Geoteknik Rapor Hazırlanmasında Spreadsheet (Ms Excel) Programı Kullanılarak Standart Çözüm Oluşturulması

Transkript

1 Akademik Bilişim 10 - XII. Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri Şubat 2010 Muğla Üniversitesi Geoteknik Rapor Hazırlanmasında Spreadsheet (Ms Excel) Programı Kullanılarak Standart Çözüm Oluşturulması Pamukkale Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği, Denizli devrimalkaya@pau.edu.tr, byesil05@pau.edu.tr Özet: Geoteknik rapor hazırlanmasını kolaylaştırmak, gereken hesapların hızla yapılmasını sağlamak, hata olasılığını en aza indirmek, güvenli ve ekonomik tasarım için gereken verileri elde edebilmek için Excel tablolama programı (Spread sheet) kullanılarak bir Geoteknik Rapor hazırlama programı oluşturulmuştur. Bu programda, gerekli hesap ve sonuçların geoteknik rapora konulmasını kolaylaştırmak amacıyla hesaplarda kullanılan formüller, tablolar ve şekiller açıkça sayfalarda bulundurulmuştur. Piyasada bulunan paket programlarda, ya sadece birkaç hesapla kısıtlı hesap sonuçları oluşturulmuş, ya da bir bütün olarak geoteknik rapora sunulacak hesap çıktıları için gerekli düzenlemeler yapılmamış durumdadır. Bu nedenle geoteknik hesapları bir araya getiren yazılım geliştirilmiştir. Anahtar Sözcükler: Geoteknik rapor, Zemin etüdü. Obtaining a Standard Solution by Using Spreadsheets (MS Excel) in the Preparation of Geotechnical Reports Abstract: A software for generating a geotechnical report is developed by using the Excel spreadsheet software to ease the preparation of geotechnical report, to enable faster calculations, to decreasing the probability of mistakes to a minimum and to obtain the required data for secure and economic design. In the software, for facilitating the adding of required calculations and results to the geotechnical report, the formulas, tables and figures are placed in the pages. In the present commercial software packages, the calculation results are generated by only a few limited calculations or the required organizations are not made for calculation outputs to be present in the geotechnical report as a whole. So a software that combines the geotechnical calculations is developed. Key Words: Geotechnical report, ground survey. 1. Giriş Bir alanın altındaki arsanın derinliğine incelenmesine, zemin incelemesi (zemin etüdü, geoteknik inceleme, geoteknik etüt, vb) denir. Bir alanın, herhangi bir inşaat işi için uygunluğunu belirlemek, inşaatı güvenli ve ekonomik olarak projelendirmek, uygulamak için zemin incelemesi gerekir. Zemin incelemesi ile zemini oluşturan tabakalar, tabakaların kalınlıkları, tabakalardaki zeminlerin özellikleri (doğal birim hacim ağırlıkları, su muhtevaları, porozite veya 655 boşluk oranları, sıkılıkları, kıvam limitleri, sınıfları, kayma direnci parametreleri, konsolidasyon özellikleri ) varsa yer altı suyu ile ilgili bilgiler elde edilir. Elde edilen bilgilerin yer seçimi, zemin yapıları, statik-betonarme projeleri gibi inşaat mühendisliği uygulamalarında kullanılabilmesi için inşaat mühendisince anlaşılabilir ve sorunları ve çözüm yöntemlerini gösterir geoteknik raporun hazırlanması kanuni bir zorunluluktur. geoteknik raporların hazırlanmasında standartların yeterince oluşmaması ve uygulamada karşılaşılan farklılıkların ve

2 Geoteknik Rapor Hazırlanmasında Spreadsheet (Ms Excel) Programı Kullanılarak Standart Çözüm Oluşturulması hesap yöntemlerinin en aza indirilmesi için ms excel kullanarak yüzeysel temeller için geoteknik raporda bulunması gereken hesaplar farklı yöntemlerle hesaplanmış, karşılaştırmalı olarak görülebileceği bir yazılım geliştirilmiştir. 2. Zemin İncelemesinin Amacı Zemin İncelemesi; temel zemininin, kendisi ile temas içinde çalışan bir inşaat yapısından gelecek olan etkilere karşı nasıl bir tepki vereceğinin incelenmesi ve bu etki-tepki nin gerekli uygun çözümlerle ele alınarak geçerli tasarımların sağlanması amacına yöneliktir. Burada bir yapı-zemin etkileşimi söz konusudur. Bu etkileşmeye girecek olan yapı, bir bina temelidir. Et kileşme probleminin çözümü ise etkileşmeye giren elemanların, yani zeminin ve yapı malzemesinin ge rilme altındaki davranış özeliklerinin bilinmesine bağlıdır. Yapı malzemesinin parametreleri zemin incelemesinden elde edilecek olan zemine ait verilerle birlikte, Sürekli Ortam Mekaniği nin bilimsel yaklaşımları içinde kullanılırlar. Bu suretle ortaya dinamik olsun, statik olsun, her türlü yük altında güvenle davranacak bir inşaat yapısı çı kar. Zemin incelemesinin tutarı, inşaat işinin toplam maliyetinin % 0,1 - % 2 si arasında değişebilir. Böyle bir maliyetten kaçmak, gerek inşaat sırasında, gerekse inşaat bittikten sonra, bazı üzücü durumların ortaya çıkmasına neden olabilir. Bunlar; temel kazısı ile farklı zemin durumlarının ortaya çıkarak, temel projesinin veya tüm projenin yeniden yapılması (gecikme, maliyet artışı.). inşaat bittikten sonra; inşaatın zemin koşulları nedeniyle kısmen veya tamamen hasar görmesi olabilir. Bu durumları önlemek; bir inşaat işi için önce, yeterli zemin incelemesinin yapılması ve sonuçların anlaşılır bir biçimde geoteknik rapor ile sunulması ile olanaklıdır. 3. Zemin İncelemesinin Kapsamı Yapımız ne olursa olsun, zemin üzerine yerleştirilmesi gerekir. Bu nedenle zemin incelemelerinin amacı, yeraltındaki ya pılar hakkında 656 yeterli bilgi elde ederek, yapılacak ya pıların yerlerini ve boyutlarını güvenli ve ekonomik olarak belirlemektir. Anlaşılacağı üzere, yeraltı ya pısı özelliklerinden ötürü, farklı zeminler üzerinde yapılacak olan yapıların boyutları çok farklı olabilir; bu da yapı maliyetini etkiler. Genel olarak yapıları üç katagoriye ayırmak mümkün olabilir (Lowe and Zacc-heo,1990): Yapı-zemin etkileşiminin ana problem olduğu yapılar: Temeller, istinad duvarları, tüneller ve yeraltına döşenen borulardır. Zeminlerin kullanılarak yapıldığı yapılar: Yol dolguları, kaya ve toprak dolgu barajlar, yol altı yapıları ve istinat duvarlarının arkasındaki dolgulardır. Bu tür yapılarda zeminlerin yapı malzemesi özellikleri ilgi konusudur. Stabilite analizleri: Doğal ve insan yapışı şev ler. Burada ilgi zeminlerin doğal özellikleri dir. Yapı dizaynlarını etkin ve verimli bir şekilde gerçekleştirmek için mühendis karşılaşacağı problemleri, varolan teknik ve yöntemleri bilmek zorundadır. Etkin ve ekonomik dizayn için aşağıdaki yer altı yapısı bilgilerine ihtiyaç vardır: Tanımlanabilen her zemin tabakasının yanal ve düşey yöndeki uzantısı ve tabakayı oluşturan zeminlerin maksimum tanımı (yoğunluğu, dane dağılımı v.b.), Ana kayanın derinliği ve özellikleri (çatlakların ve fayların boyutları ve dağılımı), Yeraltı su derinliği, varsa artezyen basıncının büyüklüğü Zemin tabakalarının mühendislik özellikleri (kesme kuvveti, su geçirgenliği, sıkışabilirliği..) 4. Taşıma Gücü ve Oturma Analizleri Bir yapıya etkiyen tüm yüklerin güvenle zemine aktarılması gerekmektedir. Duvar, perde ve kolon gibi elemanlardan gelen yükleri zemine aktarmak amacıyla oluşturulan elemanlara te-

3 Akademik Bilişim 10 - XII. Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri Şubat 2010 Muğla Üniversitesi mel adı verilir. Çağdaş yapılar (betonarme, çelik ve kargir yapılar) betonarme temeller üzerinde oturur. Temel oluşturulurken, zemin taşıma gücü ölçü alınarak güvenli bir zemin gerilmesinin aşılmamasına özen gösterilir. Temellerin tasarımında zeminin taşıma gücü tek ölçüt değildir. Temeller yapıya zararlı olabilecek oturmalara neden olmayacak bir biçimde düzenlenmeli ve boyutlandırılmalıdır. Zeminin taşıma gücü genelde üst yapıyı oluşturan malzemeninkinden daha düşük olduğundan, temelin zeminle temas eden yüzeyi, yapının taşıyıcı elemanlarına oranla daha büyük olmalıdır. 5. Ms Excel ile Geoteknik Rapor Hesap Programı Geoteknik raporların hatalı düzenlenmesi, yapılarda taşıma gücü ve oturma problemlerinin önceden anlaşılmasını engellemekte ve yapılar kullanılamaz hale gelmekte veya çok maliyetli çözümleri zorunlu kılmaktadır. Geoteknik rapor hazırlanmasını kolaylaştırmak, gereken hesapların hızla yapılmasını sağlamak, hata olasılığını en aza indirmek, güvenli ve ekonomik tasarım için gereken verileri elde edebilmek için Excel tablolama programı (Spread sheet) kullanılarak bir Geoteknik Rapor hazırlama programı oluşturulmuştur (Alkaya, Yeşil 2009). Geoteknik raporda bulunan hesaplar, program tasarımında dikkate alınmıştır. Bu programda, gerekli hesap ve sonuçların geoteknik rapora konulmasını kolaylaştırmak amacıyla hesaplarda kullanılan formüller, tablolar ve şekiller açıkça sayfalarda bulundurulmuştur. Piyasada bulunan paket programlarda, ya sadece birkaç hesapla kısıtlı hesap sonuçları oluşturulmuş, ya da bir bütün olarak geoteknik rapora sunulacak hesap çıktıları için gerekli düzenlemeler yapılmamış durumdadır. Bunu göz önünde bulundurarak bu Excel programı oluşturulmuştur. Bu program, hesapların ve çıktıların alınmaları ve hesapların büyük bir çoğunluğunun programda hesaplanması geoteknik raporda uygun bir çözüm sunmaktadır; Verilen sayfada temel tipi seçimi yapılarak zemin emniyet gerilmesi hesabı Zemin emniyet Gerilmesinin (YASS dikkate alınarak) Terzaghi Formülü ve SPT verilerinden hesaplanması Gerilme Analizi Oturma Analizi (Ani oturma ve Konsolidayon oturması) 4.1. Konsolidasyon deneyi sonuçları yardımıyla oturma hesabı 4.2. Sıkışma indisi ve sıkışma indisiyle oturma hesabı 4.3. Korelasyonlardan yararlanarak oturma hesabı 4.4. SPT verilerinden yararlanarak oturma hesabı Yatak katsayısının 4 farklı yöntemle tespiti Sıvılaşma analizinin 4 farklı yöntemle kontrolü Zemin verilerinin şişme büzülme açısından değerlendirilmesi Afet yönetmeliğine göre zemin sınıfının seçilmesi Zeminle ilgili verilerin ve sonuçların tablo halinde sunulması Aşağıda, program hesaplarından yalnızca birkaçı gösterilmiştir. Şekil 1: Program giriş sayfası Programda Yüzeysel temeller için Geoteknik Raporda veriyi oluşturan aşağıda verilen tüm unsurlar yeralmaktadır. 657 Programın girişinde yer alan ilk sayfadır. Kullanıcı bu sayfadan itibaren rapor hazırlamaya başlar (Şekil 1).

4 Geoteknik Rapor Hazırlanmasında Spreadsheet (Ms Excel) Programı Kullanılarak Standart Çözüm Oluşturulması Bundan sonra elde bulunan verileri programa girilmesi için veri girişi linkine tıklayarak veri girişine başlanabilir. Temel tipi seçimi yapılarak zemin emniyet gerilmesi hesabı sayfasına gidilir (Şekil 2). B ve L boyutları, zemin bilgileri, yer altı suyu varlığı derinliği girilerek zemin emniyet gerilmesi yapılır (Şekil 3). (Ayrıca tekil ve sürekli temel hesabı da yapılabilmektedir.) Şekil 2: Temel tipi seçilmesi Şekil 3: Radye temel için zemin emniyet gerilmesi hesap sayfası Daha sonra temel tipine uygun metotlardan biriyle (dikdörtgen alan metodu, noktasal yük yöntemi, dairesel alan metodu ve basit yöntem) ilgili birimlerde temel boyutları, temel derinliği, yapı yükü, tabaka ortasının temel tabanından itibaren derinliği gibi veriler girilir. Yalnızca dikdörtgen alan metodunda m ve n değerleri 1.50den büyük ve değer olarak 658 birbirinden farklıysa k değeri için ilgili tablodan tablo linkine tıklanarak uygun olan değer qnet in üstünde bulunan k kutusuna yazılır. Bulunan P gerilme artışı değeri, oturma hesap adımları bölümünün 4. basamağındaki p kısmına yazılır. Daha sonra efektif gerilmenin hesabı için elimizdeki laboratuar verilerinin yardımıyla oturma tabakaların özgül ağırlık-

5 Akademik Bilişim 10 - XII. Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri Şubat 2010 Muğla Üniversitesi ları ve tabaka kalınlıkları girilir. Yalnızca burada önemli olan oturma hesaplanacak tabaka kalınlığının yarısı buraya girilmelidir. Ayrıca Hw yass derinliği ise ilgili tabakanın ortasından yass na olan mesafedir. Bu efektif gerilme de bulunduğuna göre tüm veriler girilerek h oturma miktarı olarak bulunabilir (Şekil 4). Şekil 4: Gerilme analizi Şekil 5: SPT ile oturma analizi 659

6 Geoteknik Rapor Hazırlanmasında Spreadsheet (Ms Excel) Programı Kullanılarak Standart Çözüm Oluşturulması Şekil 6: Yatak katsayısı tespiti 660

7 Akademik Bilişim 10 - XII. Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri Şubat 2010 Muğla Üniversitesi Spt verileriyle oturma analizi de yapılabilmektedir. Laboratuar verilerinden hangi derinliğe kadar Spt çalışması yapılmışsa o derinlik değerleri ve N değerleri ilgili tabloya işlenir. Burada da önemli olan şey Nort değerinin tespitidir. Bunun için temel derinliğine bağlı olarak temel tabanından itibaren, temel genişliği olan B değerine kadar olan N değerlerinin ortalaması alınır. Bununla beraber temel boyutları, yapı ağırlığı, zeminin birim hacim ağırlığı ilgili kutucuklara girilir ve sonuç ρ olarak oturma miktarı ortaya çıkar. Ayrıca kullanıcı Nort değerini rahatlıkla tespit etsin diye derinlikle Spt değerinin değişimini girdiği verilere gore ölçekli grafik olarak görmektedir. Bu da Nort tespitinde kolaylık sağlar (Şekil 5). Bir sonraki bölümde 4 farklı yöntemle yatak katsayısı hesaplayıp, bunları birbirleriyle karşılaştırıp ilgili kutucuğa makul olarak programın hesapladığı değerlere uygun olarak bir değer yazılır. Bunlardan birincisi zemin türüne göre istenilen birimlerde verilmiş yatak katsayısı değerleridir. Laboratuar sonuçlarına uygun olarak buradan seçilebilir. İkinci yöntemde ise önceki bölümlerde de kullanmış olduğumuz Spt N değerine göre Ks yatak katsayısı hesabıdır. Burada Spt N değeri ilgili kutucuğa girildiğinde program Ks değerini hesaplar. Üçüncü olarak da yine ilk bölümlerde de programın hesapladığı qd değeri ilgili birimde buraya yazılır ve Ks değeri hesaplanır.(programda önceden hesaplanan değerleri kullanmak için geri ve daha sonra ileri linklerini kullanabilirsiniz). Dördüncü olarak da Ks yatak katsayısını qu serbest basınç mukavemeti, spt N değeri ve zemin sıkışabilirliğine göre tablodan bakarak bulabiliriz. 4 adet yatak katsayısı sonuçları yaklaşık aynı çıkacaktır. Zemin türüne göre hem Spt N verisine göre hem zemin emniyet gerilmesi değerine göre hem de ilgili grafikteki okunan değerler çok yakındır (Şekil 6). Şekil 7: Sıvılaşma analizi 661

8 Geoteknik Rapor Hazırlanmasında Spreadsheet (Ms Excel) Programı Kullanılarak Standart Çözüm Oluşturulması İlerdeki bölümde 4 farklı sıvılaşma analizi yapılabilmektedir. Burada sadece granülometri eğrisinden hesap gösterilmiştir. % geçen ve elek çapına bağlı olarak veriler girilir. Yani granülometri eğrisi program tarafından çizilerek zeminin hangi bölgede kaldığı, dolayısıyla sıvılaşma durumu ortaya çıkar (Şekil7). 6. Sonuçlar İnşaat mühendisliğinin önemli çalışma konularından bir tanesi zemin etütleri ve geoteknik raporların hazırlanmasıdır. İnşaat mühendislerince hazırlanan Geoteknik Rapor ile ilgili olarak standart biçimlerin olmayışı ve değerlendirmede yapılan farklı ve bazen de yapılan hatalı yaklaşımlar geoteknik raporlardan istenen amaca ulaşılmasını engellemektedir. Programın kullanılması İnşaat Mühendislerinin yazmakta zorlandıkları Geoteknik Raporda dikkat edilmesi gereken tüm hususları toplu olarak sunmaktadır. Geoteknik ile ilgili temel eğitimi almış olan İnşaat Mühendislerince kullanılması mesleğimizin başkaları tarafından yapılmasının önüne geçebilecektir. Kaynaklar [1] Köseğlu, S. ; Temeller Statiği ve Konstrüksiyonu I-II, Matbaa Teknisyenleri Basımevi, 1987 İSTANBUL [2] Kumbasar, V., Kip, F.; Zemin Mekaniği Problemleri, Çağlayan Kitabevi, 1999 İS- TANBUL [3] Önalp, A. ; Geoteknik Bilgisi Cilt I-II, 1983 TRABZON [4] Uzuner, B.A. ; Temel Mühendisliğine Giriş, Derya Kitabevi, 1995 TRABZON [5] Yıldırım, S. ; Temel Tasarımı, Birsen Yayınevi, 2002 İSTABUL [6] Uzuner, B.A. (2007), Çözümlü Problemlerle Temel Zemin Mekaniği, Derya Kitabevi 662