Geoteknik yapıları. Temeller. İksalar. Tüneller

Transkript

1 İçerik Zemin araştırmaları ve arazi deneyleri Sondajlar; zemin numunesi; muayene çukurları; sondaj kuyuları, arazi deneyleri Şev stabilitesi Şev göçmeleri, önleme yöntemleri, şev stabilite analizleri İstinat yapıları Yanal toprak basınçları; istinat yapıları; ön boyutlandırma ve hesap yöntemleri. Palplanşlar ve hesap metodları Sığ ve derin temel sistemleri Temel tipleri ve taşıma gücü hesapları, sığ temellerde taşıma gücünü etkileyen faktörler, uygulamalar. Kazıklı temel tipleri, kazıklı temel tasarımı ve hesap yöntemleri

2 Geoteknik yapıları İksalar Temeller Tüneller

3 Problem zeminler Zemin koşullarını bilmek gerekir

4 Zemin Araştırmaları İnşaa edilmesi planlanan yapının altında ve çevresinde bulunan zemin tabakalarını ve onların fiziksel özelliklerini tanımlama işlemine genel olarak zemin araştırmalarıveya zemin etüdüdenir.

5 Zemin Araştırmalarının Amacı İnşaa olunacak yapı için uygun temel tipinin ve derinliğinin belirlenmesi Temel taşıma gücünün belirlenmesi Olası oturma miktarlarının belirlenmesi için yeterli veri ve laboratuvar deneylerinin yapılabilmesi Yeraltı su seviyesinin belirlenmesi Komşu yapıları inceleyerek potansiyel temel problemlerinin belirlenmesi (örnek: oturmalar, şişen çöken zeminler, mevcut hasarlar gibi) Olası inşaat problemleri ve inşaat yöntemleri belirlenir ( iksa sistemleri, drenaj koşulları, kayaç kazısı, kazı teknikleri vb.) Çevresel problemlerin belirlenmesi ve çözümleri İstinat yapıları için yanal toprak basınçlarının hesabı İnşaa alanı seçimi

6 Gerekli zemin verileri Zemin profili Tabaka kalınlığı ve zemin tanımı İndeks özellikleri Su muhtevası, Atterberg limitleri, Birim h.a. vs. Mukavemet ve sıkışabilirlik özellikleri c, cu, φ, Cc, Cr, OCR, Ve diğer ek bilgiler (Örn., Y.A.S.S.)

7 Zemin Araştırma Programı 1. İlk bilgilerin toplanması 2 Arazi gözlemleri 3. Zemin incelemesi *** 4. Zemin etüd raporlarının hazırlanması

8 1. İlk bilgilerin toplanması Hava fotoğrafları Topografik haritalar Varsa komşu sahalara ait mevcut zemin etüd raporları Yerel kurumlardan temin edilebilecek diğer bilgiler ve literatür

9 2. Arazi gözlemleri Saha ulaşımı Topografya Saha jeolojisi Komşu yapıların durumu Açıkça görülen problemlerin tespiti

10 3. Zemin incelemesi Arazi sondajlarının planlanması Sondaj ve/veya muayene çukuru adeti, yerleri, derinlikleri Alınacak numunelerin sayısı ve derinlikleri Numunelerin taşınması ve saklanması Arazi deneyleri Laboratuvar deneyleri Tasarım için gerekli zemin parametrelerinin belirlenmesi

11 4. Zemin etüd raporu Arazideki zemin özelliklerinin çok açık bir şekilde tanımlanması İnceleme yöntemlerinin anlatılması Zemin profili Deney yöntemleri ve sonuçları Yeraltı su seviyesi Sıradışı beklenmeyen bir zemin koşulunun (varsa) açıklanması Su tutan tabakanın belirtilmesi İnşaat sırasında problem olabileceği düşünülen zemin ve yeraltı suyu durumunun açıklanarak rapora dahil edilmesi gerekmektedir.

12 Zemin inceleme yöntemleri Yüzeyde gözlemlenen zemin ve kayaç özellikleri ile ilgili bilgiler çok önemli olmasına rağmen, tasarım aşamasında geoteknik mühendisleri açısından temel altı zemin koşullarının da bilinmesi çok büyük önem taşımaktadır. Muayene (araştırma) çukurları Sondajlar düşey açılan delikler Çapları ( mm) ve derinlik (2-30m) Sondalar Jeofizik yöntemler

13

14 Muayene (araştırma) çukuru Görsel incelemeye uygun, tabaka sınırlarını gösteren, numune alımına uygun. Çok geniş açılmış bir muayene çukuru

15 Muayene (araştırma) çukuru Tabakalar incelenir YASS belirlenir Sızma durumu araştırılır Numune alınabilir (örselenmiş ve örselenmemiş) Mukavemet testleri yapılabilir Organik zemin, anakaya gibi bilgiler elde edilebilir.

16 Hendekler

17 Araştırma Sondajları Zemin incelemeleri için zemin içerisinde belirli çap ve derinlikte açılan seri düşey deliklerin oluşturulduğu ve en sık kullanılan yöntemlerden biridir. Çap : mm Derinlik : 2-30 m Sığ sondajlar daha basit ekipmanların kullanılmasına imkan verebilirken(el burgusu), derin sondajlarda daha yüksek kapasitelere ulaşmak için motorlu ve taşınabilir ekipmanların kullanılması gerekebilir(römorka bağlı sondaj ekipmanı). Sınırlı kullanım alanı.

18 El burgusu Örselenmiş numune alınır Zemin profili hakkında bilgi edinilir YASS belirlenir Sınırlayıcı yanları: Granüler zeminlerde YASS üzerinde yapılabilir YASS altında killerde yapılabilir Sıkı kum ve sert killerde uygulaması zordur.

19

20 Sondaj makinesi Daha ağır ve motorlu ekipmanlar için kamyona monte edilmiş ekipmanlar kullanılır. 30m derinliğe kadar inilebilir. Kamyona monte edilmiş sondaj ekipmanı

21 Sondaj yöntemleri Öngörülen zemin ve kayaç tipleri için değişik sondaj yöntemleri uygulanır. Sıkı ve sert zeminlerde: Darbeli sondaj (percussion boring) Burgulu sondaj (flight auger or bucket auger) Kendini tutamayan zeminlerde: Muhafaza borusu (casing) teşkili İçi boş burgu ile sondaj yöntemi (hollow stem auger) Kuyunun bentonit çamurla desteklenmesi Yıkamalı dönel sondaj Kayaç yapıları için Karot alma

22 Darbeli sondaj Bu yöntem özellikle sert zemin tabakaları ve kaya yapılarında sondaj yapmak için kullanılan alternatif bir yöntemdir. Ağır kesici uç tekrarlı olarak kaldırılıp düşürülerek sert zemin kesilir. Parçalanan zemin daneleri su dolaşımı ile yüzeye taşınır. Darbeli sondajlarda kılıf gerekebilir.

23 Burgulu sondaj (Auger) Sıkı ve sert zeminlerde: Burgulu sondaj (flight auger or bucket auger) Open hole drilling kendini tutan zeminler Döner kanatlı burguların çapları 75mm ile 300mm arasında değişir. 1m çapında olanları da mevcuttur. Kova tipi burgunun çapı 300mm ile 2m arasında değişiklik göstermektedir. Büyük çaptakiler çoğunlukla fore kazık yapımı için delik oluşturulmak üzere kullanılmaktadırlar. Burgular sondaj deliğinin kuru kaldığı ve herhangi bir destek gerekmediği durumlarda kullanılır. İstenilen derinliklerden numune alınabilir.

24 Kendini tutamayan zeminlerde MUHAFAZA BORUSU TEŞKİLİ: Kuyu duvarlarının kendini tutamaması sonucu göçme veya kuyu çapında daralma gibi durumlarda desteksiz delgi metodları ile çalışmak sorun yaratır. Göçme Yeraltı su seviyesi altında bulunan gevşek kum ve çakıllarda Kuyu çapında azalma suya doygun yumuşak silt ve killerde SONDAJ SIRASINDA KUYU DUVARLARINI TUTACAK YANAL DESTEKLER GEREKLİ OLUR : MUHAFAZA BORUSU: geçici çelik boru Bu yöntem daha çok zemin profilinin üst kısımları problemli olmasında kullanışlıdır.

25 İçi boş burgu ile sondaj Burgunun ortasında gövde dediğimiz çelik boru yeralır. Çelik boru ucunda geçici bir kapak bulunur. Delgi sırasında bu kapak kapalı tutulur. İstenilen derinliğe ulaşıldığında kapak açılarak çelik boru içerisinden numune alıcı indirilerek numune alınabilir. Numune alındıktan sonra kapak tekrar kapanarak delgi işlemine devam edilir. Gövde iç çapı 75mm 150 mm arasında değişir. Göçmenin problem olmadığı durumlarda bile tercih edilmektedir.

26 İçi boş burgu ile sondaj

27 Yıkamalı sondaj Yıkamalı sondaj, sondaj deliği açmak için kullanılan bir diğer yöntemdir. Bu yöntemde, 2-3m uzunluğunda bir kaplama borusu öncelikle zemine çakılır. Daha sonra kaplama borusu içerisindeki zemin tije bağlı kesici uç ile parçalanır. Sondaj çubuğu içerisinden su pompalanarak kesici uçtan çok yüksek bir hızda çıkması sağlanır. Böylece su ve kesilen zemin parçaları açılan sondaj deliğinde yukarı ilerleyerek yüzeye çıkar. Çıkan su ve zemin karışımı bir kapta toplanır. Kaplama borusu delik ilerledikçe uzatılabilir.

28 Yıkamalı dönel sondaj (Rotary wash) Dönel sondaj yönteminde sondaj borusuna bağlı sürekli dönen kesici bir uç zemini keserek ve karıştırıarak sondaj kuyusunda ilerleyerekaçar. Değişiktiplerdekesiciuçlarvardır. Dönelsondaj, kum, kilvekayaçlardakullanılabilir. Yine çamur veya su, sondaj borularından kesici uca pompalanarakkesilenparçalarıyüzeyetaşır mm ile mm arasında değişen çaplarda sondaj delikleriaçılabilir. Çamur(su ve bentonite) karışımı kendini tutamayan sondaj deliklerindekullanılır. Zemin numunesi alınmak istendiği takdirde sondaj borusu çekilerekenumunealıcıkuyuiçerisineindirilir.

29 Sondajların yerleşimi Sondajların yerleşimi, Aralığı ve Derinliği Farklı zemin koşulları için uygun olan ve en sık kullanılan zemin araştırma yöntemlerinden birisi sondaj kuyuları açarak numune alınması ve deney yapılmasıdır. Sondajların yerleşimi ve sayısı : büyük ölçüde yapının şekli ve boyutlarına bağlıdır. Zemin araştırmaları bütçesine Zemin değişkenliğine bağlıdır. İlk önce açılacak olan pilot sondaj kuyularının yerleşimi öyle bir şekilde yapılmalıdır ki, araştırma programının geri kalan kısmı için gerekli en önemli verileri sağlayabilsin. Sondaj aralıkları çok problemli zeminlerde 7-8m ye kadar düşebilirken, uniform zeminler de 150m ye kadar çıkabilmektedir. Sondaj aralık seçiminde katı bir kural yoktur.

30 Kaç adet sondaj çukuru?

33 Sondaj yerleşimi Gerekli zemin araştırma derinliği yapının boyut ve şekillerine ve belirli şartnamelere bağlıdır. Bununla beraber aşağıdaki genel kuralların verilmesinde ve takip edilmesinde fayda vardır: 1. Sondaj derinlikleri seçimi sağlam tabakaya ulaşacak ve tüm elverişsiz zemin tabakalarından geçecek şekilde olmalıdır. Yumuşak zemin tabakaları yüksek dayanıma sahip zemin tabakalarının altında kalıyorsa bunların mutlaka araştırılması gerekmektedir 2. Eğer yapı yumuşak bir zemin tabakası üzerine inşaa edilecekse, sondaj derinliği konsolidasyon oturmalarının ihmal edileceği derinliğe ulaşması gerekmektedir. 3. Anakaya derinliğinin sondajlarla belirlenebilmesi gerekmektedir. Eğer yapı kaya üzerine oturacaksa bu durumda sondajların sağlam kayaya kadar uzatılması gerekmektedir. 4. Verilecek birtakım kurallar farklı tipteki yapılar altındaki araştırma derinliğinin belirlenmesine yardımcı olacaktır.

34 Araştırma derinliği Gerilme değişiminin önemsiz olduğu derinliğe kadar araştırma yapılır.

35 Araştırma derinliği Gerilme değişiminin önemsiz olduğu derinliğe kadar araştırma yapılır. Sondaj deliği yapı temel genişliğinin, B; 1-2 katına kadar uzatılır. Anakaya mevcut değilse, araştırma derinliğinin temel taban seviyesinden itibaren 10m den az olmaması gerekir. De Beer araştırma derinliğinin belirlenmesinde basit bir yaklaşım ortaya koymuştur. Bu yaklaşıma göre, araştırma derinliğinin, yapı yükünden kaynaklı zeminde oluşan ilave düşey gerilmelerin yaklaşık olarak o derinlikteki mevcut jeolojik yükün %10una eşit olduğu derinliğe kadar ilerlemesini önermektedir.

36 Araştırma derinliği De Beer ın önerdiği araştırma derinliği hesabı: Araştırma derinliğinin, yapı yükünden kaynaklı zeminde oluşan ilave düşey gerilmelerin yaklaşık olarak o derinlikteki mevcut jeolojik yükün %10una eşit olduğu derinliğe kadar ilerlemesini önermektedir.

37 Araştırma derinliği Kat sayısı Sondaj derinliği (m)

38 Sondaj aralığı Proje türü Sondaj aralığı (m) Çok katlı yapı Tek katlı endüstri yapısı Karayolları Yaşamsal alanlar Baraj yapıları 40-80

39 Zeminden numune alma Sondajların ve muayene çukurlarının birinci amacı zemini temsil eden numuneler alabilmek. Bu sayede yeraltı zemin profili belirlenir ve laboratuvar deneyleri gerçekleştirilir. Numune tipleri : Örselenmiş numuneler Örselenmemiş numuneler

40 Örselenmiş numuneler Araziden alınan örselenmiş numuneler üzerinde: Dane çapı dağılımı analizi Zemin sınıflandırması Likit ve platik limit Özgül ağırlık Organik malzeme miktarının belirlenmesi gibi laboratuvar deneylerinde kullanılır. Torba numune Kavanoz numune şeklinde olabilir.

41 Örselenmemiş numuneler Araziden alınan örselenmemiş numuneler üzerinde: Konsolidasyon Kayma mukavemeti laboratuvar deneyleri yapılır.

42 Zeminden numune alma Örselenmiş numuneler Split spoon sampler Örselenmemiş numuneler Shelby Tüp Piston Tüp Kayaçlarda karot

43 Kaşık numune alıcı (Split-spoon sampler)

44 Kaşık numune alıcı Kum zeminlerde kullanılır. Uzunlamasına iki parçaya ayrılan iki ayrı tüpten oluşur. İç çap : 35mm Dış çap : 50mm Alan oranı : %100 örselenmiş numune

45 Örselenmemiş numuneler Tanım: Yerinde (arazi şartlarında) mevcut yapısı ve üzerindeki gerilme şartlarının hiçbir şekilde bozulmadan alınan numunelerdir. Laboratuvarda kayma mukavemeti (üç eksenli) deneyleri ve konsolidasyon deneyi için gereklidir. Ancak arazide numune alımı sırasında oluşan: Örnekleme alınırken sıkışma ve kesme (kayma) etkisi Üzerindeki gerilmelerin ortadan kalkması Kuruma Numune alma ve taşıma işlemleri sırasında oluşan örselenmeler Laboratuvarda numune çıkarırken meydana gelen örselenmeler tanımdaki durumu tam yansıtamamaktadır. Örselenmemiş numuneler için örnekleme yöntemleri: İnce cidarlı tüp (thin wall sampling tube) SHELBY TÜP Piston örnekleme tübü

46 Shelby tüp Killerde ve plastik siltlerde kullanılır. Ayrıca bir kesici uç yoktur. Dış çap: 76.2 mm İç çap: 73 mm (35-100mm) A.O. = %10 - örselenmemiş numune et kalınlığı: 1.6 mm Sondaj borusuna bağlanarak zemin içerisine itilir.

47 Piston tüp Yumuşak kil, silt, siltli kum gibi kohezyonlu malzemelerin örneklenmesinde kullanılır. Çap: mm Tüp istenilen derinliğe indirilir ve su basıncı ile (hidrolik olarak) veya mekanik olarak zemin içerisine itilir. Asla çakılmamalıdır. Shelby tüp ile alınan numunelere göre daha az örselenmiş numuneler alınabilir. Thin wall tube with a piston, 50 mm~120 mm Hassas zeminler için daha kullanışlıdır Piston olması fazla zemin girişini engelleyerek örselenmeyi azaltır. Use piston tube to achieve vacuum in sampler for extraction of sample

48 Numunenin Örselenmesi İyi kalite örselenmemiş zemin numuneleri A R <10% A R = 2 O. D. I. D. 2 I. D (%) zemin Örnekleme tübü Alan oranı Yerdeğiştiren zemin hacminin alınan numune hacmine oranıdır. (%) olarak ifade edilir. Numune alıcının et kalınlığı arttıkça, örselenme artar

49 Örselenmiş numune Kaşık numune alıcı ile alınan örselenmiş zemin numuneleri A R = 112%; sınıflandırma İç çap: 35 mm Dış çap: 51 mm zemin

50 Örnekleme yöntemleri