TEMELLER. Farklı oturma sonucu yan yatan yapılar. Pisa kulesi/italya. İnşa süresi:

Transkript

1 TEMELLER Temeller yapının en alt katındaki kolon veya perdelerin yükünü (normal kuvvet, moment, v.s.) yer yüzeyine (zemine) aktarırlar. Diğer bir deyişle, temeller yapının ayaklarıdır. Kolon veya perdeler zemine doğrudan oturtulamazlar. Betonarme kolonun dayanımı zeminin dayanımına göre çok daha yüksektir (100~200 kat). Kolon kesitleri kendi yüklerini güvenle taşıyacak şekilde seçilir. Ancak, bu kesitler dayanımı çok küçük olan zemine doğrudan oturtuldukları takdirde zeminde, zemin dayanımının çok üstünde olan gerilmeler oluşur ve kolon zemini zımbalayarak saplanır. Zemindeki gerilmeyi düşürebilmek için, kolonların alt ucu ile zemin arasına kesit alanı kolonun kesitinden çok daha büyük olan betonarme elemanlar (temel) yapılır. Temelin tek amacı zeminde oluşan gerilmeyi zeminin taşıyabileceği düzeye indirgemek değildir. Diğer önemli bir amaç da kolon veya perdenin altındaki zeminde oluşacak çökmeyi (oturma) sınırlı bir düzeyde tutmak ve üst yapının farklı oturmalarından zarar görmesini de önlemektir. Tüm kolonların aynı miktarda oturması üst yapıya zarar vermezken, farklı oturmalar çok tehlikeli olabilirler. Pisa kulesi/italya. İnşa süresi: Üst yapı tipi ne olursa olsun (betonarme, yığma, çelik, ahşap), temel daima betonarme yapılır. Çünkü diğer tüm malzemeler (çelik, ahşap gibi) dayanım ve zemin şartlarına dayanıklılık açısından uygun değildir. Farklı oturma sonucu yan yatan yapılar 110

2 Temel tipleri A. Yüzeysel temeller 1. Duvar altı temeli 2. Tekil temel 3. Birleşik temel 4. Sürekli temel a) Bir doğrultuda sürekli temel b) İki doğrultuda sürekli temel 5. Radye temel a) Kirişsiz radye b) Kirişli radye B.Derin temeller 6. Kazıklı temel 7. Keson temel Duvar altı temeli Bir-iki katlı basit yığma yapıların temel duvarlarının altına geniş betonarme kiriş yapılarak oluşturulur. Genişliği cm, yüksekliği cm civarındadır. 111

3 Tekil temel Kolonların altına kolon kesitinden çok daha büyük bir betonarme pabuç yapılarak oluşturulur. Deprem kuvvetini aktarması için pabuçlar bağ kirişi veya kalınlığı en az 15 cm olan döşeme ile birbirine bağlanır. Pabuç genişliği; kolon kuvvetinden dolayı zeminde oluşan gerilme zeminin emniyetle taşıyabileceği gerilmeden küçük kalacak şekilde seçilir. Pabuç boyutları en az 100x100 cmxcm, kalınlığı en az 25 cm dir, uygulamada cm civarında olur. Tekil temel; yüksekliği az fakat uzun hangar tipi yapılarda ve çok sağlam (kaya) zemin üzerindeki normal yapılarda kullanılır. Apartman tipi yüksek yapılar için uygun bir temel değildir. Farklı oturma riski çok yüksektir. 112

4 Birleşik temel İki kolonun birbirine çok yakın olması durumunda tek pabuç yapılarak oluşturulur. Eksenel kuvveti yüksek olan kolon tarafında pabuç daha geniş yapılarak zeminde oluşan gerilme dağılımın pabuç altında her yerde eşit olması sağlanır. Perspektif Görünüş 113

5 Bir doğrultuda sürekli temel Yapının bir doğrultudaki her aksı boyunca dizili kolonlarının altına ters tablalı betonarme bir kiriş yapılır. Kolon yükleri bir bütün olarak kirişe, kirişten tablaya (pabuca), tabladan zemine aktarılır. Deprem kuvvetini aktarması için kirişler bağ kirişi veya kalınlığı en az 15 cm olan döşeme ile birbirine bağlanır. Kolon tümüyle kirişe oturmalı bir kısmı kirişin dışına taşmamalıdır. Pabuç kalınlığı en az 20 cm dir, uygulamada genelde cm civarında olur. Pabuç genişliği en az 100 cm dir ve kolon kuvvetlerinden dolayı zeminde oluşan gerilme zeminin emniyetle taşıyabileceği gerilmeden küçük kalacak şekilde seçilir. Bir doğrultuda sürekli temel; kolonları bir doğrultuda düzenli dizili hangar tipi yapılarda kullanılır. Apartman tipi yüksek yapılar için genellikle uygun değildir. Farklı oturma riski yüksektir. 114

6 İki doğrultuda sürekli temel Yapının her iki doğrultudaki her aksı boyunca dizili kolonlarının altına ters tablalı betonarme bir kiriş yapılır. Kolon yükleri bir bütün olarak kirişe, kirişten tablaya (pabuca), tabladan zemine aktarılır. Kolon tümüyle kirişe oturmalı, bir kısmı kirişin dışına taşmamalıdır. Pabuç kalınlığı en az 20 cm dir, uygulamada genelde cm civarında olur. Pabuç genişliği en az 100 cm dir ve kolon kuvvetlerinden dolayı zeminde oluşan gerilme zeminin emniyetle taşıyabileceği gerilmeden küçük kalacak şekilde seçilir. İki doğrultuda sürekli temel apartman tipi yüksek yapılar için genelde uygundur. Farklı oturma riski, bir doğrultuda sürekli temele nazaran, çok daha düşüktür. 115

7 Radye Temel Yapının tüm kolonları altına, inşaat alanının tümünü örten kalın bir plak yapılarak ve kolonlar doğrudan plağa oturtularak kirişsiz radye temel oluşturulur. Yapının tüm kolonları altına, inşaat alanının tümünü örten kalın bir plak, plağın üstüne de kirişler yapılarak ve kolonlar kirişlere oturtularak kirişli radye temel oluşturulur. Plak kalınlığı en az 20 cm dir. Kirişsiz radye plağı cm, kirişli radye plağı cm civarında olur. Kolon kuvvetlerinden dolayı zeminde oluşan gerilme zemin emniyet gerilmesini aşarsa plak ve kirişler konsol yapılır, gerilme düşürülür. Ancak, konsol yapılabilmesi için arsa durumunun müsait olması gerekir (arsa başkasına ait olmamalı). Radye temel, zayıf zeminlerde, apartman tipi yüksek yapılar için en uygun temel tipidir. Kirişli radye kirişsiz radyeye nazaran davranış ve güvenlik açısından daha iyidir, ancak kalıp isçiliği daha fazladır. Kirişsiz radyede zımbalama riski vardır. Radye temellerde farklı oturma riski çok düşüktür. 116

8 Kazıklı temel Çok zayıf zeminlerde sağlam zemine ulaşılıncaya kadar çakılan veya delip yerinde dökülen kazıkların üstüne zemin seviyesinde bir platform oluşturulur ve kolonlar bu platforma oturtulur. Maliyeti çok yüksektir. Çok değerli arsalarda, köprü ve liman inşaatında uygulanır. Keson temel Çok zayıf zeminlerde veya su içinde temel yapımında kullanılır. Et kalınlığı az, çapı büyük halka veya içi boş prizma betonarme elemanlar kendi ağırlığı ile zemine veya suya batırılır. Sağlam zemine ulaşılıncaya kadar üstüne yeni elemanlar konur. İçi malzeme ile doldurulur ve temel platform betonu dökülür. Betonarme elemanlar yerinde dökülüp içteki toprak boşaltılarak batırma yoluyla da yapılmaktadır. Maliyeti çok yüksektir. Çok değerli arsalarda, köprü ve liman inşaatında uygulanır. 117

9 Bağ kirişi sınır değerleri (Deprem Yön. 2007, Sayfa 102) * Bağ kirişinin bağlandığı kolon veya perdelerdeki en büyük Eksenel kuvvetin yüzdesi olarak. ** Minimum enkesit boyutu, bağ kirişinin serbest açıklığının 1/30 undan az olamaz NOT: Kesit hesabında bağ kirişlerinin hem basınç, hem de çekme kuvvetlerine çalışacağı göz önünde tutulacaktır. Zemin ya da taban betonu tarafından sarılan bağ kirişlerinin basınca çalışması durumunda, burkulma etkisi göz önüne alınmayabilir. Çekme durumunda ise, çekme kuvvetinin sadece donatı tarafından taşındığı varsayılacaktır. Bağ kirişlerinde minimum etriye (çap/adım (cm)) 8/20 olmalıdır. Tekil temelleri veya bir doğrultuda sürekli temelleri birbirine bağlayan bağ kirişinin görevi: Deprem kuvvetini pabuçtan-pabuca aktararak tüm sistemin bir bütün olarak depreme direnmesini sağlamak Yatay yönde temellerin farklı yer değiştirmelerini önlemek. ÖRNEK: Aşağıdaki temel Şanlıurfa da D zemin grubunda inşa edilecektir. Malzeme C20/25/S420a. Bağ kirişini boyutlandırınız, kesitini çiziniz. ÇÖZÜM: Tüm bağ kirişleri aynı kesitli yapılacaktır. En çok zorlananlar orta aks üzerindekilerdir. Bağ kirişinde N eksenel kuvveti çekme ve basınç olur. N=0.10*2000=200 kn. Kesit en az 250 mmx300 mm olmalı, en az 4 16 donatı kullanılmalıdır. Çekme durumunda beton katkıda bulunamayacak N kuvvetini sadece çelik çubuklar taşıyacaktır. Bu kuvveti taşıyacak donatı alanı N f yd *As bağıntısından As / = 548 mm 2 dir in alanı=804 mm 2 olduğundan ayrıca donatı koymaya gerek yoktur. N kuvvetinin basınç durumunu kontrol etmek gerekmez, çünkü bu durumda beton da basınç alacağından daha az donatı gerekir. 118

10 Zemin gerilmesi modeli-tanımlar N d : G ve Q etkilerinden oluşan kolon tasarım yükü, (temele üst yapıdan gelen yük). h :Temel derinliği z : Kolon kuvvetlerinden temel altında oluşan gerilme Kumlu (kohezyonsuz) zeminde gerilme dağılımı zem : Zemin emniyet gerilmesi. f zn : Zemin net dayanımı. z : Zeminin birim hacim ağırlığı. b : Betonarme betonu birim hacim ağırlığı. Killi (kohezyonlu) zeminde gerilme dağılımı Varsayılan gerilme dağılımı modeli Zeminde oluşan gerilme = kolon kuvvetlerinden oluşan gerilme + temel betonundan oluşan gerilme - boşaltılan topraktan oluşan gerilme. z +1.5* b *h 1.5* z *h 1.5* zem olmalı. Burada z gerilmesi tasarım, b h, z h ve zem gerilmeleri ise karakteristiktir. Karakteristik değerler 1.5 ile çarpılarak tasarım değerlerine dönüştürülmüştür. b ve z değerleri sabittir, b kn/m 3, z 8-22kN/m 3 civarındadır. z +1.5( b z )h 1.5 zem 1.5( b z )= olursa, z 1.5 zem - h değeri yaklaşık 18~20 kn/m 3 genelde =18 alınır. arasında, f zn = 1.5 zem - h gerilmesine zeminin net dayanımı denir. Mühendis h temel derinliğine karar vererek f zn değerini ve z f zn sağlanacak şekilde temel taban boyutunu (pabucu) belirler. 119

11 Hesap modeli: Bir doğrultuda sürekli temeller Bir doğrultuda sürekli her temel diğerinden bağımsız davranır. Bağ kirişinin görevi depremde sadece yatay yönde bir bütün davranışı sağlamaktır. Kiriş üzerindeki kolon kuvvetlerinden pabuç altında üniform yayılı varsaydığımız gerilme oluşur: z1, z2, z3. Her kolonun eksenel kuvveti farklı olduğundan kiriş boyunca farklı gerilme oluşur. Arsa müsait ise, ilk ve son kolonun altındaki gerilmeyi düşürmek için, a 1 ve a 2 konsolları yapılır. Gerilmeler pabuç genişliği b ile çarpılarak düzgün yayılı q 1, q 2 ve q 3 eşdeğer çizgisel yüklerine dönüştürülür. Çizgisel yükler kolon kuvvetleri ile dengededir. 120

12 Kolon kuvvetleri üst yapının analizinden bilinmektedir. q 1, q 2 ve q 3 çizgisel yüklerinin sayısal değerleri bulunur: Temel kirişi ters dönmüş bir sürekli kirişe dönüşmüştür. Kolonların bulunduğu noktalar mesnettir. q 1, q 2 ve q 3 yükleri açıklıklarda farklıdır. El hesaplarında zorluk oluşturur. Yüklerin ortalaması alınarak açıklık yükleri düzgün yayılı olan daha basit bir sistem oluşturulur: Statik ve betonarme hesaba esas alınacak sürekli kiriş modeli 121

13 Pabuç genişliğinin belirlenmesi: b pabuç genişliği; zeminde oluşacak en büyük gerilme zemin net gerilmesi f zn den küçük kalacak şekilde seçilir. Max z Max q i b f zn Pabuç konsollarında kesit tesirleri M d = 0.5* z * [(b-b w ) / 2] 2 V d = z * [(b-b w ) / 2] A s3 donatısı M d momentinden hesaplanır. t pabuç kalınlığı (mutlaka!) V cr >V d olacak şekilde seçilir. Kuvvetler 1 m derinliğindeki pabuç parçası için yapılır. Momentin birimi kn.m/m, kesme kuvvetinin birimi kn/m dir. 122

14 Temel kirişinin moment ve kesme diyagramları Temel kirişinin statik çözümü herhangi bir yöntem ile (örneğin: CROSS) yapılır. a 1, a 2 konsol boyları elden geldiğince q 1 q 2 ve q 3 q 4 olacak şekilde seçilir. h kiriş yüksekliği V cr V d veya elden geldiğince V cr V d olacak şekilde seçilir. V d kolon yüzünde hesaplanır. Betonarme hesaplarda kesit açıklıklarda ters tablalı ( ), mesnetlerde dikdörtgendir. A s1 ve A s2 donatıları M d momentinden hesaplanır. Temellerde kesme kuvveti momente nazaran daha etkindir. Bu nedenle önce kesme (etriye) hesabı yapılır. Moment etkin olmadığından, genellikle, boyuna donatılar minimum olur. Betonarme hesap sırası: 1. Kiriş genişliği b w seçilir. 2. Pabuç yüksekliği t seçilir. 3. Kiriş yüksekliği kesme kuvvetinden hesaplanır. 4. Pabuç genişliği b hesaplanır. 5. Zeminde oluşan gerilme hesaplanır. 6. Etriye hesabı yapılır. 7. Açıklık donatıları hesaplanır. 8. Mesnet ek donatıları hesaplanır. 9. Pabuç donatıları hesaplanır. 10. Kirişin çizimi yapılır. 123

15 Örnek: Bir doğrultuda sürekli temel kirişi NOT: Çözümü sınıfta tahtaya yapılacaktır. 30/60 cmxcm kesitli üç kolonun oturduğu temel kirişi yapılacaktır. Gerekli statikbetonarme hesapları yapınız, çizimleri veriniz. Kolon yükleri tasarım yükleridir. Arsa sınırı ilk kolonun 1.4 m solunda, son kolonun 3 m sağındadır. zem =150 kn/m 2, Şantiye iyi denetimlidir. Malzeme: Beton: C16/20 Çelik: S420a Hesap modeli: İki Yönde Sürekli temeller Farklı hesap modelleri vardır. Burada en basit bir model açıklanacaktır. Her kolon yükü, o noktaya birleşen kirişlerin komşu açıklıkları ile orantılı olarak, kirişlere dağıtılır. Her kiriş, bağımsız olarak, bir yönde sürekli kiriş gibi hesaplanır. Örnek olarak B ve 2 aksı kirişlerinin yükleri aşağıda verilmiştir. 124

16 Hesap modeli: Kirişli radye temeller Kolon kuvvetlerinin bileşkesi yaklaşık olarak plak ağırlık merkezinden geçmelidir. Gerekirse plak konsolları yapılarak bu sağlanmaya çalışılır. Bu durumda zemin gerilmesi düzgün yayılı olur. Zemin gerilmesi z = N di /A f zn dir. A plak alanıdır. Plaklar z düzgün yayılı yükü ile çözülürler. Plak zati yükü alınmaz. Kirişlere plaklardan üçgen, trapez ve varsa (konsol döşemelerden) düzgün yayılı yükler etkir. Kiriş zati yükü alınmaz. Kirişler sürekli kiriş gibi çözülür. Döşeme ve kiriş zati yükleri, kendi paylarına düşen zemin gerilmesi ile dengelendiğinden, plak ve kiriş statiğinde yük olarak alınmazlar. Plak ve kirişlerin açıklıklarında üstte, mesnetlerinde altta çekme oluşur. Plak ve kiriş minimum koşullarına ve temeller için verilen minimum koşullara uyulur. 1 aksı kirişinin yükleri örnek olarak gösterilmiştir. 125

17 Temel Örnekleri (Fotoğraflar) 126

18 İki yönde sürekli temel: dolgu yapılıyor İki yönde sürekli temelde kiriş-kiriş-kolon birleşim noktası 127

19 Kazık temel 128

20 Keson temel Foto: Cihan BÜYÜKBURÇ-Romanya, 2005 Mühendisin Yemini: Bana verilen mühendislik unvanına daima layık olmaya, onun bana sağladığı yetki ve yüklediği sorumluluğu bilerek, hangi şartlar altında olursa olsun onları ancak iyiye kullanmaya, yurduma ve insanlığa yararlı olmaya, kendimi ve mesleğimi maddi ve manevi alanlarda yükseltmeye çalışacağıma namusum üzerine yemin ederim. den alınmıştır. 129