Zemin Etüdleri: Dikkat Edilecek Hususlar

Transkript

1 Zemin Etüdleri: Dikkat Edilecek Hususlar Y. Doç. Dr. Nejan HUVAJ ODTÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Anabilim Dalı 1 Ağustos 2016 Ankara

2 İçerik Zemin etüdü nedir? Amaçları nelerdir? Zemin etüdünün aşamaları Ön çalışma Sondajlar ve Arazi Deneyleri Laboratuvar Deneyleri Zemin Etüdü Veri Raporu Hazırlanması Zemin Etüdlerinde Saptanan Yaygın Hatalar 2

3 3

4 4

5

6

7 Burj Khalifa 7

8 İzmit Orhangazi Köprüsü

9

10 Zemin tabakaları Zayıf zemin Kazık Anakaya Anakaya veya sağlam zemin 10

11 Mütemadi temel Tekil temel Radye temel

12 Zemin etüdü nedir? Bütün mühendislik yapılarının yükleri zemin veya kaya tabakalarına aktarılır. Temellerin altındaki zemin özelliklerinin ve zemin davranışının bilinmesi önemlidir. Zemin: - İnsan yapımı değil doğal bir malzemedir - Katı daneler, su, ve hava olmak üzere üç faz içerir - Heterojen ve anizotroptur Zemin etüdü güvenli ve ekonomik tasarımlar yapabilmek için söz konusu yapının oturacağı zemin ile ilgili jeolojik ve geoteknik bilgilerin toplanması ve değerlendirilmesidir. 12

13 Zemin etüdünün amaçları zemin ve/veya kaya katmanlarının lokasyon ve kalınlıklarının belirlenmesi, zemin koşullarının değişkenliklerinin belirlenmesi, laboratuvar deneyleri ve değerlendirme için numuneler alınması, ilgili mühendislik özelliklerinin elde edilmesi için yerinde deneyler yapılması, arazi izleme aletlerinin (inklinometre, piezometre, vb.) yerleştirilmesi, ilgili sahanın tasarlanan yapı için uygunluğunun belirlenmesi, - zemin profilini (tabakaların kalınlıklarını), cinslerini, mühendislik özelliklerini ve yer altı su seviyesini belirlemek, - zeminde oluşacak gerilme-deformasyon davranışını ve alınması gerekecek önlemleri planlayabilmek için veri toplamak 13

14 Zemin etüdüne ayrılacak bütçe inşaat maliyetinin yüzde kaçı kadardır? Yapının güvenli ve ekonomik projelendirilmesi ve olası problemlerin önceden anlaşılabilmesi için zemin etüdüne ayrılması gereken bütçe: inşaat maliyetinin % 1 i kadardır. İnşaat süresince ve inşaat sonrasında problem yaşanmaması için bu bütçeden kaçınmamak gerekir. Örnekler: * Temel kazısı sırasında farklı zemin koşullarının ortaya çıkması nedeniyle temel projesinin kısmen veya tümüyle değişikliğe uğraması. (Gecikme ve ekonomi) * İnşaat sonrası yapısal hasarların ortaya çıkması. Toplam ve farklı oturmalar, mukavemet kaybı, sıvılaşma gibi. (Can ve ekonomik kayıplar) 14

15 İKİ AYRI RAPOR: Zemin Etüdü Veri Raporu Geoteknik Değerlendirme Raporu 15

16 İçerik Zemin etüdü nedir? Amaçları nelerdir? Zemin etüdünün aşamaları Ön çalışma Sondajlar ve Arazi Deneyleri Laboratuvar Deneyleri Zemin Etüdü Veri Raporu Hazırlanması Zemin Etüdlerinde Saptanan Yaygın Hatalar 16

17 Ön Çalışma aşaması Arazinin genel zemin profili, Arazinin topoğrafik durumu, Bölgenin jeolojisi hakkında literatür bilgileri, Mostra vermiş jeolojik birimler, Yeraltı suyu koşulları, Komşu yapılar ve kazıların davranış biçimleri, Varsa önceden yapılmış zemin etüdü çalışmalarının incelenmesi sonuçları (civar yapılar için yapılmış zemin etüt çalışmaları, imara yönelik çalışmalar vb.) Uydu ve hava fotoğrafları, Bölgenin depremselliği, Diğer ilgili Faydalı olabilecek diğer bilgiler. 17

18 Ön Çalışma aşaması 1. Yapı ile ilgili bilgilerin toplanması Yapı tipi, kullanma amacı, bina oturma alanı, kat sayısı, temelbodrum derinliği, özel mimari koşullar vs. 2. Arazi ile ilgili mevcut bilgilerin derlenmesi Bölge ile ilgili jeoloji haritaları, topoğrafik haritalar, hava fotoğrafları, hidrolojik veriler, yakındaki su veya zemin sondajları, yerel yönetimlerin şartları, ilgili yayınlar. 3. Arazinin gezilmesi Arazinin bizzat gezilmesi, topoğrafyanın ve komşu yapıların incelenmesi (oturma, çatlak, temel derinliği, eğim, heyelan potansiyeli vs.), komşu yapıların zemin etüd raporları 18

19 Topografik harita Hava fotoğrafı Jeoloji haritası 19

20 Zemin etüdlerinde kullanılan yöntemler: - Araştırma çukuru - Sondaj - Arazi deneyleri (SPT, CPT, arazi vane deneyi, pressiyometre deneyi, jeofizik yöntemler...) - Örselenmiş ve örselenmemiş zemin numuneleri alınması - Laboratuvar deneyleri 20

21 ARAŞTIRMA/MUAYENE ÇUKURLARI Muayene çukurları düşey olarak açılırlar. Zeminin doğal yapısını bozulmadan görmek, numune almak ve yerinde deney yapmak için açılırlar. Genellikle 3-5 m (kazıcının eriştiği) derinliğe kadar açılırlar. İçine insan girebilecek genişlikte olur. Fotoğraflanır, izlenimler ve kesitler yerinde not edilir ve çizilir. Genellikle hafif yapılar için, sondajları doğrulama amacı ile açılırlar. 21

22 Araştırma Çukuru 22

23 Muayene çukurlarının yerleri ve büyüklükleri temel zeminini örselemeyecek şekilde, mümkünse planda temelin bulunmadığı bölgelerde açılacak şekilde planlanır. Gerekli inceleme, ölçüm ve deneyler yapıldıktan sonra aynı gün içinde kapatılır. Açıldığı bölge ve boyutu itibariyle temel zemininde zafiyet yaratabilecek muayene çukurları, sorumlu mühendisin görüşleri doğrultusunda uygun malzeme serilip sıkıştırılarak doldurulur. 23

24 24

25 Sondajlar Sondajların Amacı: Temel zemininin tabakalaşma durumunun saptanması Saptanan bu tabakaların mühendislik hesaplarında kullanılacak olan özelliklerinin elde edilmesi (arazi deneyi ve laboratuvar) Yeraltı su seviyesinin tespiti SONDAJ PLANLAMASI (Sondajların sayısı, yerleri ve derinlikleri) İncelenecek alanın büyüklüğü Etkin gerilme derinliği Etkin gerilme derinliği boyunca mevcut zeminlerin homojenliği Yapılacak olan mühendislik yapısının plandaki boyutları, yüksekliği, kat adedi ve birim alana gelecek yük 25

26 26

27 idealize zemin profili 27

28 SONDAJLAR Zemin tabakalarının tanımlanması ve temsili örneklerin alınması amacıyla zemin içinde açılan dar ve derin delik açma işlemidir. Genellikle m derinliklere ulaşılır. Jeolojik geoteknik etüt haricindeki amaçlar (maden, petrol, bilim) için 12 km ye kadar uzayabilir. Çapları yaygın olarak mm aralığındadır. (Yer altı suyu gözlem ve deneyleri için cm olabilir.) İçinde bazı arazi deneyleri yapılır, düzenli aralıklarla numune alınır, yer altı su seviyesi ölçülür. İçinde jeofizik araştırma ve jeolojik inceleme yapılabilir. Yumuşak kil veya yer altı su seviyesi altındaki kumlu zeminlerde sondaj deliğinin göçmemesi için muhafaza borusu kullanılabilir. 28

29 SONDAJ DERİNLİĞİ NEYE GÖRE BELİRLENİR Etkin gerilme derinliği / Yapı etki bölgesi B 2 B Kare şeklindeki bir temel için 29

30 Yapı etki bölgesi, inşa edilecek yapıdan dolayı oluşacak ilave düşey efektif gerilmelerin (Boussinesq, Westergaard, iki düşey bir yatay dağılım vb. kabul görmüş basınç dağılım yöntemleri ile), temel taban basıncının %10 una eşit olduğu derinlik veya mevcut efektif örtü yükünün %10 una eşit olduğu derinlik olarak tanımlanabilir. Bu iki derinlikten büyük olanı inceleme derinliği olarak alınır. 30

31 temel taban basıncının %10 una eşit olduğu derinlik mevcut efektif örtü yükünün %10 una eşit 31 olduğu derinlik

32 Derinlikle zeminde oluşacak gerilme artışı, z ye bağlı olarak 32

33 o Dikdörtgen radye temelin tabanından itibaren kısa kenarının 1.5 katı derinlik: D+1.5B 34

34 Sondajların Derinliği B eninde şerit temeller için: D+4B 35

35 SONDAJ SAYISI Küçük parsellerde çok değişken zemin koşullarının bulunduğu haller dışında, her 300 m 2 için en az bir sondaj yapılır. Genellikle sondaj sayısı olarak dört köşe + bir merkez uygulanır. Birbirine yakın küçük yapılar birlikte değerlendirilebilir. 36

36 37

37 38

38 Sondaj ve numune alımı İyisan (2009) 39

39 40

40 Örselenmiş Numune o Sondajlar ilerlerken veya muayene çukurlarından alınırlar. o Doğal yapıları bozulur, koruma şekline bağlı olarak su muhtevalarını koruyabilirler. o Esas olarak sınıflandırma ve tanımlama için kullanılırlar. o Kavanoz, plastik torba, tüp veya muhafaza içinde korunurlar. SPT kürek 42

41 Örselenmemiş Numune o Zeminin doğadaki durumunu mümkün olduğu kadar temsil eden, yapısı ve su muhtevası korunmuş zemin numunesidir. Sadece üzerindeki gerilme kaldırılmıştır. o Tam anlamıyla örselenmemiş numune alınması mümkün değildir. Amaç örselenmeyi minimumda tutmaktır. 43

42 En yaygın örselenmemiş numune alma yöntemi Shelby denilen ince cidarlı tübün sondaj tabanına basılmasıdır. Diğer bir yaygın metod ise blok numune alımıdır. Numuneler parafin kaplanarak su içerikleri korunur. 44

43 Tüp numunenin örselenmesini etkileyen parametreler; o Alan Oranı Örselenmenin minimumda tutulması için AO nun %12 den küçük olması gerekir. 45

44 46

45 Kayada Karot Alımı o Karot Yüzdesi; Karotiyer içinde elde edilen toplam karot uzunluğunun karotiyer toplam ilerleme mesafesine oranıdır. 47

46 Kayada Karot Alımı o Kaya Kalitesi Özelliği (RQD-Rock Quality Designation); 48

47

48 Numune alma Örselenmemiş numune 51

49 N 52

50 53

51 54

52 04:10-08:00 16:47-21:40 55

53 N N 25 56

54 Derinlik (m) SPT-N 57

55 LOGO İşin adı 58

56 61

57 N 62

58 63

59 64

60 65

61 66

62 67

63 68

64 N İyisan (2009) 69

65 N İyisan (2009) 70

66 CPT: Koni Penetrasyon Deneyi Paul Mayne, Georgia Tech 71

67 CPT: Koni Penetrasyon Deneyi 72

68 Paul Mayne, Georgia Tech 73

69 74

70 75

71 76

72 77

73 Killi zeminlerin drenajsız kayma dayanımını belirlemek için yapılır 78

74 Geoteknik Rapor İyisan (2009) 79

75 Zemin Kesiti-Geoteknik Değerlendirme Zemin kesitinin tanımlanması ve değerlendirilmesi Yapı-zemin ilişkisi irdelemesi Temel zemininin belirlenmesi Tasarım parametreleri Taşıma gücü ve oturma analizleri Kazı güvenliği ve şev stabilitesinin değerlendirilmesi Sıvılaşma ve dogal afet risklerinin değerlendirilmesi vs. 80

76 81

77 82

78 SONDAJA DAYALI ZEMİN ETÜDÜ RAPOR FORMATI İÇİNDEKİLER 1. GENEL BİLGİLER 1.1. Etüdün Amacı Ve Kapsamı 1.2. İnceleme Alanının Tanıtılması 1.3. Jeoloji 2. ARAZİ ARAŞTIRMALARI VE DENEYLER 2.1. Sondaj Kuyular 2.2. Yeraltı ve Yerüstü Suları 2.3. Arazi Deneyleri 3. LABORATUVAR DENEYLERİ VE ANALİZLER 3.1. Zeminlerin İndeks / Fiziksel Özelliklerinin Belirlenmesi 3.2. Zeminlerin Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi 3.3. Kayaların Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi 4. MÜHENDİSLİK ANALİZLERİ VE DEĞERLENDİRMELER 4.1. Bina-Zemin İlişkisinin İrdelenmesi 4.2. Zemin ve Kaya Türlerinin Değerlendirilmesi 5. SONUÇ VE ÖNERİLER 6.YARARLANILAN KAYNAKLAR 83

79 IMO Türkiye Mühendislik Haberleri, 2013, sayı

80 87

81 88

82 Özyurt ve Toker (2013) Çalışmanın Amacı: Mevcut uygulamada geoteknik etüt raporlarında birçok eksiklik ve hata bulunmaktadır. Bu hata ve eksiklikleri sistematik bir şekilde inceleyenbir çalışma yapılmamıştır. Bu hata ve eksikliklerin hangi sıklıkta olduğunu tespit etmek amacıyla bu çalışma yürütülmüştür. Ankara nın tüm merkez belediyelerinden 60 adet geoteknik rapor (Altındağ, Çankaya, Etimesgut, Gölbaşı, Keçiören, Mamak, Sincan, Yenimahalle) Diğer şehir belediyelerinden 6 adet geoteknik rapor (Antalya, Çankırı, Çorum, İskenderun, Kırıkkale, Konya) rastgele toplanmış ve değerlendirilmiştir. Toplanan raporların değerlendirmesi 30 farklı teknik kritere göre yapılmıştır. 89

83 Proje bilgisi var mı? (Yerleşim planı, yapı boyutları, kat adedi) Sondajlar yatayda düzgün dağıtılmış mı? EVET HAYIR %9 %14 DİĞER %77 sadece kat bilgisi %14 %7 %79 bilgi yok Sondajlar yeterli sayıda mı? %73 %27 - Sondajlarda yeterli derinliğe inilmiş mi? Sondajların kot, koordinat bilgileri verilmiş mi? %32 %68 - %2 %98 - Özyurt ve Toker (2013) 90

84 Alınması gereken (örneğin killi) her tabakadan örselenmemiş numune alınmış mı? EVET HAYIR %7 %93 Kayada karot alınmış mı? %86 %14 Alınan numune veya karot sayıları yeterli mi? %17 %83 Karot parametreleri belirtilmiş mi? (RQD, TCR) %100 RQD, %75 TCR Özyurt ve Toker (2013) 91

85 EVET HAYIR Yapılan arazi deneyi zemin türüne uygun mu? %87 %13 Yeraltı su seviyesi hakkında bilgi sunulmuş mu? %70 %30 SPT düşeyde yeterli sıklıkta yapılmış mı? %79 %21 Ham SPT değerlerine düzeltme faktörleri uygulanmış mı? %29 %71 Özyurt ve Toker (2013) 92

86 Laboratuvar testleri her bir katman için yapılıyor mu? (UD, karot) Laboratuvar testleri her bir katman için yapılıyor mu? (İndeks) EVET HAYIR %3 %97 %17 %83 Konsolidasyon deneyi var mı? %70 %30 Konsolidasyon deneyinde boşaltma-yeniden yükleme işlemi yapılmış mı? %0 %100 Özyurt ve Toker (2013) 93

87 EVET HAYIR Üç eksenli basınç deneyi yapılmış mı? %49 %51 Yenilme zarfının belirlenmesinde üç adet Mohr dairesi kullanılmış mı? %0 %100 Mohr daireleri birbirinden yeterince uzak mı? %67 %33 Üç eksenli deney sonucuna göre yenilme zarfı düzgün/uygun çizilmiş mi? %83 %17 Özyurt ve Toker (2013) 94

88 EVET HAYIR İdealize zemin profili oluşturulmuş mu? %3 %97 Zemin parametreleri birden fazla şekilde bulunup ortalamaları alınmış mı? (c u, ø, E, m v ) Taşıma kapasitesi hesaplarında SPT sonuçları kullanılmış mı? Temel taşıma gücü hem taşıma kapasitesi hem de oturma limitleri yönünden hesaplanmış mı? Taşıma kapasitesi ve oturma hesapları doğru mu? %9 %91 %32 %68 %22 %78 %67 %33 Özyurt ve Toker (2013) 95

89 Taşıma kapasitesi ve oturma hesapları aynı temel ebatları için hesaplanmış mı? Hesaplarda kullanılan temel alt kotu uygun mu? EVET HAYIR %29 %71 %67 %33 Gerilme sönümlenmesi hesaplanmış mı? %2 %98 Yatak katsayısının belirlenmesinde temel boyutları hesaba katılmış mı? %0 %100 Özyurt ve Toker (2013) 96

90 97

91 Geoteknik etüt raporlarını hazırlayan ve/veya kontrol eden kişilerin geoteknik konusunda yeterli bilgi ve birikime sahip olmadıkları ve bu standart dışı işlerin sonuçlarını tahmin edemedikleri düşünülmektedir. Az-orta katlı konut projeleri için hazırlanan jeoteknik/geoteknik raporlar önemsenmemekte ve sadece prosedürel bir zorunluluk olarak görülmektedir. Özyurt ve Toker (2013) 98

92 Ekonomik bir saha araştırması için, proje sahasına ilişkin ön bilgiler ofis çalışması ile toplanmalıdır. Saha araştırmaları için ayrılan ödenek miktarı arttırılmalıdır. Yerinde yapılan testler sık aralıklarla yapılmalı ve hem test süresince hem de örnekleme çalışmaları sırasında özen gösterilmelidir. İnceleme sahasından alınan örselenmemiş numune sayısı ve yine örnekler üzerinde yapılan laboratuvar testlerinin sayısı arttırılmalıdır. Özyurt ve Toker (2013) 99

93 Zemin parametrelerinin belirlenmesinde, hem yerinde yapılan deney verilerinden ampirik yaklaşımlar ile elde edilen sonuçlar hem de laboratuvar deneylerinden elde edilen sonuçlar dikkate alınmalıdır. idealize zemin profili oluşturulmalıdır Özyurt ve Toker (2013) 100

94 101

95 102

96 103

97 104

98 105

99 106

100 107

101 108

102 109