TEMEL TASARIMI VE GEOTEKNİK PARAMETRELER PROF. DR. MEHMET BERİLGEN

Transkript

1 TEMEL TASARIMI VE GEOTEKNİK PARAMETRELER PROF. DR. MEHMET BERİLGEN

2 İÇERİK 1. Giriş 2. Temel tipleri 3. Yüzeysel Temeller 4. Kazıklı Temeller 5. Depremde taşıma gücü kaybı 6. Depremde zemin yapı etkileşimi 7. Zemin Etüt Raporları

3 Sağlam Kaya TEMELLER Çok büyük konsantre ağırlık Küçük yük Büyük yayılı yük Yumuşak Kil Sıkı Kum

4 TEMELLER a. Yüzeysel Temeller Tekil Temeller Sürekli Temeller Birleşik Temeller Radye Temeller b. Derin Temeller Kazıklı Temeller Ayak Temeller Keson Temeller 4

5 TEMEL DAVRANIŞI VE TASARIMI Q q a q u q q q= Q BxL q q a B Oturma q a = q u F s F s =2.5~3

6 YATAK KATSAYISI KAVRAMI

7 TEMEL GÖÇME MEKANIZMALARI (VESIC,1973) Yük/birim alan, q Sıkı kum ve rijit kohezyonlu zemin Göçme yüzeyi Oturma Yük/birim alan, q Orta sıkı kum ve orta rijit kil Göçme yüzeyi Oturma Yük/birim alan, q Göçme yüzeyi Yüzey temeli Gevşek kum ve yumuşak zemin Oturma

8 NET TAŞIMA GÜCÜ KAVRAMI Q B L ( D D ) D z f c b c q u z z b alınırsa Q B L q u D z f D f = q olup q u q = q net net taşıma gücü diye adlandırılır. Üst yapı yüklerinin yarattığı zemin gerilmelerini net taşıma gücü ile karşılaştırmak yeterli olmaktadır

9 TAŞIMA GÜCÜNDE GÜVENLIK KAVRAMI Güvenlik sayısının uygulanmasında genelde iki yol izlenmektedir : Nihai taşıma gücü veya net taşıma gücününün bir güvenlik sayısına bölünmesi. Yapı temellerinde kohezyonsuz zeminlerde sıkılık ve olası göçmenin etkisine bağlı olarak 2 5, kohezyonlu zeminlerde 3 6 arasında değer uygulanmaktadır. Zemin parametrelerinin pik değerlerinin güvenlik sayıları ile azaltılarak taşıma gücü eşitliklerinde kullanılması d tg Arctg ( ) FS 2 c d c FS 1 Burada c ve pik, c d ve d güvenli kayma dayanımı parametreleri FS 1 ve FS 2 sırasıyla ve alınması önerilen güvenlik sayılarıdır.

10 TEMEL DERINLIĞINI BELIRLEYEN ETKENLER Don derinliği Büzülme şişme Komşu yapıların temelleri Köprü ve duvar temellerinde olası oyulma Kanalizasyon deşarj bölgeleri, çöp sahaları ve bataklık sularının suladığı alanlarda betonarme donatısında korozyon Kum zeminlerde su ve rüzgar erozyonu

11 TEMEL TASARIMIN ETKILEYEN DIĞER HUSUSLAR YASS nin yüksek olduğu gevşek kum-silt zeminlerde sıvılaşma potansiyeli, Yumuşak kil ve silt formasyonlarında düşük taşıma gücü ve yüksek oturma beklenir Aşırı konsolide killi zeminler çoğu kez büzülme çatlakları ve eklemleri içerdiğinden kayma direncinin saptanmasında dikkate edilmelidir. Yüzeysel temelin şevin içinde veya gerisinde olması durumunda düz zemin koşullarına göre daha az taşıma gücü olacağı unutulmamalıdır.

12 TRANSCONA BUĞDAY SILOSU, KANADA (18 EKIM 1913) 12 Temelin batı kenarı 7.32 m batmış

13 YÜZEYSEL TEMELLERIN TAŞIMA GÜCÜ Sürşarj Aktif zon Radyal zon Pasif zon Terzaghi Taşıma Gücü Teorisi Göçme Modeli Mayıs 18 13

14 GENEL TAŞIMA GÜCÜ DENKLEMI q u c N c F cs F cd F ci q N q F qs F qd F qi 1 2 B N F s F d F i F cs, F qs, F s = Şekil Faktörleri F cd, F qd, F d = Derinlik faktörleri F ci, F qi, F i = Yük Eğim Faktörleri N c, N q, N = Taşıma Gücü faktörleri B = Temel Genişliği q = Df= Temel Taban Seviyesinde Sürşarj Yükü Zeminin Birim Hacim Ağırlığı (YASS altında A ) 14

15 ŞEKIL FAKTÖRLERI (DE BEER, 1970) F cs F qs 1 1 ( 0.4( B L B L ) ) tan 1 ( B L )( N N q c ) 15

16 DERINLIK FAKTÖRLERI Df / B 1 için Df / B>1 için F cd F cd F qd F qd F d F d 16

17 EĞIM FAKTÖRLERI Hanna ve Meyerhof, (1983) : F ci F qi ( 1 o 90 2 ) F i 2 17

18 Tablo 1. Taşıma Gücü Faktörleri ( Vesic 1973 ) 18

19 KOHEZYONLU ZEMINLERDE TEMEL TAŞIMA GÜCÜ Kil zeminlerde uzun dönemde drenajlı davranışın geçerli olduğu hallerde kilin efektif kohezyon ve kayma direnci açıları kullanılarak Denklem 1 yardımı ile hesaplanmaktadır. Kısa dönem-drenajsız davranış ( =0) durumunda N q = 1.0 ve N =0 olacağından kilde net taşıma gücü q un : q u =c u N c (1) veya q u = c u N c F cs F cd F ci (2) Denklem (1) kullanıldığında N c faktörünün Skempton (1951) tarafından önerilen Şekil 2 den alınması, Denklem (2) de ise Tablo 1 de verilen N c =5.14 değerinin kullanılması gerekmektedir 19

20 Şekil 2 Skempton N c Taşıma Gücü Faktörü (Craig 1988) 20

21 KOHEZYONLU ZEMINDE SPT DENEYINDEN TAŞIMA GÜCÜ Şekil 2.3. Serbest Basınç Mukavemeti ve Standart Penetrasyon N değeri Arasındaki İlişki (NAVFAC 1982) 21

22 KOHEZYONLU ZEMINDE CPT DENEYINDEN TAŞIMA GÜCÜ c u q c N k p o Şekil 2.4. N k Değerinin Plastisite İndisi Değerine Göre Değişimi (Lunne ve Eide 1976) 22

23 KOHEZYONSUZ ZEMINLERDE TAŞIMA GÜCÜ Kohezyonsuz zeminlere oturan sığ temellerin projelendirilmesinde iki koşul aranmaktadır: Toplam göçmeye karşı emniyetin en az GS= 2.0 olması Oturmaların 25 mm değerini aşmaması Çeşitli boyuttaki temeller üzerinde yapılan ölçümlerden temel genişliği B<1.0 m olması halinde taşıma gücünün kritik olduğu; B> 1.0 m durumunda projelendirmeyi oturmaların kontrol ettiği anlaşılmıştır (Berry ve Reid 1987). Uygulamada temel genişliğinin genellikle 1.0 m nin üzerinde olduğu dikkate alındığında sığ temellerin kum zeminde oturma kriterine göre projelendirilmesi esas alınmalıdır (Peck vd.1974). 23

24 KOHEZYONSUZ ZEMINLERDE SPT VE CPT DENEYLERINDEN TAŞIMA GÜCÜ TAYINI Şekil 2.5. SPT N Değeri ile o Arasındaki İlişki Şekil 2.6. Koni Uç Direnci ile o Açısı Arasındaki İlişki 24

25 YER ALTI SUYUNUN ETKISI Yeraltı suyu seviyesinin temel altından B veya daha derin olması halinde net emniyetli taşıma gücü q nem : q a = 11 N (kpa) Yeraltı suyu seviyesi zemin yüzeyinde olması halinde : q a =0.5x11N (kpa) Yeraltı suyu seviyesinin zemin yüzeyinden D w derinliğinin 0 D w D f +B olması halinde ise: q a = 11 N (kpa) 25

26 DERİN TEMELLER Yüzeye yakın tabakaların yeterli taşıma gücüne sahip olmaması ve/veya oturmaların izin verilebilir sınırların üstünde olacağının beklenilmesi durumunda, düşey yüklerin daha derinlerdeki sağlam tabakalara aktarılması için kullanılan düşey veya az eğimli yapısal elemanlarla taşıtılan temeller. 26

27 KAZIKLI TEMELLER Kazık malzemesine göre sınıflandırma : Çelik Beton Betonarme Ahşap Zemine yer değiştirme durumuna göre sınıflandırma Zemine yer değiştirtmeyen Fore kazık Zemine yer değiştiren Çakma kazık 27

28 DÜŞEY YÜKLÜ KAZIKTA YÜK AKTARMA MEKANIZMASI Kazığa uygulanan yükün zemine aktarılması iki farklı şekilde olur : Çevre sürtünmesi (direnci) Uç direnci 28

29 DÜŞEY YÜKLÜ KAZIK TAŞIMA GÜCÜ Düşey yük altındaki bir kazığın tasarımında taşıma gücü tayini için aşağıdaki yaklaşımlar kullanılır : 1. Statik Eşitlikler (Zemin parametreleri kullanılarak bütün kazık türleri için) 2. Arazi Deneyleri Sonuçlarını Kullanan Ampirik Yaklaşımlar 3. Dinamik Eşitlikler (Çakma kazıklar için) 4. Kazık Yükleme Deneyleri (Statik ve dinamik eşitliklerle hesaplanan değerlerin tahkiki için) 29

30 STATIK EŞITLIKLER ILE DÜŞEY KAZIK TAŞIMA GÜCÜ Niahi Kazık Taşıma Gücü Q u =Q s +Q p Q u = bir kazığın taşıyabileceği maksimum yük Q s = bir kazığın çevresinde taşıyabileceği maksimum yük Q p = bir kazığın ucunda taşıyabileceği yük Güvenli Kazık Taşıma Gücü Q a Q u FS FS= göçmeye karşı güvenlik sayısı 30

31 Kazık Uç Taşıma Gücünün Tahmini q p =cn c* +qn q* +γbn γ * Granüler Zeminlerde Uç Taşıma Gücü Granüler zeminlerde c =0 olduğu düşünülürse bir kazığın ucunda taşınabilecek maksimum kuvvet Q p =q p A p =σ vp N q* A p 31

32 KAZIK UÇ TAŞIMA GÜCÜ q p =cn c* +qn q* +γbn γ * N c*, N q*, N * = Taşıma Gücü faktörleri B = Kazık Taban Genişliği q = Kazık Tabanı Seviyesinde düşey efektif gerilme = Zeminin Birim Hacim Ağırlığı (YASS altında ) 32

33 UÇ TAŞIMA GÜCÜ FAKTÖRLERI Tablo: N q için NAVFAC Önerileri º * N qçakma N qfore ** * kazık yerleştirilmesinde su jeti kullanılıyorsa =28º alınmalıdır ** YASS altında taban temizliği, yakalama kovası veya bailer ile yapılıyorsa =28º alınmalıdır. 33

34 ARAZI DENEYLERI ILE KAZIK TAŞIMA GÜCÜ TAHMINI Standart Penetrasyon Deneyi, (SPT) darbe sayısı N değerlerine bağlı olarak kumlu zeminlerde 40NL q p 400N D Kohezyonsuz siltlerde q p 300N olarak alınması ve fore kazıklarda bu değerin 1/3 ü alınması önerilmektedir. Bir kazık modeli niteliğindeki statik koni deneyi (CPT) sonuçlarının kazık taşıma gücü tahmininde direkt olarak kullanılabileceği Meyerhof (1976) tarafından ileri sürülmektedir. q p = q c 34

35 KOHEZYONLU ZEMINLERDE KAZIK UÇ TAŞIMA GÜCÜ Kohezyonlu zeminlerde inşaat sonrası durum taşıma gücü yönünden daha kritik olduğundan drenajsız durumda u =0 olup Q p =N c *c u A p = 9c u A p =0 durumu için kazıklarda temel derinliği/temel genişliği oranı dörtten büyük olduğu için N=9 kabul edilmektedir (Şekil 2). Büyük çaplı kazıklarda AASHTO (1992) de L N c 6.0(1 0.2 ) 9 D eşitliği önerilmektedir. 35

36 KAZIK ÇEVRE TAŞIMA GÜCÜNÜN TAHMINI Kazıkların yanal yüzeylerinde taşıyabilecekleri maksimum yük genel bir ifade ile Q s =ΣpΔL.f 36

37 KOHEZYONSUZ ZEMINLERDE KAZIK ÇEVRE TAŞIMA GÜCÜ. f=k.σ v.tanδ K=Yanal toprak basıncı katsayısı, δ=zemin-kazık sürtünme açısı Meyerhof (1976) K için aşağıdaki değerleri önermektedir. Fore kazıklar ve su jeti ile yerleştirilen hazır kazıklarda 0.5 Zemine az yer değiştirten kazıklarda 0.5~1.0 Zemini çok yer değiştirten kazıklarda 1.0~2.0 37

38 Ktanδ POULOS-DAVIS ÖNERISI 38

39 KAZIK-ZEMIN SÜRTÜNMESI ÖNERILERI Kazık-zemin sürtünme açısı için diğer iki öneri aşağıda verilmektedir. Kazık Cinsi NAVFAC (1986) ASCE (1993) Çelik 20º (0.67~0.83) Beton 3/4 (0.90~1.00) Ahşap 3/4 (0.80~1.00) 39

40 GRANÜLER ZEMINLERDE ÇEVRE SÜRTÜNMESI IÇIN SPT SONUÇLARI KULLANILMASI Granüler zeminlerde birim çevre sürtünmesinin arazi deneylerine dayalı olarak tahmininde Meyerhof (1976,1983) tarafından önerilen değerler aşağıda verilmektedir. Zemine fazla yer değiştirten çakma kazıklar f 2N 100 (kpa) Zemine az yer değiştirten ve fore kazıklar f N 40 (kpa) Çevrede güvenle taşınacak yük bulunurken min FS=3 alınması önerilmektedir. Burada kazık boyunca ortalama ve gerilmelere göre düzeltilmiş SPT sayısıdır. 40

41 GRANÜLER ZEMINLERDE ÇEVRE SÜRTÜNMESI IÇIN CPT SONUÇLARI KULLANILMASI Meyerhof koni penetrasyon deneyleri ile birim çevre sürtünmesinin Zemine fazla yer değiştirten çakma kazıklar için q c /200 Zemine az yer değiştirten kazıklar için q c /400 alınmasını önermektedir. Ayrıca Meyerhof (1976) koni deneyinde ölçülen çevre sürtünme değerlerinin çakma kazıklar için direkt olarak kullanılabileceğini belirtirken fore kazıklar için bu değerin (0.33~0.5) katının alınabileceğini ileri sürmektedir. Mayıs 18 41

42 KOHEZYONLU ZEMINLERDE KAZIK ÇEVRE TAŞIMA GÜCÜ Killi zeminlerde birim çevre sürtünmesi için değişik öneriler 3 grup altında toplanabilir: λ Yöntemi β Yöntemi α Yöntemi 42

43 Λ YÖNTEMI, VIJAYVERGIA VE FOCHT (1972) Kazık çakılmasının neden olduğu yer değiştirmenin pasif itkinin doğması için yeterli olduğu varsayılarak f av =λ(σ v +2c u ) λ Yöntemi için Değerler (Mc Cleland, 1974) 43

44 YÖNTEMI Buna göre birim sürtünme f= σ v β β=ktan r ile tahmin edilebilir. Burada r, artık-residüel-içsel sürtünme açısı olup, K yanal itki katsayısı ise güvenli bir şekilde Normal konsolide killerde Aşırı konsolide killerde K=1-sin r K=(1-sin r ) ile tahmin edilebilir. Mayıs 18 44

45 α YÖNTEMI f =.C u α için ASCE Önerisi 45

46 KAZIK GRUBU TAŞIMA GÜCÜ Zeminle temas halinde veya açık deniz yapılarında olduğu gibi zeminin üzerinde bir kazık başlığı teşkil edilerek kazıkların birlikte yük taşıması sağlanır. Kazık gruplarının taşıma gücü oldukça karmaşık bir konudur. Kazıkların sık olması halinde zemine aktarılan gerilmelerin çakışacağı ve bu nedenle taşıma gücünün azalacağı söylenebilir. Kazıkların ideal olarak kazık başlıklarının ekonomik olarak çözülebileceği kadar yakın, birbirlerini etkiyip taşıma gücünün düşmeyeceği kadar uzakta olmasına çalışılmalıdır. Ayrıca, killi zeminlerde kazık grupları blok göçmesine karşı tahkik edilmelidir. Bir grup içerisinde tek bir kazığın davranışı komşu kazıkların davranışı ve grubun geometrisinden etkilenmektedir. Bu etkileşime grup etkisi adı vermektedir. Kazık-zemin-kazık etkileşiminin genelde iki bileşeni olduğu düşünülebilir. Yerleştirme etkisi veya mekanik yükleme etkisi. Mayıs 18 46

47 GRANÜLER ZEMINDE KAZIK GRUPLARI Gevşek kumlarda yapılan model deneyler bir çakma kazık grubun taşıma gücünün, tek kazıklar taşıma kapasiteleri toplamına oranı olarak tarif edilecek grup etkinliğinin, daima η g >1 olduğunu ve maksimum değerin s/d (s kazık merkezleri arasındaki uzaklık) oranının 2 için elde edildiğini göstermektedir. Gruptaki kazık sayısı arttıkça grup etkinliğinin arttığı da gözlenmiştir. Sıkı kumlarda ise genel eğilim η g >1 olmakla birlikte O Neill e göre dilatans nedeni ile η g <1 durumu doğabilir. Aynı sonuç fore kazıklar ve su jeti ile yerleştirilen hazır kazıklar için de söz konusudur. Günümüzde alışılagelmiş uygulama kumda çakma kazıklarda güvenli bir varsayımla üst sınır için η g =1 almak, fore kazıklar için η g =0.67 kabul etmek yönündedir. Mayıs 18 47

48 KOHEZYONLU ZEMINLERDE KAZIK GRUPLARI Killi zeminlerde yapılan model deneyler ise grup etkinliğinin <1 olduğunu ve kare gruplarda s/d<2 oldukça blok göçme eğilimini göstermektedir. Günümüzde blok göçme olmadıkça ve çakma sonucu doğan boşluk basıncının sönümlenmesi için yük uygulamasından önce yeterli süre bırakılan hallerde η g =1 almak eğilimi vardır. Vesic (1980), günümüz pratiğinin grup kapasitesini fazla tahmin ettiğini, blok göçmesi olmaksızın kazıkların tek tek zemine gömülmelerini gözlemlediğini belirtmektedir. Tomlinson (1969), blok göçme olasılığının kontrol edilmesi yanı sıra s/d=2 için η g =0.7 alıp s/d=8 için η g =1 e artırılmasını önermektedir. 48

49 GRUP KAZIKLARIN OTURMASI Bir büyük kazık grubunun aynı kazık yüklerinde küçük bir gruba göre, büyük ya da küçük kazık grubunun da tek bir kazığa göre oturmasının daha fazla olduğu pratikte gözlenmektedir. Bu gözlem elastik oturmalar için de konsolidasyon oturmaları için de doğrudur. Killi zeminlerde bir grubun oturmasının zaman, zemin örselenmesi ve ölçek farklılıkları nedeni ile tek kazığın oturmasından hareketle bulunamayacağı açıktır. Bu nedenle kazık grubunun yükü zemine nasıl aktardığı konusunda varsayım yapılmakta ve bu transferin gerçekleştiği yerde fiktif bir temel varsayılarak oturması hesaplanmaktadır. Literatürde aşağıdaki varsayımların kullanıldığı görülmektedir. Mayıs 18 49

50 GRUP KAZIKLARDA OTURMA TAHMINI 1º Kazık boyunun 2/3L aşağısında kazıklarca çevrelenen fiktif bir temel 2º Yüzeyden itibaren 4 düşey 1 yatay açıyla genişleyen ve yine 2/3L de bir fiktif temel 3º Kazıkların ucunda kazıkların çevrelediği fiktif bir temel 4º Kazık ucunda daha geniş alanlı fiktif bir temel Simson ve Menzies (1976), zemine yer değiştirici kazıklarda 1º ve 2º nin daha uygun bir çözüm olacağını zira 3º e göre daha fazla oturma vereceğini belirtmekte ve bunun kazık çakımı ile ilgili örselenmeyi de göz önüne alacağını söylemektedirler. Fore kazıklar özellikle yakın aralıklı ise 3º varsayımı daha gerçekçidir. Granüler zeminlerde killerdekine benzer bir yöntemle oturmaları hesaplamak olanaklı ise de genellikle bu yol izlenmeyip grup oturması tek kazık oturma sonucuna göre belirlenmektedir. Mayıs 18 50

51 DEPREMDE TAŞIMA GÜCÜ KAYBI Bina temelleri taşıma gücüne göre boyutlandırılır. Taşıma gücü azalması(kaybı) temel boyutlarını yetersiz duruma getirerek, yapının yatmasına, dönmesine, göçmesine yol açabilir. Temellerin taşıma gücü zeminin kayma mukavemeti ile doğrudan ilişkilidir. Depremler sırasında killi zeminlerde meydana gelecek drenajsız kayma mukavemetinde azalma, kumlu zeminlerdeki sıvılaşma taşıma gücü kaybına neden olabilir. Mayıs 18 51

52 Mayıs 18 52

53 Mayıs 18 53

54 DINAMIK YÜKLER ALTINDA OTURMA Depremler sırasında ve sonrasında bina temelleri altında ilave oturmalar meydana gelebilir. Rijitlik azalması ani oturmalara yol açabilir. Gevşek kumlarda titreşimler hacimsel şekil değiştirmelere yol açabilir. Titreşimlerin etkisi ile meydana gelen boşluk suyu basınçları ilave konsolidasyon oturmalarına yol açabilir. Mayıs 18 54

55 Mayıs 18 55

56 Adapazarı, 17 Ağustos 1999 Mayıs 18 56

57 BETONARME YAPILARIN DEPREM PERFORMANSI ÜZERİNDE TEMELLERİN ETKİLERİ Temellerin deformasyonu ve hareketi, yapının deprem performansını önemli ölçüde etkileyebilir. Doğrusal olmayan yapısal analiz tekniklerinde, yapı elemanlarının nonlineer yük-deplasman bağıntıları ile modellenmesi durumunda, yapı temellerinin etkilerinin de benzer şekilde dikkate alınması gerekir. Temel elemanlarının davranış parametreleri yapısal ve geoteknik elemanlarının özelliklerine bağımlıdır. Geoteknik elemanlarının modellenmesi yapısal elemanların modellenmesi ile bir çok bakımdan benzerlik gösterir. Geoteknik elemanlar için yük-deplasman ilişkilerinde zeminlerin mukavemet ve rijitlik özelliklerini dikkate almak gerekir; bu bağlamda bazı belirsizlikler ve yaklaşık değerlerin kullanılması söz konusu olabilir Mayıs 18 57

58 DEPREMDE ZEMIN-YAPI ETKILEŞIMI Analiz metodolojisi ve sadeleştirmeler: Esas olarak bir sonlu elemanlar analizinde, sürekli malzeme özellikleri ve yükler noktasal olarak dikkate alınır. Histeretik davranış tekil sonlu elemanların elastik olmayan davranışı içinde dikkate alınabilir. Zemindeki viskoz sönümlenme ihmal edilir Zemin-yapı etkileşiminde kinematik etkiler dikkate alınmaz Bu sınırlayıcı varsayımların yapıların çoğunluğu için güvenli tarafta sonuçlar verdiği yönünde genel bir kanaat vardır. Mayıs 18 58

59 TEMEL SISTEMI VE GLOBAL YAPISAL MODEL Yapısal model temelleri içerecek şekilde oluşturulabilir. Temel rijitliği ve mukavemeti yapının sismik performansını etkiler. Temelin rijit kuvvetli olması her zaman esnek-zayıf olmasından daha iyi olmayabilir-zemin için yumuşak/zayıf özellikler kabulü her zaman yapı için güvenli yönde olmayabilir ( en iyisi belirli bir aralık içinde değerlerin göz önüne alınmasıdır). Şekil 1 Basitleştirilmiş parametrik analizler, yapı ve temel özelliklerinin etkileri konusunda karar vermek için yol gösterici olabilir. Mayıs 18 59

60 TEMELLERIN RIJITLIĞI VE MUKAVEMETININ FARKLI YAPISAL ELEMANLARDA ETKISI Şekil 1 Mayıs 18 60

61 GEOTEKNIK KOŞULLAR Yumuşak/zayıf zeminlerin sismik etkileri büyütmesi (özellikle aşırı deplasmanların ortaya çıkması durumunda) belirlenebilir. Fakat, sert zeminlere sahip sahalarda temel etkilerinin hiçbir zaman problem olmayacağı sonucu çıkarılmamalıdır; örneğin yüksek rijit yatay yük elemanları altında temelin bir ucunun yukarı kalkması ve sallanması (rocking etkisi) engellenemez. Taşıdıkları sabit ve hareketli yük toplamı nihai taşıma gücüne yakın temellerin yapısal davranışı daha çok etkilemesi beklenilir (Eğer mevcut yükler kapasitenin %50-%67 i arasında ise, büyük sismik kuvvetler temelde önemli kalıcı deplasmanlara yol açabilir). Temeller arasında toplam yük/ taşıma gücü oranı arasında önemli farklılıklar olması durumunda, elastik ötesi bölgede yüklerin önemli ölçüde yeniden dağılımı söz konusu olabilir. Aşırı yüklenmiş bir temelin diğerlerinden önce akmaya ulaşması durumunda, yüklerin yeniden dağılımı sonucu yapıda burulma etkileri ortaya çıkabilir. Mayıs 18 61

62 GLOBAL YAPISAL MODELIN OLUŞTURULMASI Yapı mühendisi uygun malzeme özellikleri kullanarak temel sistemini geometrik olarak modelleyebilir. Temelleri global yapısal model içine alırken temeller ile yapı elemanları arasındaki uyuma (koordinasyona) dikkat etmek gerekir. Bu şekilde yapının deprem performansı için önemli davranış özellikleri dikkate alınabilir. Şekil 2 de perde- çerçeveli basit bir yapı için temeller ile birlikte modelleme alternatifleri gösterilmiştir. Mayıs 18 62

63 GLOBAL YAPISAL MODEL ALTERNATIFLERI Gerçek Yapı Şekil 2. BA Perde BA Çerçeve Yüzeysel Temeller Model A Perdelerin sınırlarında eksenel bağlantılı kayma panelleri Kolonlar tabanda mafsallı Taban döşemesi ile temeller eksenel bağlantılı fakat eğilme bağlantısız Model B Perdeler çubuk olarak modellenmiş Çerçeve kolonları tabanda temele ankastre Taban kirişleri temeller arasında eksenel ve eğilme bağlantısı sağlıyor Model C Perdeler çubuk olarak modellenmiş Çerçeve kolonları tabanda temele ankastre Temeller arası eksenel ve eğilme Mayıs 18 63

64 AÇIKLAMALAR Değişik iki boyutlu modeller, sistemin elemanlarını ve yapısal kısımların ( temeller dahil) davranışını modellemek için farklı modellere dayanmaktadır. Bütün modellerde zemin davranışı yay katsayısı ile dikkate alınmıştır. Zemin katsayıları düşey ve dönme rijitliklerini temsil etmektedir. Bazı durumlarda taban döşemeleri ve bağ kirişleri temeller arasında rijit ve kuvvetli yatay bağlantı sağlamaktadır. Bu durumda temelin yatay mukavemeti ve rijitliği (K h ) yoğunlaştırılmış olarak belirli noktalarda dikkate alınabilir. ( Model A ve B de olduğu gibi) Yatay rijitlikleri ve kapasiteleri bağlantı elemanlarınınkini çok aşan temeller için durumu Model C daha iyi temsil etmektedir. Çerçeveli sistemlerde bazen kolonlar temel elemanlarının dönme direncini tam olarak mobilize edecek kadar kuvvetli olmayabilir. Model A da kolon tabanındaki mafsal, bu durumu modellemek için kullanılmıştır. Mayıs 18 64

65 TEMEL MODELLERI Model temel elemanlarının nonlineer özellikleri, zeminin akmaya ulaşması, temelin kayması veya yukarı kalkması olasılıkları yanında, yapısal davranışı da dikkate alabilmeli. Model bir temel elemanının maruz kaldığı etkiler altında yük-deplasman davranışını yansıtabilmeli (Şekil 3). Mayıs 18 65

66 GENEL TEMEL ELEMAN MODELLERI a. Etkiler b. Bağlantısız Eleman Modeli c. Winkler Eleman modeli Şekil 3 Şekil (3b) Sx, Sy, S Zeminin ötelenmeye ve dönmeye karşı rijitliğini ve mukavemetini temsil etmekte Şekil (3c) Winkler Modeli : Plastik kapasiteyi modellemek ve esnek yapısal elemanlarda zemin/yapı etkileşimini dikkate almak için daha uygun olabilir. Mayıs 18 66

67 BIR PERDE ALTINDA ELASTO-PLASTIK TEMEL DAVRANIŞI Yatay hareket düşey ve dönel hareket ile bağlantısız olduğu için gösterilmemiştir. Maksimum dönel direnç ve nonlineer dönel rijitliği temel üzerindeki düşey yükün bir fonksiyonudur. Gözönüne alınan teorik elasto-plastik taban basıncı dağılımı ve zeminin nihai taşıma gücü ile ilişkisi görülmektedir. Mayıs 18 67

68 YÜZEYSEL TEMEL MODELI Mayıs 18 68

69 BASIT DERIN TEMEL MODELI Mayıs 18 69

70 GELIŞMIŞ DERIN TEMEL MODELI Mayıs 18 70

71 ZEMİN ETÜT RAPORLARI (GEOTEKNİK RAPOR) Arazi zemin koşullarını temel zemini niteliği ve yapıların tasarımı ile inşası açısından değerlendirilen raporlar Geoteknik Rapor olarak isimlendirilir. Mayıs 18 71

72 ZEMİN ARAŞTIRMALARI İnşa edilmesi düşünülen yapının altında ve çevresinde bulunan zemin tabakalarını ve onların fiziksel karakteristiklerini tanımlama işlemine genel olarak Zemin araştırmaları veya Zemin etüdü diyoruz 72

73 AMAÇ 1. İnşa olunacak yapı için uygun temel tipi ve derinliğini seçmek 2. Temel taşıma gücünün elde edilmesi 3. Olası oturmaların tahmini 4. Potansiyel temel problemleri (Örneğin şişen, göçebilen zemin, atık dolguları vb) 5. Su tablasının tayini 6. İstinat yapıları için yanal toprak basınçlarının hesabı 7. Değişen zemin koşulları için inşaat yöntemi belirleme 8. İnşa alanı seçimi 73

74 GEREKLI ZEMIN VERILERI: Zemin profili - Tabaka kalınlığı ve zemin tanımı Indeks özellikleri - Su muhtevası, Atterberg limitleri, Birim h.a. vs. Mukavemet ve sıkışabilirlik özellikleri - c, c u,, C c, C r, OCR, Diğerleri (Örn., Y.A.S.S.) 74

75 ZEMIN ARAŞTIRMA PROGRAMI İlk bilgilerin toplanması Arazi gözlemleri Zemin İncelemesi 75

76 İLK BILGILERIN TOPLANMASI Hava fotoğrafları Topoğrapik haritalar Mevcut zemin etüd raporları (komşu sahalar için) Yerel kurumlardan diğer bilgiler, literatür. 76

77 ARAZI GÖZLEMLERI Arazi ziyaret edilir ve yöre halkı ile konuşulur Saha ulaşımı Topoğrafya Saha jeolojisi Komşu yapıların durumu Açıkca görülen problemlerin tespiti? 77

78 ZEMIN İNCELEMESI Arazi sondajlarını planlama Sondaj ve/veya muayene çukuru adeti, yerleri, derinlikleri Alınacak numunelerin sayısı ve derinlikleri Arazide deneyleri Numunelerin taşınması ve saklanması Laboratuar deneyleri Gerekli parametrelerin belirlenmesi Geoteknik (Zemin Etüdü) rapor hazırlanması 78

79 ZEMIN İNCELEME YÖNTEMLERI Muayene çukurları Sondajlar Sondalar Jeofizik yöntemler 79

80 Kepçe Delgi KİL Muayene çukuru 1-2 m genişlik 2-4 m derinlik Sondaj deliği 75 mm çap m derinlik 80

81 ARAŞTIRMA ÇUKURU Görsel incelemeye uygun, tabaka sınırlarını gösteren ve örselenmemiş numuneler için erişime uygun. Çok geniş bir araştırma (muayene) çukuru 81

82 Kil zeminlerde Kil İnce cidarlı tüplerle kil numuneler alınır. (örn. shelby tube) Sondaj deliği Konsolidasyon, üç eksenli deneyler

83 Örselenmemiş Kil Numuneler Laboratuar üç eksenli, konsolidasyon deneyleri için gerekli. İyi kalite numuneler gerekli. A R <10% A R 2 O. D. I. D. 2 I. D. 100 zemin (%) 2 Numune tüpü Alan oranı Cidar kalınlaştıkca, örselenme artar. Taşıma ve nakliyede azami dikkar 83

84 GRANULER ZEMINLER Örselenmemiş numuneler almak çok zor. in situ (yerinde) deneyler yap. Örn., penetrasyon deneyleri Temel tasarımcılarının 80-90% ı penetrasyon deneylerini esas alır 84

85 PENETRASYON DENEYLERI Bir düzenek sokulması sırasında zemin direncinin ölçümü, E GL drill rod 85

86 GENEL IN SITU DENEY AYGITLARI SPT VST PMT CPT DMT Sondaj çukurunda 86

87 SONDAJ LOGU 87

88 5.ZEMİN ETÜD RAPORLARI ( GEOTEKNİK RAPOR ) Arazi zemin koşullarını temel zemini niteliği ve yapıların tasarım ve inşası açısından değerlendirilen raporlar Geoteknik Rapor olarak isimlendirilir. Geoteknik Raporlar aşağıdaki bilgileri içermektedir. 1) Zemin Etüdlerinin Amacı ve Kapsamı 2) Arazi Durumu - Konumu - Topoğrafik durumu - Yüzey bitki örtüsü - Civardaki yapıların durumu 88

89 3) Jeolojik Koşullar - Genel jeolojik yapı - İnşaat alanının jeolojik durumu 4) Arazi Araştırmaları - Sondajların sayısı ve derinlikleri - Araştırma çukurları - Jeofizik araştırmalar - Arazi deneyleri ( SPT, CPT, Presyometre, Yerinde permeabilite..vb) 89

90 5) Arazi Zemin Profili ve Yeraltı Suyu Durumu 6) Laboratuvar Deneyleri 7) Zemin Koşullarının Değerlendirilmesi Zemin Modeli ( Geoteknik Modelleme ) - Basitleştirilmiş zemin profili ve başlıca tabakalar - Arazi ve laboratuvar deneyleri sonuçlarına göre tabakaların geoteknik özellikleri * Mukavemet parametreleri * Birim hacim ağırlıkları * Oturma parametreleri * Deformasyon parametreleri - Olası Bir Deprem Sırasında Zemin Tabakalarının Davranışı * Sıvılaşma olasılığı * Mukavemet ve rijitlik kaybı olasılığı 90

91 8) İnşa Edilecek Yapının Özellikleri - Taşıyıcı sistemi ve açıklıkları - Bodrum ve kat sayıları 9) Temellerin Tasarımına İlişkin Öneriler ve Parametreler - Alternatif temel sistemleri - Tavsiye edilen temel sistemi - Güvenli taşıma gücü ( Zemin emniyet gerilmesi ) - Beklenebilecek oturmalar - Kazıklı sistem önerilmesi durumunda * Önerilen kazık çap ve boyları * Kazık taşıma gücü parametreleri * Yanal yataklanma katsayısı * Statik ve deprem durumu için güvenli taşıma gücü ( Sıvılaşma dikkate alınarak) - Deprem yönetmenliğine uygun yerel zemin sınıfı ve T A, T B değerleri 91

92 10) İnşaat İle İlgili Tavsiyeler - Kazı ve iksa sistemi ile ilgili tavsiyeler - Kazıdan çıkan malzemenin dolguda kullanabilirliği - Drenaj ve yalıtım ile ilgili tavsiyeler 92

93 SON SÖZ Mayıs 18 93

94 Kaynaklar 1) Zemin Mekaniği Kutay ÖZAYDIN, Birsen Yayınevi 2) Yüzeysel Temeller Orhan EROL, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği 5.Ulusal Kongresi, Cilt 3, Sayfa , ODTÜ, ) Derin Temeller Sönmez YILDIRIM ve Kutay ÖZAYDIN, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği 5.Ulusal Kongresi, Cilt 3, Sayfa , ODTÜ, ) Yerel Zemin Koşullarının Deprem Hasarına Etkisi Kutay ÖZAYDIN, İMO İstanbul Şubesi Seminer Notları, ) ATC-40 Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Vol 1, Applied Technology Council, California, A.B.D., Mayıs 18 94