Sığ Temellerin Tasarımı ve Oturmaların Hesabı

İMO İstanbul Karaköy Şb. 02 Aralık 2017 Sığ Temellerin Tasarımı ve Oturmaların Hesabı Doç. Dr. Sadık Öztoprak İstanbul Üniversitesi - İnşaat Mühendisliği Bölümü oztoprak@istanbul.edu.tr ; sadikoztoprak@gmail.com Tel: 0533 489 0916 Ders İçeriği Konu Başlıkları 1. Zemin Arazi Deneyleri 2. Temel Tipleri. Temel Sisteminin Seçimi ve Taşıma Gücü Teorileri 3. Taşıma Gücünün Farklı Yaklaşımlarla Hesap Edilmesi 4. Tabakalı Zeminlerde, Eksantrik Yüklü Temellerde ve Şevlerde Taşıma Gücü 5. Deprem Durumunda Taşıma Gücü 6. Temellerde Gerilme Dağılımı ve Oturma Hesapları (Ani, Konsolidasyon) 7. Taşıma Gücünün Arazi Deneyleri ile Belirlenmesi : CPT, SPT, Plaka Yükleme ve Presyometre ile Taşıma Gücü Hesabı 8. EUROCODE 7 : Servis Yüklerine ve Oturma Kriterlerine Göre Temel Tasarımı 9. Temellerde Yatak Katsayısının Belirlenmesi 10. Dolgular (Tipleri, Malzeme Seçimi ve Sıkıştırma, Karşılaşılan Problemler, Tasarım Kriterleri) 11. Dolguların Stabilitesi, Kademeli Dolgu İnşaatı, Tasarım Parametrelerinin Seçimi, Efektif Gerilme Analizi, Toplam Gerilme Analizi 12. Temel ve Dolgu Altındaki Zeminlerin İyileştirilmesi 2 1

Zemin Arazi Deneyleri Mayne et al. (2009) 3 Zemin Arazi Deneyleri Zemin İncelemesi Sondaj Örselenmiş Numune Örselenmemiş Numune Numune Alma Arazi Deneyleri SPT CPT Pressyometre Arazi Vane Karot Numune Plaka Yükleme Jeofizik Yönt. 4 2

Zemin Arazi Deneyleri Teknolojik gelişmeler ile birlikte arazi deneylerinin sahada uygulanması iki türlü olabilmektedir ; Geleneksel Yöntemler ve Numune Alma Modern Yöntemler 5 Geçmişte Mayne et al. (2009) Günümüzde Zemin Arazi Deneyleri Ölçülen parametreler KUM KİL 6 Mayne et al. (2009) 3

Zemin Arazi Deneyleri Arazi deneylerinin istenen parametreler için uygunluğu şu şekilde özetlenebilir; Lunne, Robertson & Powell 1997 7 Zemin Arazi Deneyleri Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik? Zemin Grubu (A) Zemin Grubu Sınıfı 1-Masif volkanik kayaçlar ve ayrışmış sağlam metamorfik kayaçlar,sert çimentolu tortul kayaçlar... 2-Çok sıkı kum, çakıl... 3-Sert kil ve siltli, kil... Stand. Penetr. (N) ----- >50 >32 Relatif Sıkılık (%) ------ 85 100 ------ Serbest basınç direnci (kpa) >1000 ------ >400 Kayma dalgası hızı (m/s) >1000 >700 >700 (B) 1-Tüf ve Aglomera gibi gevşek volkanik kayaçlar, süreksizlik düzlemleri bulunan ayrışmış çimentolu tortul kayaçlar... 2-Sıkı kum, çakıl... 3-Çok Katı kil ve siltli, kil... ----- 30-50 16-32 ------ 65 85 ------ 500 1000 ------ 200 400 700 1000 400 700 300 700 (C) (D) 1-Yumuşak süreksizlik düzlemleri bulunan çok ayrışmış metamorfik kayaçlar, çimentolu tortul kayaçlar... 2-Orta sıkı kum, çakıl... 3-Katı kil ve siltli, kil... 1-Yer altı su seviyesinin yüksek olduğu yumuşak, kalın alüvyon tabakaları... 2-Gevşek kum... 3- Yumuşak kil ve siltli, kil... ----- 10-30 8-16 ----- <10 <8 ------ 35 65 ------ ------ <35 ------ <500 ------ 100 200 ------ ------ <100 400 700 200 400 200 300 <200 <200 <200 8 4

Zemin Arazi Deneyleri SPT Dinamik deneydir. Kumlar için daha uygundur. 63.5 kg ağırlığındaki bir tokmağın; 76 cm. yükseklikten serbest düşürülmesi ile numune alıcının zemine toplam 45 cm. sokulması ile yapılan bir deneydir. Her 15 cm. penetrasyon için gerekli darbe sayısı belirlenir. İlk 15 cm. lik giriş deney yapılan seviyede örselenmiş zemin tabakasına ait olduğundan dikkate alınmaz. Son 30 cm. lik giriş için gerekli toplam vuruş sayısı, SPT-N olarak belirlenir. 9 9 Zemin Arazi Deneyleri SPT Makara Makara 25 mm. lik halat Halka Tokmak (63.5 kg) Kılavuz Çubuğu 76 cm Çakma Başlığı Tij Giriş (cm) N (adet) 15 6 15 9 15 14 SPT-N = 23 10 10 5

Zemin Arazi Deneyleri SPT N 1,60 = C E x C R x C S x C B x C N x SPT-N Düzeltilmiş SPT değeri C E = C R = C S = C B = C N = Jeolojik yük düzeltmesi C E C E C E 11 11 Zemin Arazi Deneyleri SPT C R C R C S C S C B C B 12 6

Zemin Arazi Deneyleri SPT C N Jeolojik yük düzeltmesi Özellikle kohezyonsuz zeminlerde gerilme-şekil değiştirme davranışına etki eden faktör düşey efektif gerilmedir. Bu tip zeminlerin penetrasyon direnci çevre basıncına bağlıdır. Aynı zeminde daha derinde yapılan SPT daha büyük N değeri verir. Farklı derinliklerde elde edilen N değerlerini karşılaştırmak için, düşey efektif gerilme (s v ) genelde 100 kpa ( 1 kg/cm 2 ) değerine göre normalize edilir. Referans Düzeltme Faktörü, C N Zemin Tipi s v C N = 2/(1 + 0.01 σ v ) Orta-sıkı, ince kumlar Skempton (1986) C N = 3/(2 + 0.01 σ v ) Normal konsolide sıkı kaba kumlar kpa C N = 1.7/(0.7 + 0.01 σ v ) Aşırı konsolide ince kumlar Liao ve Whitman (1986) C N = (1/0.01 σ v ) 0.5 Tüm Zeminler kpa Seed (1976) C N = 1 1.25 log(0.01 σ v ) Tüm Zeminler kpa Peck ve diğ. (1974) Tüm Zeminler kpa C N = 0.77 log(2000/σ v ) 13 Teng( 1962) Tüm Zeminler kpa C N = 50/(10 + 0.15 σ v ) Zemin Arazi Deneyleri SPT ÖRNEK: 11 m. derinlikte sıkı kum zeminde halka tokmakve kılıflı alıcı ile yapılan deneyde N=23 elde edilmiştir. Kum zeminin bha. = 1.92 t/m 3, sondaj çapı 20 cm. ve tij boyu 5 m. dir. Ayrıca arazide YASS olmadığı ve E r = % 55 kabul edilmektedir. Buna göre N 1,60 değeri kaçtır? ÇÖZÜM: C E = E r E rb = 55 60 = 0.917 C R = 0.85 ( Tij boyu 5 m., sf. 13) C S = 0.80 ( Astarlı, sıkı kum tabaka, sf.13) C B = 1.15 ( Delik çapı = 200 mm., sf.13) C N =? σ v = 11*19.2=211.2 kpa C N = (1/0.01 σ v ) 0.5 [kpa] C N = 0.69 N 1,60 = C E x C R x C S x C B x C N x SPT-N N 1,60 = 0.917 x 0.85 x 0.80 x 1.15 x 0.69 x 23 N 1,60 = 11 14 7

Zemin Arazi Deneyleri SPT 18 16 N 55 Kumlu zeminler için Kulhawy and Mayne (1990) sz: kpa ; pa : Atmosferik basınç (100 kpa) Cubrinovski & Ishiara (1999) sz: kpa ; D50: mm Drenajsız kayma muk., Su (kn/m2) Stroud (1974) Sivrikaya & Toğrol (2002) I p <20 (6-7)N 6.82N 60 20<I p <30 (4-5)N 4.93N 60 I p >30 4.2N 6.18N 60 Terzaghi and Peck (1967) 15 Hara et al. (1974) Zemin Arazi Deneyleri SPT Kulhawy and Mayne (1990) Hacimsel sıkışma katsayısı; Stroud (1976) M v = 1 Nxf f=0.42-0.76 arasındadır. Genelde 0.42 alınır. f m v = m 2 /MN 16 Plastisite Indisi, PI (%) 8

Zemin Arazi Deneyleri SPT SPT N 0-2 Killer Kıvam Çok yumuşak Su (kn/m2) <12.5 2-4 Yumuşak 12.5-25 4-8 Orta katı 25-50 8-15 Katı 50-100 15-30 Çok katı 100-200 >30 Sert >200 SPT N 0-4 Sıkılık Çok gevşek Kumlar I D (%) () 0-15 <28 4-10 Gevşek 15-35 28-30 10-30 Orta sıkı 35-65 30-36 30-50 Sıkı 65-85 36-41 >50 Çok sıkı 85-100 >41 17 Terzaghi (1943) Zemin Arazi Deneyleri CPT, SCPTu Yatayla 60 açı yapan ve 10 cm 2 kesit alana sahip konik başlığın sabit bir hızla zemine batırılmasıdır. V batma = 10-20 mm/sn arasındadır. Özellikle yumuşak kil, siltli kil ile gevşek ve orta sıkı kum zeminlerde uygundur. Çakıl ve sert zeminlerde tercih edilmemelidir. Bu deney ile uç direnci (q c ); çevre sürtünmesi (q s ) ve boşluk suyu basıncı (u) ölçülmektedir. Ayrıca özel bir apart ile cihaz sismik alıcı haline (SCPT) çevrilebilir ve zeminin kayma dalgası hızı (V s ) ölçülebilir. Mekanik CPT (Numune Alıcılı), (CPT) 18 9

Zemin Arazi Deneyleri CPT, SCPTu Piezometre (CPTu) Sismik Piezometre(SCPTu) 19 Zemin Arazi Deneyleri CPT, SCPTu 20 10

Uç Direnci q c (bar) Zemin Arazi Deneyleri CPT, SCPTu Sismik Piezometre, SCPTu Uç Direnci, q c, (MPa) Sürtünme Direnci, q s, (kpa) Boşluk Suyu basıncı, u, (MPa) Zaman, t50 (san) Kayma Dalgası HızıV s, (m/s) 21 Zemin Arazi Deneyleri CPT Deney Sonuçlarının kullanımı (Zemin Sınıflandırması) Robertson et al. (1986) Sürtünme Oranı (%) 1. Hassas İnce daneli zeminler 2. Organik 3. Killer 4. Siltli kil-kil 5. Killi silt-siltli kil 6. Kumlu silt-killi silt 7. Siltli kum-kumlu silt 8. Kum-Siltli kum 9. Kum 10. Çakıllı kum-kum 11. Çok katı ince daneli zemin 12. Kum-killi kum 22 11

Zemin Arazi Deneyleri CPT - CPTu Malzeme indeksi, Ic Q = Net uç Direnci/Efektif Gerilme B q = Boşluk suyu Basıncı değişimi/net uç Direnci F= (100*Sürtünme Direnci) /Net uç Direnci CPT CPTu 23 Zemin Arazi Deneyleri CPT CPT korelasyonları Temiz kumlar (Mayne 2006) Killer için S u qc po cu N k (N k konik uç faktörüdür ve 15.7 olarak seçilebilir) (p o = jeolojik gerilmedir ve kpa olarak kulanılmalıdır) Kumlu silt için 26.6 q c (q c MPa olarak kullanılmalı) Kum için 29.0 q c (q c MPa olarak kullanılmalı) Kulhawy and Mayne (1990) 24 Schmertmann (1970) 12

Zemin Arazi Deneyleri CPT CPT korelasyonları (Devam) Relatif Sıkılık, D r, (%) Lancelotta, (1983) D R (%) q c, s v [t/m 2 ] Ön konsolidasyon Basıncı, P c, (MPa) Killer için; P c = 0.243 q c 0.96 ; Mayne ve Kemper, (1988) q c, P c [MPa] Sıkışma Modülü, M M = 1 m v = 8.25 (q T σ v ) Mayne ve Kulhawy, (1990) 25 Zemin Arazi Deneyleri CPT CPT korelasyonları (Devam) Kayma Dalgası Hızı, V s, (m/s) Araştırmacı Zemin Tipi Formül, V s (m/s) Sykora ve Stokoe (1983) Kum 1.7*q c +134 Sykora ve Stokoe (1983) Kum 109.7*q 0.29 c Lo Presti ve Lai (1989) Kum 277*q 0.29 c *s 0.27 v Mayne ve Rix (1995) Kil 1.75*q 0.627 c 26 13

Zemin Arazi Deneyleri Presyometre Kendinden delmeli presyometre (SBP) 4500 4000 3500 Cavity pressure, p (kpa) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Cavity strain, e (%) 27 Zemin Arazi Deneyleri Presyometre (Menard Tipi) Arazide yapılan deneyler ile zemine ait mukavemet parametreleri ve indeks özelliklerinin belirlenmesinin yanında gerilme-deformasyon davranışının incelenmesi de son derece önemlidir. Presyometre ile zemine ait yatay doğrultuda gerilme-deformasyon eğrisi elde edilebilir. 1956 yılında Fransız Louis Menard tarafından geliştirilmiştir. Ayrıca sıkışabilirlik ve kayma direnicinin yerinde ölçümüne olanak sağlar. Zemin içinde açılmış sondaj çukuruna, alt ve üstünde koruma başlığı olan elastik membran istenilen derinliğe bırakılır. Pnömatik bir kaynak yardımı ile membrana radyal olarak uniform basınç verilir. Membranın hacim değişimi ve uygulanan gerilmeden zemin özellikleri belirlenir. 28 14

Zemin Arazi Deneyleri Presyometre (Menard Tipi) Önceden delmeli presyometre (PBP) 29 Zemin Arazi Deneyleri Presyometre s OH = Yanal toplam gerilme Baguelin et al. (1978) 30 15

Zemin Arazi Deneyleri Plaka Yükleme Deneyi Arazide gerilme-deformasyon özelliklerini belirlemeye yardımcı bir deneydir. Dairesel veya kare şeklindeki bir plaka yüklenerek zeminde meydana gelen oturmalar gözlenir. Bu deneyin uygulanabilmesi için dane çapının palaka çapının 1/10 ndan küçük olması gerekir. Deneyde yüklenen plaka boyutları ile gerçek temel boyutları arasındaki oran çok büyük olduğundan, elde edilen parametrelerin kullanımında dikkatli olmak gerekir. Deney sonucunda zemine ait Taşıma gücü, Yatak Katsayısı ve Elastisite Modülü gibi özellikler belirlenebilir 31 Zemin Arazi Deneyleri Plaka Yükleme Deneyi Zemin Emniyet Gerilmesi Deney sonucu elde edilen gerilme-deformasyon eğrisinden zemin emniyet gerilmesi şu şekilde tayin edilebilir ; 1. Eğride 10 mm. deformasyona kadar herhangi bir kırık yoksa; 10 mm. oturmaya karşı gelen gerilme güvenik sayısına bölünerek (G s = 2) zemin emniyet gerilmesi elde edilir. 2. Eğride 10 mm. deformasyona gelmeden bir kırılma noktası gözleniyorsa bu oturma seviyesine karşı gelen gerilme güvenik sayısına bölünerek(g s = 2) zemin emniyet gerilmesi elde edilir. Elastisite Modülü E = 0.75 D ( ΔP ΔS ) E = πq(1 μ2 ) 4 δ ΔP :Gerilme-Deformasyon eğrisinde iki nokta arası basınç farkı ΔS :Gerilme-Deformasyon eğrisinde iki nokta arası oturma farkı D : Plaka genişliği (cm) D : Plaka genişliği q : Plaka üzerindeki gerilme μ : Poisson oranı δ : Plakanın oturma miktarı 32 16

Zemin Arazi Deneyleri Plaka Yükleme Deneyi Zemin Emniyet Gerilmesi ve Temel Oturması b p B t q em zemin = q em(plaka) b plaka B temel Yatak Katsayısı k = E B (1 μ 2 ) Vesic (1961) E : Elasitiste Modülü B : Plaka çapı veya genişliği μ : Poisson oranı 33 (Teodoru 2009) Zemin Arazi Deneyleri Jeofizik Deneyler Sismik Deneyler 1. MASW (Multi channel Analysis of Surface Waves) 2. PS-logging (Suspension logging for P & S waves) 3. Karşıt kuyu sismiği (Crosshole seismic) 4. Aşağı kuyu sismiği (Downhole seismic) Manyetik alan deneyi (Georadar) Rezistivite Deneyi 34 17

Zemin Arazi Deneyleri Jeofizik Deneyler Sismik Deneyler ile bulunan zemin özellikleri Kayma Modülü G= (g/g)*v 2 s Sıkışma Modülü M = (g/g)*v 2 p Poisson Modülü μ = [0.5*(V p /V S ) 2-1]/[(V p /V S ) 2-1] Zemin Hakim Periyodu T 0 = 4*H/ V s Bulk Modülü B = (g/g)*(v 2- p 4/3*V S2 ) Elastisite Modülü E = [2*(g/g)*V 2 s ]*(1+ μ ) V s ve V p sırasıyla kayma ve basınç dalgası hızı, g yerçekimi ivmesi ve g zeminin birim hacim ağırlığı, H tabaka kalınlığıdır. 35 Zemin Arazi Deneyleri Jeofizik Deneyler Mayne (2001) ve Mayne et al. (2009) Sondaj Kuyusu 58 Kireç Taşı Siltli Kil Hareket Kiltaşı Birim hacim ağırlığı 36 18

Zemin Arazi Deneyleri Jeofizik Deneyler Örnek : Zemin Hakim Periyodunun Hesaplanması Kireç Taşı Siltli Kil Hareket Kiltaşı T 0 = 4*H/ V s T 0 = 4*(H 1 /V s1 + H 2 /V s2 ) T 0 = 4*(32/450+ 32/570) T 0 = 0.509 s 37 Temel tipleri Temeller Yüzeysel Temeller Derin Temeller Tekil. Şerit. Df < B ise yüzeysel temeldir Radye. 38 19

Yüzeysel Temel tipleri Tekil Temel Radye Temel 39 Şerit Temel Temel Sisteminin Seçimi Emniyetli temel tasarımının yapılabilmesi için iki tür analiz yapılarak yeterli güvenlik sayılarının elde edilmesi gerekir 1. Taşıma Gücü : Zeminin kayma göçmesine karşı 2. İzin verilebilir oturmalar 40 20

Taşıma Gücü Genel göçme (Sağlam zemin ve kayalarda) Yerel göçme (Ara durumlarda) Zımbalama (Yumuşak zeminlerde) 41 Yüzeysel Temellerde Taşıma Gücü Genellikle sadece kayma göçmesi analizi gereklidir. Yerel ve zımbalama göçmesi ise oturma analizi ile tahmin edilebilir. Yüzeysel temellerde taşıma gücüne göre göçme analizi yapılması gerekli olsa da; bu tip temellerde oturma göçmeleri daha sık gözlemlenmektedir. Bu nedenle pratikte, yüzeysel temellerin oturma analizi daha önemlidir. 42 21

Taşıma Gücü Teorileri Rankine Kamaları İle Hesap 43 Taşıma Gücü Teorileri Rankine Kamaları İle Hesap 44 22

Taşıma Gücü Teorileri Prandtl Plastk Denge Teorisi 45 Taşıma Gücü Teorileri Terzaghi nin(1943 ) taşıma gücü teorisi; Düşey Denge Yazılırsa ; q sınır B = 2 P p + C B tanφ 1 4 γ B2 tanφ Q sınır = q sınır B W = 1 4 γ B2 tanφ C = c CB = c B 2 cosφ q sınır B = 2 (P pc +P pq + P pγ ) + C B tanφ 1 4 γ B2 tanφ q sınır B = 2 P pc + c B tanφ + 2 P pq + (2 P pγ 1 4 γ B2 tanφ ) 2 P pc + c B tanφ = B c N c 2 P pq = 3 γ D f N q 46 2 P pγ 1 4 γ B2 tanφ = 1 2 γ B N γ 23

Taşıma Gücü Teorileri Meyerhof (1963 ) taşıma gücü teorisi; Düşey Denge Yazılırsa ; Qu :Temele gelen yük W : Aktif kamanın ağırlığı Ppv : JF ve FE düzlemlerine etkiyen pasif kuvvetin düşey bileşeni Üstteki denklemler birbirine eşitlenirse ; 47 Taşıma Gücü Teorileri Terzaghi nin teorisindeki kabuller 48 24

Taşıma Gücü Teorileri Terzaghi nin teorisindeki kabuller Konsolidasyon oturmaları meydana gelmez. Temel zemine göre çok büyük rijitliğe sahiptir. Temel alt kotundan yüzeye kadar olan zeminin kayma mukavemeti sıfırdır; ancak temeli döndüren kuvvetlere karşı bir sürşarj etkisi vardır. Temele üst yapıdan gelen yük düşey doğrultuda temel ağırlık merkezine etkiyen basınç kuvvetidir. Temele etkiyen moment "0 " dır. 49 Taşıma gücünün değişik yaklaşımlarla hesaplanması Terzaghi (1943) Şekil Faktörü şerit daire kare 50 25

Taşıma gücünün değişik yaklaşımlarla hesaplanması Meyerhof (1963) Düşey Yükleme Eğimli Yükleme 51 Taşıma gücünün değişik yaklaşımlarla hesaplanması Meyerhof (1963) Faktör Formül Şekil Derinlik Eğim 52 26

Taşıma gücünün değişik yaklaşımlarla hesaplanması Hansen (1970) Vesic (1973) Vesic (1975) Hansen (1970) Vesic (1973, 1975) 53 Taşıma gücünün değişik yaklaşımlarla hesaplanması Hansen (1970) Vesic (1973) Vesic (1975) Şekil Faktörü Derinlik Faktörü 54 27

Yeraltı Su Seviyesinin Taşıma Gücüne Etkisi Durum 1 Durum 2 Durum 3 Durum 4 γ 1 Durum 1 g 1 = g 1 ' g 2 = g 2 ' γ 2 q u = c N c + γ 1 D f N q + 1 2 B γ 2 N γ Durum 2 g 1 = g 1 g 2 = g 2 ' q u = c N c + (γ 1 D f γ w h w ) N q + 1 2 B γ 2 N γ Durum 3 Durum 4 g 1 = g 1 g 2 = g 2 ' g 1 = g 1 g 2 = g 2 q u = c N c + γ 1 D f N q + 1 2 B γ 2 N γ q u = c N c + γ 1 D f N q + 1 2 B γ 2 N γ 55 Tabakalı zeminlerde taşıma gücü Tabakalı zeminlerde birim hacim ağırlık, kayma mukavemeti açısı ve kohezyon gibi zemin parametreleri derinlik boyunca değişmektedir. Yüzeydeki kayma göçmeleri birden fazla tabakada görülebilir. Yüzeyde gevşek veya yumşak çok kalın bir zemin ; altında sıkı veya sert zemin şeklinde bir zemin profili mevcutsa. Göçme düzlemi tamamen üstteki zayıf zemin içinde kalacaktır; Bu nedenle sınır taşıma gücü değeri bu tabakaya göre belirlenmelidir. Eğer üstte bulunan zayıf zemin tabakanın kalınlığı temel genişliği (B) nden küçükse; üst tabakada zımbalama meydana gelecektir. Bununla birlikte alt tabakadaki zeminde de kayma göçmesi görülecektir. Yüzeydeki tabaka kalınlığı oldukça büyükse; göçme mekanizması sadece üst tabakada kayma göçmesi şeklinde olacaktır. 56 28

Tabakalı zeminlerde taşıma gücü Meyerhof and Hanna (1978),Meyerhof(1974) 57 Tabakalı zeminlerde taşıma gücü Yüzeyde mukavemeti yüksek bir zeminin altında zayıf zemin bulunması durmunda sınır taşıma gücü denklemi şu şekilde modifiye edilebilir : Alttaki zayıf zeminin taşıma gücü; Üst tabakadaki mukavemeti yüksek zeminin taşıma gücü; c a : Adezyon Ks : Üst tabakadakş zeminin zımbalama katsayısı H Üstteki zemin tabakasının kalınlığı (Temel altından itibaren) φ 1 : Üstteki zeminin kayma mukavemeti açısı φ 2 : Alttaki zeminin kayma mukavemeti açısı 58 29

Tabakalı zeminlerde taşıma gücü (Üstteki sağlam zemin) (Alttaki zayıf zemin) 59 Meyerhof and Hanna (1978) Şevlerdeki temellerde taşıma gücü Meyerhof (1957) N s = c γ H 60 30

Şevlerdeki temellerde taşıma gücü Meyerhof (1957) 61 Eksantrik yüklü temellerin taşıma gücü Tek yönlü eksantrisite Temeller; pratikte karşılaşılan birçok durumda, kolonlardan aktarılan eksenel yük ile birlikte eğilme momentine maruz kalırlar. Bu durumda temel zemini altında, bina yükünden dolayı oluşan gerilme dağılımı uniform olmamaktadır. Faydalı temel genişliği : Faydalı temel uzunluğu : Eksantirik temellerde taşıma gücü: 62 31

Eksantrik yüklü temellerin taşıma gücü Tek yönlü eksantrisite 63 Eksantrik yüklü temellerin taşıma gücü Tek yönlü eksantrisite a) Çekirdeğin içinde b)çekirdeğin üzerinde c) Çekirdeğin dışında 64 32

Eksantrik yüklü temellerin taşıma gücü Tek yönlü eksantrisite Bu denklemlere göre, eksantirisite (e), B/6 olursa, qmin 0 olur. e > B/6 ise qmin negatif olmalıdır, bunun anlamı zeminin çekme gerilmesi alması demektir. Ancak zeminde çekme gerilmesi olmaz. Bu durumda sadece zemin ile temel arasındaki temas kaybolur. Eksantirik yüklü temeller, eksenel yüklü temellere göre aynı şartlarda daha az yük taşırlar. Bu nedenle kolonları temel merkezine yerleştirerek; zeminde üniform gerilme dağılışı sağlamak daha faydalıdır. 65 Eksantrik yüklü temellerin taşıma gücü İki yönlü eksantrisite Temeller, tek yönde olduğu gibi aşağıdaki şekillerde verildiği gibi düşey yüke ek olarak x ve y eksenlerinde Mx ve My momentlerine maruz kalabilir. Bu durumda tek eksenli eksantiristede de olduğu gibi; x = eb ve y = el uzunlukları ile eşdeğer Q yüküne çevrilir. 66 33

Eksantrik yüklü temellerin taşıma gücü İki yönlü eksantrisite İki yönde eksantrikliğe maruz bir dikdörtgen temelde; eksantirisitenin çekirdek içinde kalması durumunda gerilmeler aşağıdaki gibi hesaplanır. 67 Deprem durumunda taşıma gücünün hesaplanması Sismik taşıma gücü denklemi statik taşıma gücü denklemi ile aynıdır. Değişen parametreler taşıma gücü katsayılarıdır (N ce, N qe, N ge ) K pe NqE KaE NcE NqE 1 cot K tan PE Ng E AE 1 K AE Budhu ve Al-Karni (1993) 68 Richards ve d. (1993) 34

Deprem durumunda taşıma gücünün hesaplanması 2 1 (1 tan a) 1 tan( )cot a tan a AE a tan 1 tan( )(tan a cot a) 2 cos ( ) K ae 2 sin( )sin( ) cos cos( ) 1 cos( ) K pe cos cos( ) 1 2 cos ( ) sin( )sin( ) cos( ) 2 = tan -1 k h/(1-k v) ; a = - Burada kayma mukavemeti açısıdır. = /2 olarak alınmaktadır. k h ve k v sırasıyla temel hizasında oluşan yatay ve düşey deprem ivme katsayılarıdır. k h = 0.4*A o Richards ve diğ (1993) k v = 0.75*k h 69 Gerilme Dağılışı Statik durumda zeminde gerilme oluşumunun temel iki sebebi vardır: 1. Zeminin kendi ağırlığı 2. Mühendislik yapılarının inşası Zemin Yüzeyi YASS 70 35

Gerilme Dağılışı Boussinesq (1885) gerilme dağılımı ; Noktasal Yük 71 Yüzeysel Temel tipleri Rijit ve Esnek temeller altında gerilme dağılımı Kohezyonlu zemin,esnek temel Kohezyonlu zemin,rijit temel Kohezyonsuz zemin,esnek temel Kohezyonsuz zemin,rijit temel 72 36

Gerilme Dağılışı Boussinesq (1885) gerilme dağılımı ; Dörtgensel Yük Δσ v = q I p Fadum (1948) abakları için Newmark (1935) denklemleri 73 Temellerin oturması Ani oturma Timoshenko and Goodier (1951) Schmertmann(1951) 74 37

Temellerin oturması Ani oturma Schmertmann(1951) 75 Temellerin oturması Konsolidasyon oturması 76 38

Taşıma gücünün SPT deneyi ile elde edilmesi Meyerhof (1965) q a = 25 mm ye karşı gelmektedir. q a (s mm) = q a (25 mm) s 25 Parry (1977) Kohezyonsuz zeminler 77 Taşıma gücünün CPT deneyiyle elde edilmesi 78 39

Taşıma Gücünün PLAKA YÜKLEME deneyiyle elde edilmesi Kohezyonsuz zeminler Kohezyonlu zeminler 79 Taşıma gücünün PRESİYOMETRE deneyiyle elde edilmesi Briaud (2007) 80 40

Taşıma gücünün PRESİYOMETRE deneyiyle elde edilmesi Briaud (2007) Dönüştürme faktörü Deneyden 81 Diğer faktörler Taşıma gücünün PRESİYOMETRE deneyiyle elde edilmesi Briaud (2007) Diğer faktörler Dönüştürme faktörü Deneyden 82 41

Taşıma gücünün PRESİYOMETRE deneyiyle elde edilmesi ÖRNEK 83 EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Eurocode, Avrupa Standardizasyon Komitesi tarafından 57 parçadan oluşturulan 10 temel başlık altında toplanmış standartlar grubudur. Belirsizliğin fazla olduğu geoteknik analizlerde tek bir güvenlik katsayısı yerine; belirsizliklerin her birini denetlemek üzere bir katsayı önerir. Tasarım için iki farklı limit durum ULS ( Sınır Limit Durumu), SLS( Servis Limit Durumu) mevcuttur. ULS: Yapı ve insan güvenliği Denge Kaybı Aşırı Deformasyon Stabilite Kaybı SLS: Yapı kullanılabilirliği ve insanların konforu Dönme Sünme Çatlaklar Eurocode 7 Bond ve Harris,(2008) 84 42

EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Eurocode 7 de analizin temelinde; ULS için SLS için Dış Kuvvetlerin Etkisi Kısmi faktörler 85 EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı E d nin hesabında Eurocode dış kuvvetlerin etkisi için çeşitli yaklaşımlar önermiştir; E d Tasarım Yaklaşımı 1 Tasarım Yaklaşımı 2 Kombinasyon 1 Kombinasyon 2 Tasarım Yaklaşımı 3 86 43

EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Her tasarım yaklaşımı ve kombinasyon için önerilen formüller ve katsayılar ise; Etki Malzeme Özellikleri Direnç A 1 A 2 M 1 M 2 R 1 R 2 R 3 Elverişsiz γ G 1.35 1.0 Sürekli Etkiler (G) Elverişli γ Gfav 1.0 1.0 Elverişsiz γ Q 1.5 1.3 Geçiçi Etkiler (Q) Elverişli γ Qfav 0 0 Kayma Muk. Açısı tan(ϕ) γ ϕ 1.0 1.25 Efektif Kohezyon c' γ c' 1.0 1.25 Drenajsız Dayanım c u γ cu 1.0 1.4 Serbest Basınç Dayanımı q u γ qu 1.0 1.4 Birim Hacim Ağırlığı γ 1.0 1.0 Kayma Mukavemeti R h γ Rd 1.0 1.4 1.0 Taşıma Kapasitesi R v γ Re 1.0 1.1 1.0 87 EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Tasarım Yaklaşımları ve Kombinasyonlar; Tasarım Yaklaşımı I -Kombinasyon I : A 1 +M 1 +R 1 -Kombinasyon II : A 2 +M 2 +R 1 (Burada boyutlama kombinasyon II ile yapılır; boyutların kombinasyon I e uygunluğu test edilir.) Tasarım Yaklaşımı II: A 1 +M 1 +R 2 Tasarım Yaklaşımı III: A 1 +M 2 +R 3 A 2 +M 2 +R 3 88 44

EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Oturma kriteri 89 EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Örnek: Eurocode 7 yaklaşımları ve Klasik taşıma gücü teorisi karşılaştırılması Şekildeki temele ait veriler şu şekildedir : B= 3 m L= 9 m H = 0.75 m Df = 1.5 m N = 220 kn/m e = 0.3 m 35 gzemin 19 kn/m 3 gbeton 24 kn/m 3 Çözüm: Tasarım yaklaşımı olarak Türkiye de Tasarım Yaklaşımı 1- Kombinasyon -2 kullanıldığından; çözümde de bu yaklaşım takip edilecektir. (A2+M2+R1) γ G = 1. 00 γ Q = 1. 30 γ φ = 1. 30 γ Rv = 1. 00 Kısmi faktörler 90 45

EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Temel üstündeki zemin ağırlığı, Temelin ağırlığı, Wtemel = 0.75 x 9 x 3 x 24 = 486 kn Toplam, Ws + Wtemel Tasarım Malzeme Faktörü, Dizayn Etkileri, Ölü yük, W d = W γ G = 870.8 x 1.00=870 kn Kolon yükü, P d = P γ G = 220x9 x 1.00=1980 kn F d = W d + P d = 2850 kn Eksantirisite, e = P d e p = 1980 0.3 =0.208 m < B P d +W d 2850 6 Faydalı Genişlik, B'=3.0-2x0.208 = 2.58 m. Faydalı Temel Alanı, A =2.58 x 9 = 23.2 m 2 91 EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Tasarım Direnci 92 46

EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Sınır taşıma gücü 93 EUROCODE 7 ile Taşıma Gücü Hesabı Terzaghi taşıma gücü formülü ile hesap; q u K1 c Nc g D f Nq K2 g B N g c = 0 35 Nc = 57.75 Nq= 41.44 Ng45.41 B = 3 m. L= 9 m. k 1 = 1 + 0.2 B L = 1.07 k 2 = 0.5 0.1 B L = 0.467 q u = 1.07*0*57.75 + 19*1.5*41.44 + 19*45.41*0.467*3 q u = 2389 kpa 94 47

Temellerde Yatak Katsayısı Yatak katsayısı basit olarak zemine uygulanan gerilme ile zeminde oluşan deplasman arasındaki ilişkidir; 95 Temellerde Yatak Katsayısı Literatürde zemin türlerine göre yatak katsayıları önerimiştir ; Bowles (1996) 96 48

Temellerde Yatak Katsayısı Düşeyde olduğu gibi bazı uygulamalarda yatay yatak katsayısı tasarım için önemlidir; Baguelin ve Jazequel,(1972) Zemin Tipi k h (kn/m 3 ) Siltli kum 81600-94250 Orta Sıkı Kum 81600-122500 Sıkı kum ve Kil 408400-543530 Bowles (1982) Kayma Mukavemeti Açısı,ϕ ( ) k h (kn/m 3 ) 10 7850 20 13660 30 26390 40 58750 FHWA (1982) Poulos,(1971) Bowles,(1982) E m : Presyometre Modülü P l : Limit Basınç (presyometre) E s : Sekant Modülü 97 İlginize teşekkür ederim Doç. Dr. Sadık Öztoprak 98 49