1. Temel zemini olarak. 2. İnşaat malzemesi olarak. Zeminlerin İnşaat Mühendisliğinde Kullanımı

Transkript

1 Zeminlerin İnşaat Mühendisliğinde Kullanımı 1. Temel zemini olarak Üst yapıdan aktarılan yükleri güvenle taşıması Deformasyonların belirli sınır değerleri aşmaması 2. İnşaat malzemesi olarak 39

2 Temellerin Tasarımı Temeller yapısal yükleri zemine aktaran elemanlar

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

4 İstinat Yapıları

5

6 Şevlerin Tasarımı -Kazılar ve şevlerin stabilite problemleri

7 Zeminlerin İnşaat Malzemesi Olarak Kullanılması

8 Yeraltı Yapıları

9 ZEMİN MEKANİĞİ PROBLEMLERİNİN ANALİZİ Zemin mekaniğinin tanımını, mekanik ve hidrolik pensiplerinin zeminlerle ilgili problemlere uygulanması olarak yapabiliriz. Zeminlerle ilgili inşaat mühendisliği problemleri, hesap yöntemleri açısından üç grupta incelenebilir 1- Stabilite Problemleri 2- Elastik ve Plastik Şekil Değiştirme Problemleri 3- Zemin İçinde Su Hareketi ile İlgili Problemler

10 1-Stabilite Problemleri: Bu tür problemlerde zeminin ani ve toptan göçme olasılığı ve bunun zemin kütleleri ve/veya üzerlerinde yer alan yapıların güvenliği üzerindeki etkisi araştırılmaktadır. Bu gruba giren problemler -temellerin taşıma gücünün hesabı, -şevlerin ve istinat yapılarının duraylılık hesapları gibi

11 2-Elastik ve Plastik Şekil Değiştirme Problemleri: Zeminler üzerine yük uygulandığı zaman elastik (geri gelen) ve plastik (kalıcı) şekil değiştirmeler meydana gelmektedir. Bu şekil değiştirmelerin müsaade edilebilir sınırlar altında kalmasının sağlanması gerekmektedir. Aksi halde yapının toptan güvenliği tehlikeye girmese bile, fonksiyonunu yerine getirmesini engelleyecek, görünüşünü bozacak veya taşıyıcı olmayan elemanların (ahşap çerçeveler ve camlar gibi) zarar görmesine yol açacak etkiler ortaya çıkabilmektedir. Bu gruba giren problemlerde, zeminlerin gerilme-şekil değiştirme ve gerilme-oturma-zaman davranışlarının belirlenmesi ve uygulanacak yükler altında meydana gelmesi olası şekil değiştirmelerin hesaplanması gerekmektedir. Bu tür problemlerin en yaygın karşılaşılanı oturma hesapları olmaktadır.

12 3-Zemin İçinde Su Hareketi ile İlgili Problemler: Zeminler su geçirgenliği olan malzemeler oldukları için, zemin içinde su akımı ve bununla ilgili sorunlar zemin mekaniğinin önemli konularından birini oluşturmaktadır. Bu problemlerin çözümü için hidrolik prensiplerinden yararlanılmaktadır. Zemin mekaniği açısından önemli olan yalnızca sızan su miktarı ve hızı değil, fakat aynı zamanda sızan suyun zemin kütleleri ve üzerlerindeki yapılara uyguladığı basınçlar ve zemin davranışı üzerinde etkisi de çok önemli olmaktadır. Zemin içinde oluşan su basınçları ve su akımı aynı zamanda stabilite ve hacimsel şekil değiştirme problemlerinin analizinde de büyük oranda etkili olmaktadır.

13 Sonuç Zemin mekaniği, inşaat mühendisliğinin değişik ve karmaşık konularından birini oluşturmaktadır. Her inşaat projesinde değişik ölçülerde zemin problemleri karşımıza çıkmaktadır. Yapıların güvenliğinin ve fonksiyonuna uygun olarak görev yapmasının sağlanması ve inşaatların en kısa sürede kolaylıkla yürütebilmesi için, arazide karşılaşılan zeminlerin özelliklerinin ve yapının kullanılma ömrü süresi boyunca gösterecekleri davranışlarının tasarım aşamasında belirlenmesi veya öngörülebilmesi gerekmektedir. Bu ders kapsamı içinde zeminlerin değişik mühendislik özelliklerinin tanımlanması, deneysel olarak saptanması ve zeminlerin arazide beklenilebilecek davranışlarının hesap edilmesi ile ilgili kavram ve yöntemlerin incelenmesi yapılacaktır.

14 Pisa Kulesi Oturmalar

15 Kayma Göçmesi Şev Stabilitesi

16

17

18 Tüneller

19 İçten destekli derin kazılar

20 Köprü ayak temelleri

21

22 İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 1. TEMELLER Yapıya zarar verecek mertebede oturmaların önlenmesi. Ön yükleme ile temel zeminin iyileştirilmesi

23 İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 2. YAPI MALZEMESİ OLARAK ZEMİN Toprak dolgu baraj kesiti Karayolu Kesiti

24 İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 3. ŞEVLER VE KAZILAR Şev stabilitesi İnşaat kazısı ve koruyucu perdeler Boru ve kanal kazıları

25 İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 4. YER ALTI VE İSTİNAT YAPILARI İstinat duvarı Gömülü boru hattı

26 İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 5. ÖZEL DEPREM MÜHENDİSLİĞİ PROBLEMLERİ Titreşimler Daneli zeminler üzerindeki titreşen binalar altında önemli oturmalar oluşur. Titreşimin frekansı temel zemininin frekansına eşit ise önemli zararlar meydana gelir (rezonans). Patlamalar ve depremler Kazılar için önemli olan patlamalar ve nükleer patlamalar zemin dalgaları oluşturur. Yapılar etkilenir. Bölgesel çökmeler Önemli ölçüde su çekimi, petrol çekimi oturmalara ve göçmelere yol açar. Donma Binalarda çatlama ve karayollarında bozulmalara yol açar.

27 ZEMİN N PROBLEMLERİNİN ÇÖZÜMÜ ZEMİN MEKANİĞİ Zeminlerin gerilme ve şekil değiştirme özellikleri (laboratuar çalışması) Teorik analiz JEOLOJİ,ARAŞTIRMA - Zemin kütlesinin gerçek yapısı DENEYİM - Bugüne kadarki uygulamaların sonuçları EKONOMİ - Çözüm yollarının uygulanabilirliği + Mühendislik yargısı = Zemin problemlerinin çözümü

28 GİRİŞİŞ Zemin, inşaat mühendisleri için kayaların ayrışması ve parçalanması ile oluşan, mineral danelerinin çimentolanmamış veya zayi çimentolanmış birikimidir. Zemin tabakasını genel olarak kaya tabakası izler. Zemin katı, sıvı ve gazdan oluşan üç fazlı bir sistemdir.

29 OLUŞUM AÇISINDAN SINIFLANDIRMA 1. Sedimanter (taşınmış) zemin Yerçekimi Su Rüzgâr Buzul Canlılar Taşınma unsurları (Alüvyonel ortam adı verilir. Verilen kesit birkaç defa tekrarlanabilir.) 2. Rezidüel zemin (yerinde oluşmuş) Taşınma hızı ayrışma hızından yavaş ise oluşabilir.

30 İNDİS ÖZELLİKLERİ ve FAZ İLİŞKİLERİ Zeminler üç fazlı sistemler olduğundan, zeminin mühendislik açısından tanınıp sınıflandırılabilmesi, zemini oluşturan her üç fazın ayrı ayrı özellikleri ile bunların birbirine gerek hacim gerekse ağırlıkça olan durumlarının bilinmesini gerekli kılar. Bünye özellikleri: w n n e : Doğal su muhtevası, içeriği : Porozite : Boşluk oranı : Birim hacim ağırlık ( n, s, k, d, = A ) S : Doygunluk yüzdesi ( w ) G : Özgül ağırlık

31 Doğal ve idealize prizmalar üzerinde gerekli tanımlar aşağıda yapılmaktadır: Hacimler Ağırlıklar Toplam Hacim =V V b V h V w hava su W h 0 W w Toplam Ağırlık =W V s dane W s

32 Önemli ilişkiler ve tanımlar: 1. V b =V h +V w 2. W s =W k 3. Su muhtevası; ω=(w w /W s )* Boşluk oranı; e=v b /V s 5. Porozite; n=v b /V 6. Dane birim hacim ağırlığı; s =W s /V s 7. Doğal birim hacim ağırlık, n =W/V 8. Kuru birim hacim ağırlık; k =W k /V 9. Doygun birim hacim ağırlık ; d W = k + Vb V w

33 10. Efektif birim hacim ağırlık; '= A = 11. Doygunluk derecesi; S=V w /V b (S=1 ise zemin suya doygun, S=0 ise zemin kurudur). 12. Porozite-boşluk oranı ilişkisi n e = veya 1 + e n 13. G s = s / w D w n e = 1

34 BOŞLUK ORANINA GÖRE ZEMİN PRİZMASI ÇİZİLMESİ VE İLGİLİ FORMÜLLERİN ELDE EDİLMESİ Boşluk oranı tanımından hareket ederek e=v b /V s olduğundan V s =1 alınarak V b =e elde edilmiştir. Hacimler Ağırlıklar e e-s e hava 0 (1+e) S e su S e w =ω s =ω G s w 1 dane s =G s w

35 1. Su ağırlığı W w için ω ve S in tanımlarından yararlanılarak elde edilen farklı iki değerin eşitlenmesi ile, önemli ilişkisi elde edilir. G s e S = ω w s w s w S n G e e G G ω ω + + = + + = e w e w S s S n + + = + + = 1 ) ( S.e=w.G s denklemi S=1 için e d =w d G s (Doygun durumdaki boşluk oranı)

36 6. e e w s d + + = 1 S=1 için S=0 için e G e w s s k + = + = 1 1 e G V W w s s k + = = 1 veya 1 = k w G s e 5. Doygunluk yüzdesine göre birim hacim ağırlığı e Se w s n + + = 1

37 POROZİTEYE GÖRE ZEMİN PRİZMASI ÇİZİLMESİ VE İLGİLİ FORMÜLLERİN ELDE EDİLMESİ Hacimler Ağırlıklar hava 0 n 1 su ω (1-n) s 1-n dane (1-n) s V w =V w w, W s =V s s

38 1. 2. n e= 1 n W n = V = ( 1 n) + w(1 n) = (1+ w)(1 n) s s s Su muhtevası 0 a yaklaşırsa, doğal birim hacim ağırlığı, kuru birim hacim ağırlığına doğru gidecektir. k değeri (2) de yerine koyularak n =(1+w) k veya k n = 1 + w S=V w /V b V w =S V b V w =S.V b =S.n ; W w =S.n. w değerinden yararlanarak, n =(1-n) s +S n w elde edilir.

39 6. d =(1-n) s +n w (S 1 için) 7. A = d - w olduğundan, A =(1-n) s +n w - w =(1-n)( s - w )