İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI-İZMİR ŞUBESİ MODERN ZEMİN ARAŞTIRMA VE KALİTE KONTROL YÖNTEMLERİ Dr. Şahin Çağlar TUNA

Transkript

1 İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI-İZMİR ŞUBESİ MODERN ZEMİN ARAŞTIRMA VE KALİTE KONTROL YÖNTEMLERİ Dr. Şahin Çağlar TUNA

2 İçerik Zemin Araştırma Teknikleri Enstrümantasyon / Kalite Kontrol Yöntemleri Önemli Araştırma Projeleri ve Kalite Kontrol Kullanımı

3 ZEMİN ARAŞTIRMA TEKNİKLERİ Planlanan bir yapı altında zemin koşullarını tespit etmek ve birimlerin fiziksel özelliklerini saptayabilmek amaçlı saha ve laboratuvarda yapılan çalışmaların bütünü. Saha Sondajları, SPT Deneyleri Mutlaka inşaat / geoteknik mühendisi tarafından sondaj derinlikleri, sondaj içeriği belirlenmelidir. SPT deneyleri otomatik/yarı otomatik şahmerdanlar ile yapılmalıdır. Araştırma Çukurları, Jeofizik araştırmalar, Jeolojik araştırmalara yardımcı olmak ve arazinin sismik koşulların belirlenmesinde önemli rol oynar. Saha testleri, Numune Alma Numune Alınamayan zemin koşullarında mutlaka yardımcı bir arazi deneyi yapılmalıdır. Yeraltı su ölçümleri ve örneklendirilmesi Laboratuvar Deneyleri, ÖRSELENMİŞ ve ÖRSELENMEMİŞ numunelerin iyi koşullarda korunması-saklanması Sahaya özel depremsellik çalışması Rapor Hazırlanması / Geoteknik Rapor Hazırlanması

4 Genel olarak CPT test cihazı yükleme ünitesi, penetrometre, tij ve ölçme kaydetme ünitesinden oluşmaktadır. Bu test zemine sabit bir hızla batırılan bir koninin batması sırasında koniye tatbik edilen yük ile basınç artışı arasındaki ilişkiyi saptamaktadır. CPT- Konik Penetrasyon Deneyi

5 Sonuç Grafikleri

6 Presyometre Deneyi Presyometre testi; yerinde stress (gerilme) kontrollü yükleme deneyidir ve test kuyunun iç yüzeyinde radyal olarak genişleyen silindir bir sonda kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Presyometre cihazı her türlü zemin, yumuşak taşlı, buz ve permafrost zeminlerde kullanılmaya uygundur...

7 PS Logging- Kuyu İçi Sismik Metodu PS Logging (Suspension PS Logging), kuyu içine askıda indirilen sistemin kaynağınca oluşturulan dalgaların iki ayrı seviyedeki üç bileşenli algılayıcılarca kayıt edilerek sismik P ve S dalga hızları bulması ilkesine dayanır. Çok derinlere kadar yüksek çözünürlüklü P ve S dalga verisi toplamak mümkündür. PS log ile yüzeyden inilemeyen derinlere kadar güvenilir P ve S dalga hız belirlenebilir.

8 Amaç: Kuyu derinliğinin fonksiyonu olarak P ve S dalga hızlarının elde edilmesidir. Kuyu başındaki bir nokta ile kuyu içinde alıcının bulunduğu nokta arasındaki sismik dalga yayılım özellikleri incelenir. Downhole Metodu

9 Downhole Deneyi Deney düzeneği, S dalgası üretecek güçte bir sismik enerji kaynağı, su içinde ölçü alabilen bir hidrofon ve kuyu başında gerekli olan kayıtçıdan oluşmaktadır.

10 SPAC- Çoklu Mikrotremör Dizilim Tekniği SPAC yöntemi, minimum 4 adet sismometre kullanılarak ölçüm alınması kriterine dayanmaktadır. Zemin doğal titreşim hareketlerinin irdelenmesi ile, bir dizi korelatif matematiksel ilişki kurularak, zemin dinamik özellikleri hakkında bilgi edinilir.

11 Enstrümantasyon / Kalite Kontrol Yöntemleri Sistematik enstrümantasyon planlaması ile geoteknik gözlem proje- inşa ve inşaat sonrası aşamalarında çok büyük fayda sağlanmaktadır. Kalite kontrol deneyleriyle de proje safhasında arzu edilen kalitenin ve kapasitenin uygulamada yakalanması garanti altına alınmaktadır.

12 Enstrümantasyon Sistematiği - DAQ Veri Ölçüm Sistemi Data ölçüm sistemi, elektriksel-fiziksel bir olayın (voltaj, sıcaklık, basınç, deformasyon, v.b.) ölçümünü içermektedir. Sensör Data Kayıtlayıcı Analiz için bilgisayar

13 Sensör Fiziksel bir büyüklüğün ölçülmesi, algılayıcı - sensörler (transdüser) yardımı ile yapılabilmektedir. Kullanılan sensör çeşidine bağlı olarak, çeşitli fiziksel büyüklüklerden okumalar alınabilmektedir.

14 Veri Kaydedici Veri kaydedici, bilgisayar ile sensör arasındaki iletişimi kuran önemli bir ekipmandır. Otomatik olarak, gelen analog sinyaller ile dijital veri dönüşümü sağlamaktadır.

15 Okuma Ünitesi Okuma ünitesi, programlanabilir bir bilgisayar ile, sürecin kontrolü ve kaydedilmesini sağlayan ekipmandır.

16 Enstrümantasyon Metotları Enstrümantasyon (manuel veya eş zamanlı Real-Time Monitoring) İnklinometre Yük Hücresi Oturma Kolonu Ekstansometre Piyezometre Strain-gage v.b. Kazık Süreklilik/Bütünlük Deneyleri (Impulse Integrity Test, Sonic Integrity Test, Pile Integrity Test, Pile Echo Test) Çapraz Kuyu Kazık Bütünlük Deneyi (Cross Hole Integrity Test, Cross Hole Logging Test) Statik Kazık Yükleme Deneyleri (Basınç Yükleme Deneyi, Çekme Yükleme Deneyi, Yatay Yükleme Deneyi) Dinamik Kazık Yükleme Deneyleri (DLT) Yanal Kazık Yükleme Deneyi(PDA)

17 İNKLİNOMETRE İksa-derin kazı sistemlerinde, deformasyon ölçümü yapılmaktadır. Şev ve Toprak kaymalarında, hareketin oluştuğu bölgenin tespit edilmesi, hareketin hızı ve ivmelenmesi tespit edilebilmektedir. Baraj, köprü yaklaşımları, tünel inşaat işlerinde, çevre yapılara etkilerin belirlenebilmesi ve ölçülebilmesini sağlamaktadır.

18 Şev Kayması Heyelan Probleminde İnklinometre Kullanımı

19 İnklinometre Ölçümleri / Derin Kazı İksa

20 PİEZOMETRE Boşluk suyu basıncı ölçümünde kullanılır. Özellikle şev stabilite problemlerinde, derin iksa kazılarında, zemin iyileştirme hesaplamalarında, baraj ve toprak dolguların performans ölçümlerinde kullanılmaktadır.

21

22 Su Seviye Ölçer/ Dipmetre Kuyularda ve çeşitli yerlerde, su seviyesi ölçümü yapılabilmektedir.

23 Yük Hücresi/Load Cell Yük-hücresi, elektrik sinyali oluşturarak, uygulanan kuvvete paralel olarak okuma almamızı sağlamaktadır. Ankrajlı iksalarda, kaya bulonlarında, yeraltı açıklıklarındaki düşey destek elemanlarında sıklıkla uygulanmaktadırlar.

24 Strain Gauge / Deformasyon Ölçer Deformasyon değişimini ölçebilen araçlardır. Bazı önemli uygulama yerleri: Yapılarda, köprülerde, tünel kaplamalarında inşaat sırasında ve sonrasında kullanılırlar. Kazık yükleme deneylerinde, deformasyon değişimi belirlemek amacıyla kullanılırlar.

25 Tiltmetre Tiltmetre ekipmanı, komşu yapılara yakın yapılan derin kazılarda, oluşan deformasyonların kontrol edilebilmesi amacıyla kullanılmaktadır.

26 Ektansometre Ankrajlarda Meydana gelen deplasmanların konumu ve aktif bölgenin hareketinin tespit edilmesi m seviyelerinden alınan okumalar ile delasmanların belirlenmesi EXT-4 Sensör-1 S.N:117157;Sensör-2 S.N: ;Sensör-3 S.N: Deplasman/Displacement (mm) 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00-2,00 0,00 Deplasman-Ekstansometre Kafasından Uzaklık Grafiği / Displacement- Distance From Ext. Head Graph 5,00 10,00 15,00 20,00 Eksenden Uzaklık /Distance to Head, (m) 25,00 30,00 35, : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13 40,00

27 Enstrümante Edilmiş Yükleme Deneyleri Kazık etrafında çeşitli seviyelere yerleştirilen deformasyon ölçerler, her bir seviyedeki, yük değişimini gözlemlemek amacıyla kullanılmaktadırlar. Çeşitli teorik kabullere bağlı olarak yapılan kazık taşıma gücü hesaplamaları, deformasyon ölçer seviyelerinde ölçülen gerçek gerilme dağılımları ile karşılaştırılarak, belirlenebilmektedir.

28 Deformasyon Ölçer Tesis Edilmesi

29 Kazık Bütünlük Deneyleri PIT Deneyi Bu deney, kazığa ya da jet grout kolonunun üst kısmına küçük bir el çekici ile vurarak yine kazık, ya da jet grout kolonu üstüne yerleştirilmiş olan ivme ölçerle bir yansıma sinyali kaydı esasına dayanır. Kazığın yanıtı hemen ekranda görüntülenebilir ve analiz için bellekte depolanabilir. ASTM D Standard Test Method for Low Strain Integrity Testing of Piles

30 Kazık bütünlük deneyi sayesinde jet grout kolonlarını ve fore kazıkları kontrol etmek mümkündür. Böylece zemini açmadan yeraltındaki imalatın konumu ve problemleri belirlenebilmektedir. Bütünlük deneyi, problemleri belirlemede hızlı ve daha az masraflı bir yöntemdir. Bütünlük deneyi sonucuna göre arızalı kazıkta onarım veya yenileme düşünülebilir. PIT- Kazık Süreklilik Deneyi

31 Dinamik Kazık Test ve Yöntemleri Kazık kapasite analizi için kazık başına dinamik yük uygulandığı yükleme deneyidir. Dinamik kazık testi ile belirli bir kütle kazığa eksenel olarak düşürülmekte ve oluşan deformasyonlar ölçülmektedir. D Standard Test Method for High- Strain Dynamic Testing of Piles. Yükleme sonrasında, okuma sensörlerinden alınan veriler (ivme ölçer ve deformasyon ölçer) PDA (Kazık Analiz Ekipmanı) ya aktarılarak, her bir kazık çakımı sonrasında verilerin kaydedilmesi ve gösterilmesini sağlamaktadır. Bir sonraki aşamada, dinamik kazık çakım formülleri ve teorisinden yola çıkarak yapılan CAPWAP analizi, kazık sürekliliği ve kapasitesi ile ilgili ilave veriler sunmaktadır.

32 Maliyet, zaman ve şantiye alanı kullanımı açısından çok ekonomiktir. Korelasyon açısından konvansiyonel yükleme deneyi ile beraber yapılması önerilmektedir.

33 Yanal Yükleme Deneyi Kazığa, yanal olarak, bir sabit destekten faydalanarak, yük aktarmasını sağlayan bir deneydir. Kazık, aynı zamanda deformasyon ölçerler ve inklinometreler ile enstrümante edilerek, yanal deformasyon, eğilme momentleri ve kuvvet dağılımı elde edilebilmektedir.

34

35 CSL- ÇAPRAZKUYU SONİK LOGLAMA DENEYİ- ASTM D6760 CSL testi, içi su dolu, kazık içinde indirilmiş çelik/pvc borular ile yapılır. Yüksek frekans sonik dalgaların, su içindeki borularda (verici) aktive edilmesi ve karşılığındaki kuyuda tekrar algılanması (alıcı)sistematiğine dayanır.

36 Cross-Hole Sonik Deney Sonuçları Kazık Tomografisi

37 Kazık/Baret içine yerleştirilen hidrolik kriko vasıtasıyla çift yönlü basınç deneyi Enstrümantasyon - Load cell - Deplasman Ölçerler OSTERBERG DENEYİ

38

39 Osterberg Deney Sonuçları Yük-Deplasman Grafiği Farklı bölgelerde birim çevre sürtünmesi ölçümü

40 Önemli Araştırma Projeleri ve Kalite Kontrol Kullanımı Mühendislik Sismolojisi Deprem Seri Kaydedicilerinin (Düşeyde ve Yatayda) Konumlandırılması Yüksek Yapılar Yapı Sağlığı İzlenmesi Kazıklı Radye Analizi Saha Enstrümantasyonu

41 Mühendislik Sismolojisi ve Yer Hareketi Kaydedicileri Mühendislik sismolojisi, yer hareketlerinin kaydedilmesi, boşluk suyu basıncı oluşumunun modellenmesi, yer hareketi simülasyonu için uygun analitik ve nümerik modellerin oluşturulabilmesi, yapı-zemin etkileşimi ve zemin deformasyonlarının tespit edilebilmesini amaçlamaktadır.

42 Yer Hareketi Kayıt Edicileri Test bölgesinde, deprem ivme ölçerler ve yer hareket ölçerler ile beraber aşağıdaki önemli adımlar gerçekleştirilebilecektir. Gerçek deprem kayıtlarının elde edilmesi Zayıf alüvyonların, deprem hareketine olan etkisinin gözlemlenmesi Bu sayede, yapı deprem analizlerinin gerçek verilere dayandırılması Aynı zamanda, zemin içinde monte edilen boşluk suyu basınç ölçerler ile boşluk suyu basıncı değişimi/ sıvılaşma oluşumu gibi önemli hadiselerin gözlemlenmesi.

43 Yapı-Zemin Etkileşimi / Yapı Sağlığı İzlenmesi Yapıların deprem davranışını etkileyen önemli faktör yapı-zemin etkileşimidir. Yapı-zemin etkileşimi deprem sırasında temel etrafındaki zeminin esnekliğinin yapı titreşimlerine olan katkısıdır. Özellikle yumuşak zeminlere oturan ağır yapılarda yapı-zemin etkileşimi yapının deprem davranışını belirleyen önemli bir faktördür.

44 Yapı-Sağlığı İzleme Yöntemleri- Amaç Yapı izleme sistemlerinin ana amaçları yapının dinamik ve statik hareketlerini kaydetmek, bu davranışı kontrol eden parametrelerin sayısal değerlerini kayıtlardan hesaplamak, ve bu parametrelerdeki değişiklikleri ve bu değişikliklerin yerlerini ve nedenlerini tayin etmektir. Bu bilgiler daha sonra mevcut yapı dizayn ve analiz metotlarının doğruluğunun kontrolunda, yapı yönetmeliklerinin iyileştirilmesinde, yeni yapı tamir ve takviye metotlarının geliştirilmesinde, ve yapılardaki hasarın yer ve büyüklüğünün tespitinde kullanılır.

45 Örnek Uygulama Atwood Binası, Anchorage-A.B.D

46 Kazıklı Radye Temel ve Enstrümantasyon Kazıklı radye temeller, yapı yüklerinin zemine aktarılmasında, hem radyenin hem de kazıkların kullanıldığı bir sistemdir. Kazıklı radye temeller, farklı oturmaların en aza indirilmesi, yüzeysel temel taşıma gücünün artırılması, radyede meydana gelen eğilme moment değerlerinin kontrol edilebilmesini sağlar. Kazık + Radye + Zemin Etkileşimi ile üst yapı yüklerinin belirli oranlarda paylaştırılması (kazıklı temel katsayısı = Kazıklara Aktarılan Yükler / Tüm Temel Yükü) Bu paylaşım çeşitli teorik kabullere dayanmakla beraber, gerçek dağılım gözlemsel olarak ancak yapılabilmektedir. Avrupa da ve Orta Doğudaki pek çok projede, bu yeni yaklaşım kullanılmakta ve projelerde ciddi ekonomi sağlamaktadır.

47 Örnek Uygulama Frankfurt- Westend 1 kulesi- 208 m yüksek kule, 90*100 m ofis binası 6 adet enstrümante edilmiş kazık 13 basınç hücresi 5 presyometre (Boşluk suyu basınç ölçeri)

48 Örnek Uygulama Frankfurt- Messeturn Kulesi-208 m yüksek kule, 90*100 m ofis binası

49 Enstrümantasyon Sahası Örneği-The Wildlife Liquefaction Array (WLA) California Imperial Vadisi, San Andreas fay hattına yakın konumlandırılmış aktif fay hattında yer almakta. Piyezometre, ivme ölçerler (düşeyde farklı derinliklerde),

50

51

52 Ortak Zemin - Sondaj Veritabanı Oluşturulması İzmir şehir içi ve çevre ilçeleri başta olmak üzere, belediye ve diğer birimlerin ortak bir çalışma platformu altında eldeki zemin etüt verilerini bir platformda birleştirmesi.

53 KATILIMINIZ İÇİN TEŞEKKÜRLER