Derin Kazılar, İksa Sistemleri ve Dayanma Yapıları

Transkript

1 İMO İzmir Şubesi Derin Kazılar, İksa Sistemleri ve Dayanma Yapıları Doç. Dr. Selim ALTUN Ege Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü 10/03/011 Sunum İçeriği Yanal Toprak Basıncı Teorileri Derin Kazıların Yapılış Şekilleri Geleneksel nın Tasarımı Ağırlık Tipi Konsol Diğerleri Modern Dayanma Yapıları GeoDuvar Zemin Çivisi veya Ankraj Destekli Duvarlar Diğerleri Tasarım Örnekleri Yanal destek Geoteknik mühendisliğinde yanal zemin hareketinin önlenmesi problemi sıkça karşılaşılan bir durumdur. Dayanma yapılarını dizayn edebilmek için bu yapılara etkiyecek olan yanal zemin basıncının büyüklüğünü bilmemiz gerekmektedir. Bağlantı Ankraj çubuğu Palplanj kazık Konsol istinat duvarı Destekli kazı Ankrajlı palplanj kazık Ağırlık tipi istinat duvarı Zemin Çivisi Toprakarme 3 4 Çeşitleri; Ön yüz 1. Ağırlık,. Yarı ağırlık, 3. Payandalı, mm barbakan 4. Donatılı Granüler arka dolgu Toprak Basıncı Teorileri RANKINE Duvar arka yüzeyi sürtünmesiz ve düşeydir COULOMB Duvar arka yüzeyinde zemin-duvar arası sürtünme mevcut ve duvar arka yüzünün düşey olma koşulu yok. Drenaj borusu H W C H/3 W s P A H H W C W s H/3 P A Topuk H 5 6 1

2 Stabilite Problemleri 1) Dönme: ) Kayma İstinat Yapılarının Boyutlandırılması İçin Gereken Stabilite Tahkikleri Dönme tahkiki Bilinenler; W C, W S, P V, P H C noktasına göre moment, 3) Temel tabanı göçmesi 4) Toptan göçme W c W s P V P A Koruyan moment: (M k ) (W C, W S, P V ) Deviren moment: (M D ) (P H ) C B P H M Gs M K D Kayma tahkiki Taban basıncı tahkiki P P D 1 W c R c B ( V )tan P c B ( V )tan P p Gs 1. 5 PA cos W s P P V P A P H c 1, 1, 1 p A W c B W s P V P H P A Toplam düşey W c +W s +P v A V e x B/ q a : Zemin emniyet gerilmesi M R M D x V B e x V 6e pmak (1 ) min Bx1 B p max p min B B R c,, p min > 0 Çekme gerilmesi olmamalı p mak < q a 9 10 Toptan kayma tahkiki Sükunetteki Toprak Basıncı Olası kayma yüzeyi Homojen bir zemin tabakası içerisindeki bir zemin elemanı üzerinde etkiyen, yatay efektif gerilmenin düşey efektif gerilmeye oranı, h / v, sükunetteki toprak basınç katsayısı, K 0, olarak ifade edilir. K 0 durumunda bulunan bir zemin kütlesinde yanal yönde deformasyonlar gözlenmez. Yumuşak kil h X v Zemin yüzeyi 11 1

3 K 0 ın Tahmin Edilmesi Normal konsolide killer ve kohezyonsuz zeminler için, K 0 = 1 sin Aşırı konsolide killer için, K 0,aşırı konsolide = K 0,normal konsolide OCR 0.5 Elastisite teorisinden yararlanılarak, K0 1 Poisson oranı Kohezyonsuz Zeminlerdeki Aktif / Pasif Toprak Basınçları Duvar zemine doğru hareket et etmektedir. B A Duvar zeminden uzaklaşmaktadır. Sürtünmesiz duvar Duvar hareketi sırasında A ve B olarak adlandırdığımız zemin elemanlarına bakalım Kohezyonsuz Zeminlerde Aktif Toprak Basıncı h v z A v = z başlangıçta yanal yönde bir hareket yoktur. h = K 0 v = K 0 z duvar zeminden uzaklaşacak yönde hareket etmeye başladığından dolayı, v değeri aynı kalacak; ve h değeri göçme meydana gelene kadar azalacaktır. Aktif durum aktif toprak basıncı duvar zeminden uzaklaşacak yönde hareket ettiğinden dolayı, azalan h v Başlangıçta (K 0 durumu) Göçme anı (Aktif durum) Kohezyonlu Zeminlerde Aktif Toprak Basıncı [ h ] aktif v Kohezyonsuz zeminlerde karşılaşılan durumun aynısıdır. İkisi arasındaki tek fark kohezyonlu zeminlerde c 0olmasıdır. [ h'] aktif K A v ' 1 sin K A tan (45 / ) 1 sin Rankine aktif toprak basınç katsayısı [ '] K ' c h active A v K A

4 Kohezyonsuz Zeminlerde Pasif Toprak Basıncı h v B Başlangıçta zemin K 0 durumundadır. Duvar zemine doğru hareket ettiğinden dolayı, v değeri aynı kalacak ve h değeri göçme meydana gelene kadar artacaktır. Pasif durum duvar zemine doğru hareket ettiğinden dolayı, Başlangıçta (K 0 durumu) Göçme anında (Pasif durum) v Pasif toprak basıncı artan h 19 0 Kohezyonlu Zeminlerde Pasif Toprak Basıncı v [ h ] pasif Kohezyonsuz zeminlerde karşılaşılan durumun aynısıdır. İkisi arasındaki tek fark kohezyonlu zeminlerde c 0 olmasıdır. [ h '] pasif K P v ' 1 sin K P tan (45 / ) 1 sin Rankine pasif toprak basınç katsayısı [ '] K ' c h passive P v K P 1 Kohezyonsuz Zeminlerde Toprak Basınçlarının Dağılımı [ h ] aktif P A ve P P değerleri duvar üzerine etkiyen aktif ve pasif itkilerdir. [ h ] pasif H P A =0.5 K A H h h P P =0.5 K P h Aktif durum (K A ) K 0 durumu Pasif durum (K P ) K P h K A H Duvar hareketinin yönü 3 4 4

5 Rankine Toprak Basınç Teorisi İstinat Duvarı Uygulamaları [ h '] aktif K A v ' c [ h '] pasif K P v ' c K A K P duvar ile zemin arasında sürtünmenin olmadığı varsayılır. sadece düşey duvar arkasına etkiyen yanal basınçların hesaplanmasında kullanılır. Road Train 5 6 İstinat Duvarı Uygulamaları İstinat Duvarı Uygulamaları Çok katlı yapı otoban Perde Duvar 7 8 Ağırlık Tipi Konsol Çimento harcı taşlar Donatısız beton ya da taş duvar Donatılıdır. Ağırlık tipi istinat duvarlarına göre kesitleri daha küçüktür. Bu tip istinat yapıları arkalarında bulunan dolguya kendi ağırlıkları ile karşı koyarak destek verirler. 9 10/03/

6 İstinat Duvarı Tasarımı Blok no 1 3 Topuk noktası - Kohezyonsuz Zeminlerde 1 Topuk noktası W i = i bloğunun ağırlığı x i = i bloğunun ağırlık merkezinin topuk noktasına olan yatay uzaklığı Düşey duvar arkasına sahip parçaların birleşiminden oluşan rijit sistemin stabilite analizi Rankine Teorisine göre yapılır Duvar tabanı boyunca kaymaya karşı güvenlik 1.5 dan büyük olmalıdır. F kayma 3 1 P P S Topuk noktası R y PP P A { Wi}. tan P h A 1 P P S Topuk noktası y Zemin ile beton arasında oluşan sürtünme açısı P P = 0.5 K P h P A = 0.5 K A H 3 R P A H 3 Topuk noktası etrafında devrilmeye karşı güvenlik.0 den büyük olmalıdır. F devrilme PP h / 3 { Wi xi} P H/3 A Zemine Ankastre Ankrajsız Palplanş Duvar Maksimum 6 m kazı yüksekliğine kadar tercih edilebilir Deformasyon hali P A H Aktif h Aktif 3 1 P P S Topuk noktası R y h 1 P P S Topuk noktası y 3 R PA Kazı tabanı 0 0dönme noktası Pasif Aktif 0 Pasif d Pasif 0 R Tasarım prosedürü 1- M= 0 durumundan (d) çakma boyu belirlenir, Zemine Serbest Mesnetli Ankrajlı Palplanş Duvar Derin temel çukuru kazısı durumunda; - (d) boyu %0 arttırılır (d o =1,d), 3- x= 0 R belirlenir. h A Ankraj (çelik çubuk) Pasif Aktif Moment Diagramı d Not: Ankraj boyuna etki eden faktör önemlidir

7 Tasarım prosedürü 1- d çakma boyu için aktif ve pasif toprak basınçları, - Genellikle pasif gerilme için G s = güvenlik uygulanır. Zemine Ankastre Ankrajlı Palplanş Duvar Derin temel çukuru kazısı durumunda; h A Ankraj (çelik çubuk) A 3- M A =0 durumundan (d) değeri hesaplanır, 4- F=0 olduğu yer maksimum momenti verir. d Pasif Aktif Pasif Aktif 0 Aktif Pasif 0 Not: Ekivelan kiriş metoduna göre çözüm yapılır. R Moment Diagramı İksa Perdeleri Destekli İksalarda Terzaghi & Peck (1967) Amprik Toprak Basıncı Dağılımı Yatay destekli kazılar-hendek kazıları 0,5 H 0,5 H Kesit H (kum) 1 0,50 H 3 c u (kil) 0,75 H 0,5 H Yatay destekler Palplanş Y.D. Plan 0,65 K A H Orta-sıkı KUM 0, H ile 0,4 H Sert fissürlü KİL H K A 4cu KA 1m H Yumuşak-orta katı KİL Derin Kazıların Yapılış Şekilleri Destekli Kazılarda Göçme Şekilleri

8 Destekli kazıların tasarımında performansı etkileyebilecek faktörler Tasarımcının kontrol edebileceği değişkenler 1. Destek sisteminin tipi Tasarımcının kontrol etmesi olası değişkenler 1. Destek sisteminin inşa metodu Tasarımcının kontrol edemeyeceği değişkenler 1. Yer altı zemin koşulları ve özellikleri. Destek sisteminin i i. İnşaat t süresi. Çevre yapılar rijitliği 3. Duvarın gömülme miktarı 3. Kazı ile yapı inşaatının metodu 4. Önyükleme değeri 4. Sürşarj yükünün boyutu 5. İklim koşulları 3. Kazının şekli ve derinliği Ankastreman boyu yetersiz kazıklı perde Mecidiyeköy Transfer Merkezi Temel Kazısı Eğik desteklerle iksa Bağ Destek Palplanş Blok İzmir-Kordon Alışveriş Merkezi 10/03/

9 Kazıklı perde iksa duvarlar (Ankrajlı veya ankrajsız) BA perde ankrajlı iksa duvarın imalat aşamaları Ankraj başlığı Ankraj Plan Kesit BA iksa ankraj BA duvar Palplanşlar Sızdırmaz birleşim 51 Palplanş perde 5 Palplanş Kazık Palplanş Kazık Yerleştirme sırasında Palplanş kazık duvar

10 Palplanş Kazık Palplanş Kazık Diyafram Duvar Diyafram Duvar (Donatı Yerleştirilmesi) Diyafram Duvar Diyafram Duvar

11 Teğet Kazıklar Kesişen Kazıklar (4 Sıra Ankraj Destekli) 61 6 Kazıklı İksa (İç Destekli) Kazıklı İksa (İç Destekli) Dayanma Yapıları Şev yada Dayanma Yapısı? Mekanik Olarak Stabilize Edilmiş Duvarlar (Toprak Arme-GeoZemin-Donatılı Zemin Duvarlar) Beton (Modüler) Blok Duvarlar Konsol Ağırlık Tipi

12 Dayanma Yapıları Dolgu Formunda İstinat Yapıları Dolgu Donatılı Toprak İstinat Yapıları Toprakarme son yıllarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Geosentetikler İstinat Duvarı Sert Temel Zemini Donatılı Toprak İstinat Yapıları Dolgu Kaba daneli malzeme (Drenaj için) Çekme gerilmesi donatısı Çelik şerit 0,5H 0,3H Pasif direnç A C Aktif H z Sükunetteki toprak basıncı Diğer malzemeler; alüminyum alaşım, plastik, geotekstiller L v L e Aktif Temel B Mak. Çekme gerilmesi eğrisi Muhtemel kırılma yüzeyi Yatay toprak basıncı p Dış Stabilite İç Stabilite

13 Donatılı Zemin Duvarlar Toprak Arme Duvarlar Arka Dolgu Seçilmiş Dolgu Ön Yüz Donatılı zemin duvar Zemin Donatısı Toprak Arme Duvarlar Toprak Arme Duvar İnşaatı ABD de en yaygın kullanılan istinat duvarı tipi Örneğin Texas Eyaletinde bütün istinat duvarlarının % 85 i GeoDuvar. Önyüz: Önceden hazırlanmış beton paneller Donatı: Metal (galvanize çelik) şeritler veya kablo hasırlar veya geogridler Toprak Arme Duvar İnşaatı Toprak Arme Duvar İnşaatı

14 Toprak Arme Duvar İnşaatı Toprak Arme Duvar İnşaatı Galvanize Çelik Şeritler Galvanize Kablo Hasırlar Toprak Arme Duvar; Terminoloji Toprak Arme Duvar; Paneller Üst tabaka Dikdörgen Orijinal Zemin Yüzeyi Ön Yüz Arka Dolgu Donatılı Zemin Kitlesi Haç Şekilli 81 8 Toprak Arme Duvar; Paneller Beton Blok Duvarlar

15 Beton Blok Duvarlar Zemin Donatılandırma Beton Blok Duvarlar Geogridler Beton Blok Duvarlar Dayanma Duvarı Tipleri (Dolgu türü) GeoDuvarlar Beton Bloklar Geçici Dolgular Eğik yüzeyler oluşturulabilir Tam bir düzgün yüzeyin arzu edilmediği durumlarda kullanılabilir Teraslı yapılar Peyzaj projelerinde Estetik görünüm Konsol Gabion Duvarla GEO TCK NURBABA ALTUNİZADE YOLU GEOSENTETİK DONATILI DUVAR PROJESİ (1997) Yol İnşaatları Kazı

16 GeoDuvarlar Zemin Çivili Duvarlar Geçici Destek Kazı Kazı 91 9 Zemin Çivili Duvarlar Zemin Çivili Duvarlar Zemin Çivili Duvarlar Zemin Çivili Duvarlar

17 Zemin Çivili Duvarlar Zemin Çivili Duvarlar Yüzeye püskürtme beton uygulaması Delgi yapılması Zemin Çivili Duvarlar Zemin Çivili Duvarlar Zemin Çivisi Öngermeli ankraj destekli Duvarlar Kazı

18 Öngermeli ankraj destekli Duvarlar Öngermeli ankraj destekli Duvarlar 1. Delgi açılması. Kazığın yerleştirilmesi 4. Kazı 5. Ankraj yerleştirme 3. Betonlama 6. Öngerme uygulama Konsol Tipi Dayanma Yapıları Konsol Tipi Dayanma Yapıları Delgi çapı:1.0m. Merkezden merkeze açıklık:.0m. Kazı Açılmış Kuyu Konsol Tipi Dayanma Yapıları Konsol Tipi Dayanma Yapıları Merkezden merkeze açıklık:.0m. H Açılmış Kuyu H Önyüz Panellerinin Montajı

19 Palplanş Kazık Duvarlar Palplanş Kazık Duvarlar Malzeme: Çelik veya Öngerilmeli Beton Zemin içerisine titreşimli çekiçler veya çakma suretiyle yerleştirilir Konsol Boyu kazı yüksekliğin genellikle katıdır Dayanma Duvarı Tipleri (Kazı türü) Kazı-Dolgu Türünde İstinat Duvarları (Destekli Geoduvar) Geoduvar Zemin Çivisi Destekli Çok fazla Kazı Geçici Destek gerekli Yüksek Maliyet Kazıklı Palplanş Kazıklı Kazı-Dolgu Türünde İstinat Duvarları (Kazıklı) GeoDuvar/Zemin Çivisi Hibrit Duvar Perde Metal r/f H 1 Fore Kazık GeoDuvar Orijinal Zemin H T Zemin Çivisi H Pahalı Seçenek! Zemin Çivisi Duvarı

20 İnşaat Maliyeti (ABD Kaynaklı) Maliyet Karşılaştırması Duvar Tipi $ (m si) GeoDuvar $ Beton Blok (Donatısız) $60.00 Yerinde hazırlanmış Beton $ Zemin Çivisi $ Konsol Tipi Fore Kazık $ Ankraj Destekli Konsol $ Dayanma duvarı ve iksa sistemlerinde yaşanan bazı göçme örnekleri

21

22 GEOTEKNİK MÜHENDİSLİĞİ TASARIMI-ÖRNEK DERİN KAZI MAKSADI GEÇİCİ KALICI BOYUTLAR Bir İksa Tasarımı Örneği YER ALTI SU DURUMU DEPREMSELLİK ZEMİN ŞARTLARI KAPSAM MALİYET SÜRE TEKNOLOJİ YAPILABİLİRLİK TASARIM KRİTERLERİ ANALİZ KOMŞU YAPI / ALTYAPI İLİŞKİLERİ Temeller Kotlar Mesafeler Yükler RİSK ALTERNATİF ÇÖZÜMLER DÜŞEY ELEMAN İMALATI Palplanş Ayrık Kazık Kesişen Kazık (Jetgrout) Mini Kazık Betonarme Perde Yerinde dökme Diyafram duvar Freze İKSALI YAPI Ankastre İçten destekli Ankrajlı Zemin Çivisi KISMEN İKSALI YAPI VE YUKARIDAN AŞAĞI BODRUM YAPISI İNŞAATI İKSASIZ YAPI Geometri Stabilite Şev-Palye Uzun Vade Kısa Vade Kazılabilirlik Sudan Arınma KISMEN SERBERST KAZI + İKSALI YAPI

23 Bir İksa Tasarımı Örneği Bir İksa Tasarımı Örneği Bir İksa Tasarımı Örneği Bir İksa Tasarımı Örneği Bir İksa Tasarımı Örneği Bir İksa Tasarımı Örneği

24 Bir İksa Tasarımı Örneği Bir İksa Tasarımı Örneği Bir İksa Tasarımı Örneği Kaynaklar Das, B.M. (005), Fundamentals of Geotechnical Engineering, nd Edition, Nelson, a Division of Thomson Canada Ltd. Das, B.M. (004), Principles of Foundation Engineering, 5th Edition, Brooks/Cole, a Division of Thomson Learning Inc. Turner, J.M. (009), Excavation Systems Planning, Design, and Safety, Mc Graw Hill, New York FHWA (001), Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes Design and Construction Guidelines. Publication No. FHWA-NHI FHWA (1996), Technical Manual, Manual for Design and Construction Monitoring of Soil Nail Walls, Publication No. FHWA- SA R, Chapters 1 and, pp FHWA (003), Soil Nail Walls, Geotechnical Engineering Circular No.7, Report NO. FHWA0-IF Kaynaklar (devam) Kaynaklar (devam) FHWA (1994), Soil Nailing Field Inspectors Manual Soil Nail Walls, Report No. FHWA-SA Kempfert, H.G. and Gebreselassie, B. (006), Excavations and Foundations in Soft Soils, Springer-Verlag, Berlin. TS 519 (1989) Ahşap İksa Hesap, Yapım, Bakım Söküm ve Dolgulama Kuralları TS 767 (1989) Çelik İksa-Hesap, Yapım, Bakım ve Söküm Kuralları TS 768 (1989) Betonarme İksa-Hesap, Yapım, Bakım ve Söküm Kuralları US Army Corps of Engineers (00), Simplified Procedures for the Design of Tall, Stiff Tieback Walls, Engineer Research and Development Center, ERDC/ITL TR US Army Corps of Engineers (00), Methods Used in Tieback Wall Design to Prevent Local Anchor Failure, Progressive Anchorage Failure, and Ground Mass Stability Failure, Engineer Research and Development Center, ERDC/ITL TR

25 İletişim Bilgileri Doç.Dr. Selim ALTUN Ege Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Bornova / İzmir Tlf : 0(3) E-Posta : selim.altun@ege.edu.tr 145 5