tabakalı zeminlerde taşıma gücü Çeşitli uygulamalarında yapı temellerinin tabakalı zeminler üzerine inşa edilmesiyle de karşılaşıla bilinmektedir. Bu durumlarda eğer yenilme düzlemi farklı tabakalardan geçiyorsa taşıma gücü analizlerinin farklı tabakalar göz önüne alınarak yapılması gerekmektedir. Tabaka 1 muk. > tabaka 2 muk. Tabaka 1 Tabaka 2 45+ɸ/2 45+ɸ/2 H D f Yenilme tabaka 1 de zımbalama ile başlar tabaka 2 de makaslama ile devam eder. Yeni düzlemin tabaka 1 in altından geçip geçmediğini belirlemek için H derinliğini bilmek gerekir. Eğer yüzeydeki tabakanın kalınlığı H dan az ise taşıma gücü analizinin farklı şekilde belirlenmesi gerekecektir. H derinliği aktif bölgede oluşan üçgen kullanılarak aşağıdaki bağıntıdan hesaplanmaktadır. HH = tttttt BB Tabaka 2 muk. > tabaka 1 muk. Tabaka 1 temelden gelen yükler altında ezilerek yanlara doğru hareket eder.

23 Tabakalı zeminlerde taşıma gücü/c-ɸ zeminler Eğer temel zeminini oluşturan tabakaların mukavemeti bir birinden çok farklı değilse (üst tabakada zımbalama beklenmiyorsa) tabakalı zeminlerin taşıma gücü Bowles 1996 tarafından önerilen yöntem ile belirlenir. Bu yöntemin kullanılması için H > tabaka 1 kalınlığı şartının sağlaması gerekmektedir. Tabakalar için ortalama kohezyon ve içsel sürtünme açısı aşağıdaki gibi hesaplanarak homojen bir zemin varmış gibi çözüm yapılır. HH = tttttt BB oooooooooooooooo = dd HH dd 1 2 HH cc oooooooooooooooo = dd 1 cc 1 + HH dd 1 cc 2 HH 2 d 1 = 1. tabakanın kalınlığı ɸ 1 = 1. tabakanın içsel sürtünme açısı ɸ 2 = 2. tabakanın içsel sürtünme açısı c 1 = 1. tabakanın kohezyonu c 2 = 2. tabakanın kohezyonu

24 Meyerhof Yöntemi Terzaghi yöntemine göre batık temellerde daha iyi sonuç verir Temelin üzerinde kalan zemin, sadece yük oluşturmaz aynı zamanda dayanım da oluşturur. Daha gerçekçi ancak daha karmaşıktır Düşey yük qu = cn c s c d c + qn q s q d q + 0.5γ'BN ɣ s ɣ d ɣ Eğimli yük qu = cn c s c d c i c + qn q s q d q i q + 0.5γ'BN ɣ s ɣ d ɣ i ɣ s, d ve i ; şekil, derinlik ve yük faktörleri NN qq = ee πππππππππ tttttt 2 ( ) NN cc = (NN qq 1)cccccc ) NN γγ = (NN qq 1)tan(1.4 )

25 Hansen Vesic Yöntemi J. Brinch Hansen (1961) (1970) Meyerhorf un önerdiği taşıma gücü eşitliğini temel taban eğimi faktörleri (b) ve zemin yüzü eğim faktörlerini (g) ekleyerek geliştirmiştir. qu = cn c s c d c i c g c b c + qn q s q d q i q g q b q + 0.5g'BNγsγdγiγgγbγ N c, N q Taşıma gücü faktörleri Meyerhof taşıma kapasitesi ile aynı Nɣ ise 1.5 (Nq-1)tanɸ ile bulunur s c,s q,s γ : şekil faktörleri d c,d q,d γ : derinlik faktörleri i c,i q,i γ : yük eğiklik faktörleri g c,g q,g γ : zemin eğiklik faktörleri b c,b q,b γ : temel eğiklik faktörleri

26 Hansen Vesic Yöntemi qu = cn c s c d c i c g c b c + qn q s q d q i q g q b q + 0.5g'BNγsγdγiγgγbγ

27 TABLOLAR YARDIMI İLE TAŞIMA GÜCÜ HESABI Temel altındaki taşıyıcı malzeme Kıvamlılık Müsaade edilebilitr taşıma basınçı qa (kn/m 2 ) qa aralığı Taşıma için tafsiye edilen değer Masif kristalize mağmatik ve metmorfik kayaç Sert, sağlam kayaç Yapraklanmalı metamorfik kayaç (sağlam) Tortul kayaç: sıkı çimentolu Şeyl, Kumtaşı, Silt taşı boşluksuz kireç taşı Ayrışmış ve parçalanmış herhangi bir kayaç( şeyl gibi killi kayaçlar hariç)rqd<25 Sıkı Şeyl veya sağlam şartlarda diğer killi kayaç İyi derecelenmiş ince ve iri taneli zemin karışımı (GW-GC, GC,SC) Orta, sert sağlam kayaç Orta, sert sağlam kayaç Yumuşak kayaç Yumuşak kayaç Çok sıkı Çakıl, çakıl kum karışımı iri çakıl ve çakıl karışımı (GW,GP,SW,SP) İri orta taneli kum az çakıllı kum (SW,SP) İnce orta kum, siltli veya killi orta iri kum (SW,SM,SC) Homojen inorganik olmayan kil, kumlu veya siltli kil (CL,CH) Organik olmayan silt, kumlu veya killi silt Çok sıkı Orta sıkı-sıkı Gevşek Çok sıkı Orta sıkı-sıkı Gevşek Çok sıkı Orta sıkı-sıkı Gevşek Çok katı-sert Orta katı-katı Yumuşak Çok katı-sert