INM 405 Temeller. Yrd.Doç.Dr. İnan KESKİN. Dersin Amacı - İçeriği, Zemin İnceleme Yöntemleri. Hafta_1-2

Transkript

1 Hafta_1-2 INM 405 Temeller Dersin Amacı - İçeriği, Zemin Yrd.Doç.Dr. İnan KESKİN inankeskin@karabuk.edu.tr, inankeskin@gmail.com

2 TEMELLER Hafta Konular 1 Ders Amacı-İçeriği, Zemin 2 Arazi Deneyleri 3 Yüzeysel Temeller; Kare/Dikdörtgen Temeller, Daire ve Halka Temeller, Birleşik Temel, Sürekli Temel, Şerit Temel 4 Yüzeysel Temellerde Taşıma Gücü; Taşıma Gücü Teorileri 5 Yüzeysel Temellerde Taşıma Gücü; Arazi Deneyleri ile Taşıma Gücü Hesaplamaları 6 Eksantrik Yüklü Temeller 7 Derin Temeller; Kazıklar 8 Kazıkların Taşıma Gücü; Problem Çözümü 9 Derin Temeller; Ayak ve Keson Temeller 10 Temellerin Oturması; Oturmanın Tanımı, Mekanizması 11 Temellerin Oturması; Problem Çözümleri 12 Temel Zemini İyileştirmeleri 13 Temel Çukuru Güvenliği; Destekli Kazıların Tasarımı 14 Ankarajlar

3 DERS KAPSAMINDA ÖNERİLEN ve YARARLANILAN KAYNAKLAR

4 Bir alanın (arsa, arazi, yer vb.) altındaki zeminin derinliğine öğrenilmesine zemin incelemesi (zemin etüdü, geo-jeoteknik inceleme, geo-jeoteknik etüd) denir. Zemin ile zemin içerisinde temeli olan taşıyıcı sistem birbirleriyle karşılıklı etkileşim içerisindedir. O nedenlidir ki bir alanın herhangi bir mühendislik işi için uygunluğunu belirlemek inşaatı güvenli ve ekonomik olarak projelendirmek ve uygulamak için zemin incelemesi önemlidir. Zemin incelemesi ile belirlenecek Geo-Jeoteknik özellikler Mühendislik yapısı Zemin sınıfı, YASS, ɣ, w, e, n, Sr, Dr, qu, c, φ, mv, Cc, cv.. Z 1 Z 2 Zemin ortamı Temel sistemi Z 3

5 Zemin incelemesinin amacı, zeminin emin taşıma gücünün belirlenmesi, uygun temel sisteminin seçimi, temel zemininde meydana gelebilecek oturmanın tahmini, şev tasarımı, kazı kaplaması tasarımı vb. işlerdir. Zemin incelemesi, inşaat işine bağlı olarak kapsam açısından çok değişiklik gösterir olmakla birlikte maliyet açısından toplam inşaat maliyetinin %0.2 si ile %2 si arasında değişebilir.

6 Zemin inceleme yöntemleri Büro ve yüzey incelemesi Derinliğine inceleme İnceleme çukurları ve hendekleri sondaj Sondalama (arazi deneyleri) El alet ve burguları ile Motorlu burgular ile Dönel (rotary) sondaj ile Darbeli sondaj vb. Dinamik sondalama SPT vb. Statik sondalama CPT vb. Sismik yöntem Jeofizik yöntemler Rezistivite vb.

7 Büro ve yüzey incelemesi Varsa alan veya komşu yapılar için zemin incelemesi raporları elde edilir. Geniş alanlar için varsa hava ve uydu fotoğrafları haritalar vb. incelenir. Bunlar alanın topoğrafyası, su durumu, yüzey zeminleri, toprak kaymaları vb. için önemli bilgiler sağlar. Yüzey incelemesi ile temel zemini ve daha altaki zeminler hakkında ilk bilgiler elde edilir. Alan gezilip dolaşılarak topağrafya, zemin cinsleri, kütle hareketleri, su durumu (yüzey ve yer altı suyu), taşkın yada sellenme hakkında bilgi edinilir. Koşu yapıların durumları hakkında bilgi toplanır.

8 Derinliğine inceleme Planlanan mühendislik yapısı için esas inceleme zeminin derinlik boyunca nasıl bir davranış sergileyeceğidir. Derinliğine inceleme yöntemi oldukça önemli olup, araştırma inceleme çukurlarından, sondajlardan, labaratuvar ve arazi deneylerinden jeofizik yöntemlere kadar çok geniş bir yelpazeye sahiptir. Zemin özellikleri labaratuvar deneyleri yada arazi deneyleri kullanıalarak ortaya konulmaktadır. Labaratuvar deneyleri için zeminden örnek almak gerekmekte olup zemin örneği örselenmiş yada örselenmemiş olmak üzere iki şekilde elde edilir. Araştırma çukuru 1-5 m >1.5m kendini tutabilen zemin >1.5m kum, çakıl vb. zemin

9 Derinliğine inceleme/örnek alma Gerek inceleme çukurlarından, gerekse sondaj kuyularından, uygun zeminlerden örselenmemiş örnek almak için örnek alıcı kullanılır. Bir örnek alıcı, ucu keskin, içi boş çelik bir boru olup, paslanmaz çelik vb. den yapılır. İç çapı= 38 mm-100 mm Uzunluğu= 0,2-0,7m

10 Derinliğine inceleme/sondajlar Zeminde, çapı cm olabilen delik açma işlemine verilen addır. Sondajlar, çeşitli yöntemlerle yapılabilir. El alet ve burguları ile sondaj Motorlu burgularla sondaj Rotary (Dönel) sondaj Sığ derinlikler (3-5) için tercih edilmektedir. Genelde sert olmayan kohezyonlu zeminler için uygun olmaktadır. Sert çakıllı, taşlı zeminler için uygun olmamaktadır. Motorlu burgulu sondaj Rotary sondaj

11 Derinliğine inceleme/sondajlar/motorlu burgulu sondaj Bu tür sondaj makinası portatif olmakla birlikte küçük motorlu tipte veya iskeleli olabilmektedir. İlerleme zorluğundan zemin durumu (sıkılık, sertlik) değerlendirilir. Delme sırasında çıkan zemin örselenmiş zemindir. Zaman zaman örselenmemiş örneklerde alınabilinir. Sığ bir kuyu loğu çıkarılır.

12 Derinliğine inceleme/sondajlar/rotary (dönel) sondaj Kendi ekseni etrafında dönerek, üzerinde döndüğü yapıyı kesen, koparan veya öğüten döner deliciler aracılığıyla yapılan silindirik biçimli kazı işlemine döner sondaj denir. Rotary (Dönel) sondaj ucuna kesici uçlar takılabilen, birbirine vidalanmış, su borusuna benzer boru (tij) sistemini, bastırarak döndürebilen motor bulunur.. Kesici uç zemini parçalarken, tij sisteminin içine basılan su zeminle karışarak çamur tankına gelir. İlerleme hızından zeminin sertliği sıkılığı tahmin edilir. Çıkan çamurdan geçilen zemin hakkında bilgi edinilir. Kendini tutamayan zeminlerde, sondaj iç yüzeyinin içe göçmesini önlemek için kaplama boruları veya sondaj çamuru( bentonit, bir tür şişen kil) kullanılır. Bazen sondaj suyu yerinede dolaştırılan sondaj çamuru, kuyunun yan yüzeylerine hidrostatik basınç uygular ve sıvayarak, göçmeyi önler.

13 Derinliğine inceleme/sondajlar/rotary (dönel) sondaj Halat veya rijit çubuklarla, keskin ağızlı ağır bir kazıcının zemin üzerine serbest bırakılarak derinliğe doğru yapılan kazı işlemi sonucunda oluşan kırıntıların kova vb. gereçlerle yukarı alındığı sondaj işlemine darbeli sondaj denir. Sondajcılıkta ilk yöntem darbeli sondaj yöntemidir. Kayacın parçalanması için gerekli enerji darbelerle sağlandığından bu adla anılır. HALATLI ve ÇUBUKLU olmak üzere iki şekilde dizayn edilmiştir. Halat yada çubuklara bağlı keskin uçlar yukarıya kaldırılıp hızla bırakılması sonucunda derinliğine kazı yapma işlemine DARBELİ SONDAJ, yöntemin uygulanması için kullanılan makinaya da darbeli sondaj makinası denir.

14 Derinliğine inceleme/inceleme derinliği Gerilme değişiminin önemsiz olduğu zemin derinliğine kadar araştırma yapılmalı. İnceleme derinliği, yapı yüklerinden, oturma, taşıma gücü vb. açılardan, olayların büyük kısmının yer aldığı derinlik olup, bu derinlik altındaki olaylar ihmal edilebilir kabul edilir. Anlamlı derinlik, zemine uygulanan basıncın 1/5 veya 1/10 değerine azaldığı derinlik veya zemine uygulanan basıncın azalan değerinin, zeminin kendi ağırlığından oluşan düşey gerilmelerin 1/10 una eşit olduğu derinlik olarak tanımlanabilir. Ortalama olarak anlamlı derinlik, üniform yüklenmiş dikdörtgen bir alanın tabanından itibaren, kısa kenarın (B) 1,5-2 katı, şerit yüklerde 3B kadardır.

15 Derinliğine inceleme/sondaj sayısı İnceleme çukuru ve sondajların yeri ve sayısı, tabakalaşmanın tabaka kalınlıklarının, zemin cins ve özelliklerinin vb.nin alan altında yatay doğrultuda değişimlerini yeterli ölçüde verecek şekilde olmalıdır. İnceleme çukuru ve sondajların yeri ve sayısı, projenin tipi boyutu, araştırma bütçesi ve beklenen yüklerin yerlerine göre belirlenir.

16 Derinliğine inceleme/sondalama-arazi deneyleri Sondalamada, silindirik bir cisim zemine çakılarak (dinamik sonda) veya itilerek (statik sonda), uygulanır. Zeminin bu işlemlere gösterdiği tepki ölçülerek zemin hakkında bilgi edinilir. Sıkılık-gevşeklik, sertlik-yumuşaklık, kayma direnci parametreleri, taşıma gücü, temel oturmaları vb. bilgilere bu yöntemlerle elde edilen bilgileri işleyerek ulaşmak mümkündür.

17 Derinliğine inceleme/sondalama/spt Standart Penetrasyon Deneyi (SPT) tüm dünyada en yaygın olarak kullanılan saha deneyidir. SPT en uçta boyuna yarık tüp olarak bilinen standart örnek alıcısının bağlı olduğu tijlerin üzerine, 63.5 kg ağırlığındaki bir şahmerdanın 76.2 cm yükseklikten tekrarlı bir şekilde bırakılararak kuyu tabanından toplamda 45 cm lik penetrasyon sağlanana kadar çakılması olarak tanımlanabilir. Yarık tüpü zemine her biri 15 cm olan üç hamlede çakılır. İlk çakma evresi olan 15 cm oturma olarak kayıt edilir. İkinci ve üçüncü evrelere ait ilerlemelerdeki darbe sayısı toplanarak N değeri yada SPT direnci elde edilir. Günümüzde zemin türünü, kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerin sıkılık, mukavemet, kıvam ve sıvılaşma durumu ile temel zemini taşıma kapasitesi ve tahmini oturmayı belirlemekte kullanılan

18 Derinliğine inceleme/sondalama/spt

19 Derinliğine inceleme/sondalama/spt Bu deney için bir sondaj delgisi gereklidir. Sondaj delgisinin tabanı iyice temizlendikten sonra deney derinliği m hassasiyet ile kaydedilir. Sondaj tijlerine SPT tüpü sabitlendikten sonra tüp tabana yumuşak bir şekilde düşürülmeden indirilir. Tij üzerinde üç adet 15 cm lik ilerleme adımı işaretlenir. Her 15 cm lik penetrasyon aşaması için şahmerdanın darbe (serbest düşü) sayısı belirlenir. Sert zeminlerde, ardarda üç 15 cm ilerleme aşamasından bir tanesinde, 50 darbede 15 cm penetrasyon gerçekleşmez ise deney durdurulur ve refü değerine ulaşıldığı şeklinde yorumlanır. Bu durum 50 darbe/penetrasyon miktarı olarak not edilir. Bazı uygulamalarda 100 darbeye ulaşıldığında 300 mm den daha az ilerleme kaydedilmiş ise deney sonlandırılır. Eğer 10 darbe sonrasında hiç ilerleme kaydedilmemiş ise yine deneye son verilir. Deney sondaj içerisinde genellikle 1.5 m de bir adet olmak üzere tekrarlanır.

20 Derinliğine inceleme/sondalama/spt Ölçülen (ham) N değeri (N ham ) mümkün olan durumlarda tüm zeminler için aşağıdaki bağıntı kullanılarak (N1) E ye dönüştürülmelidir. (N) 60 : %60 enerji ve örtü yükü düzeltmesi yapılmış SPT değeri N : gereği halinde yeraltı suyu düzeltmesi uygulanmış değer, C E : enerji düzeltme faktörü, C N :örtü yükü düzeltme faktörü, C B : delgi çapı düzeltme faktörü, C S : tüp tipi düzeltme faktörü, C R : tij uzunluğu düzeltme faktörü ve C BF : darbe hızı düzeltme faktörüdür. Geoteknik parametrelerin elde edildiği birçok korelasyonda % 60 enerji oranına göre düzeltilmiş N 60 kullanılmaktadır. E R : enerji oranı

21 Derinliğine inceleme/sondalama/spt Sondaj Çapı Sondaj çapı düzeltmesi Skempton, mm 1 C B 150 mm mm 1.15 Tij Boyu Sondaj tij boyu düzeltmesi Skempton, 1986 C R 3-4 m m m 0.95 >6m 1

22 Derinliğine inceleme/sondalama/spt σ r : 100kN/m2 referans gerilme σ v' : Hesap yapılan derinlikteki efektif gerilme

23 Derinliğine inceleme/sondalama/spt

24 Derinliğine inceleme/sondalama/cpt Konik penetrasyon deneyi (CPT), aynı zamanda statik penetrasyon deneyi olarak da tanımlanmakta olup konik geometriye sahip bir ucun metal çubuklara monte edilerek kuyu açmaya gerek kalmaksızın hidrolik baskı ile zemine sabit bir hızla itilmesi için gerekli kuvvetin sürekli olarak ölçümünü kapsamaktadır.

25 Derinliğine inceleme/sondalama/cpt Yumuşak killerden sıkı kumlara kadar eğişen aralıkta kullanılabilen CPT çakıllar ve bloklu zeminler için uygun değildir. CPT nin zemin araştırmalarındaki rolü aşağıdaki maddeler ile özetlenebilir; Zemin profilinin belirlenmesi Yeraltı suyu seviyesinin belirlenmesi Boşluk suyu basıncının tahmini Zemin katmanlarının fiziksel ve mekanik özelliklerinin tahmini Sığ ve derin temellerde oturma ve taşıma gücü yaklaşımları Sıvılaşma potansiyeli değerlendirmeleri Çevre geotekniğinde kontaminantların tespiti (zemin özdirenci ölçümü ile) Zemin iyileştirme uygulamalarında kalite kontrolu Üç bileşenli jeofonlar ile sismik dalga hızı ölçümleri

26 Derinliğine inceleme/sondalama/cpt

27 Derinliğine inceleme/sondalama/pmt (Presiyometre deneyi) Presiyometre deneyi bir sondaj kuyusu içerisine düşey pozisyonda yerleştirilen silindirik bir hücrenin (sondanın) esnek bir membran yardımıyla kuyu çeperine üniform yayılı ışınsal (radyal) basınçların kuyu cidarında oluşturduğu deformasyonlara karşıt gelen hacim-basınç grafiğinin değerlendirilmesinden ibarettir. Deneyde zemine uygulanan gerilmeler ve birim deformasyonlar aynı anda ölçülebilmektedir PMT, hemen her türlü zeminde ve kayalarda uygulanabilmektedir. Deney sonuçları başlıca zeminlerin dayanım ve deformasyon modülü parametrelerinin belirlenmesinde ve temel tasarımında taşıma gücü ve oturma hesaplamalarında kullanılmaktadır. Presiyometre hücrelerinin çapları değişik modellerde 70 mm ila 82 mm, boy/çap oranları ise 4.2 ila 7.4 aralığında değişmektedir. Deney derinliğine yerleştirilen presiyometre hücresi yüzeydeki kontrol ünitesine plastik tüplerle bağlıdır.

28 Derinliğine inceleme/sondalama/pmt (Presiyometre deneyi)

29 Derinliğine inceleme/sondalama/arazi Kanatlı Kesme (Veyn) Deneyi Arazi kanatlı kesme deneyi 0 200k N/m 2 drenajsız kayma dayanımına sahip suya doygun killerin drenajsız kayma dayanımını belirlemek amacıyla geliştirilmiş bir yöntemdir. Deney siltler, organik zeminler, atık çamurları gibi malzemelerde de kullanılmaktadır. Deney esnasında kısmi drenaja izin veren kum, çakıl veya benzeri yüksek derecede geçirgen zeminlerde uygulanmamaktadır. Bu deney özellikle yumuşak/hassas zemin koşullarının oluştuğu deniz çökellerinde başarılı sonuçlar vermektedir. Deney düzeneği bir tijin ucuna sabitlenmiş birbirine dik ve eşit boyutta dört adet dikdörtgen bıçaklı kanat ve sisteme yüzeyden sabit hızda dönme hareketi veren bir üniteden oluşmaktadır. Kanatlı kesici zemine istenilen derinliğe kadar itilerek gömülmekte ve yüzeyden uygulanan burulma momenti (tork) kanatlı kesicinin zemini silindirik bir kayma düzlemi boyunca yenilmesine kadar arttırılmaktadır.

30 Derinliğine inceleme/sondalama/arazi Kanatlı Kesme (Veyn) Deneyi

31 Derinliğine inceleme/sondalama/arazi Kanatlı Kesme (Veyn) Deneyi d = mm burulma Killer için, ve özellikle yumuşak killer Temel mantık, cihazı zemine soktuktan sonra sabit hızla kanatları döndürerek burulma açısının belirlenmesidir. Burulma miktarından drenajsız kayma mukavemeti c u belirlenir

32 Derinliğine inceleme/sondalama/dilatometre deneyi Marchetti (1975) tarafından tariflenen özel yassı bıçağın zemin içerisine sürülmesi veya çakılması sırasında gelişen penetrasyon direnci ile farklı derinliklerde bıçağın bir yüzeyine iliştirilmiş paslanmaz çelik membranın (diyafram) yaklaşık 1 mm kadar şişirme indirme döngüsü için gerekli olan basınç ölçülür. Dilatometre deneyi genel olarak dilatometre bıçağının kırılmaması/bükülmemesi ve çelik diyaframın aşırı deforme olmaması koşuluyla her tip zemin içerisinde uygulanabilmektedir. Önceki çalışmalar, DMT nin kum, silt, kil ve organik kil tipi zeminlerde diğer zemin türlerine göre çok daha iyi sonuç verdiğini göstermektedir. Çakıl ve daha iri daneli zeminlerde uygulanması durumunda ek olarak başka deneylerin yapılması tavsiye edilmektedir. Dane çapı, diyafram çapı olan 60 mm yi geçen iri çakıllı-bloklu zeminlerde uygulanamamaktadır.

33 Derinliğine inceleme/sondalama/dilatometre deneyi

34 Derinliğine inceleme/sondalama/dilatometre deneyi

35 Derinliğine inceleme/jeofizik Yöntemler

36 Zemin incelenmesi Raporu Bkz INM308 Zemin Mekaniği II