İNM 302 TEMELLER 01 ZEMİN İNCELEMELERİ Yrd. Doç. Dr. Sedat SERT Yrd. Doç. Dr. Aşkın ÖZOCAK Doç. Dr. Ertan BOL Geoteknik Çalışma Grubu ZEMİN İNCELEMELERİ Doğal yamaç ve yarmada duraylılığın kontrolü Barajlarda ve atık depolarında duraylılık ve baraj temelinin kontrolü, sızdırmazlık Yapıdan gelen yüklerin üzerine oturduğu zemin tarafından karşılanıp karşılanamayacağı Açık veya kapalı olarak yapılan kazılarda duraylılık ve gerilme problemlerinin önceden tahmini Ulaşım veya bir yapının temelini oluşturan dolgunun özellikleri Denizde oluşturulacak petrol kulesinin oturacağı deniz tabanının özellikleri Yanal yüke maruz dayanma duvarı ve palplanşlarda duraylılık ve deformasyon Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 1
Yetersiz Zemin İncelemesi Sonucu Ortaya Çıkabilecek Kayıplar A Olası göçme durumunda doğacak kayıplar B Oluşacak farklı oturmaları gidermek için gerekli harcamalar Araştırma ve Deney İçin Optimum Düzey C Az yapılan örnekleme yanıltıcı olabileceği gibi gereğinden fazla yapılan delgi de para ve zaman kayıplarına yol açar. Bu yüzden optimum bir delgi derinliği ve aralığı seçme mecburiyeti vardır. Projenin Toplam Maliyeti Artan Maliyet minimum yapı maliyeti zemin incelemesi optimum maliyeti Gereksiz imalattan doğan ek maliyet İnşaat Maliyeti Araştırma ve deney programının maliyeti Temel Zemini Araştırma Maliyeti Bina türü ne olursa olsun inşaata zemin incelemeleri gerçekleştirilmeden başlanmaz. Zemin etüdü için hiç harcama yapılmaz ise deprem, aşırı oturma veya taşıma gücünün aşılması gibi bir olay sonucu bina yıkıldığında kayıp en yüksek düzeyde olacaktır (A). Bina göçmese dahi yetersiz zemin incelemesi yüzünden aşırı farklı oturmalar yine yüksek maliyetler getirmektedir (B). Oysa gereğince yapılmış temel araştırmaları (C) sonuçta bina maliyetini en uygun düzeye indirecektir. Ne Yapacağız? Yapı Temelleri 1) İzin verilebilecek taban basıncının belirlenmesi, 2) Zamanla oluşabilecek oturmaların saptanması, 3) Yeraltı suyunun durumuna göre izolasyon yapılması gereken kesimlerin belirlenmesi, 4) Zeminlerin dinamik yükler altında davranışı (Sıvılaşma), 5) Zemin ve yeraltı suyunun kimyasal yapısının, temel malzemesine zarar verip vermeyeceğinin tesbiti. Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 2
Nasıl Başlayacağız? Planlama: Zemin şartlarına ve işin büyüklüğüne göre araştırma programının belirlenmesi. Yapı ve temellerle ilgili özellikler göz önünde bulundurularak 1) Yer altı zemin koşullarının tanımlanması 2) Tasarım parametrelerinin belirlenmesine yönelik bir planlama yapılmalı BÜRO ÇALIŞMALARI Hava fotoğrafları ve Topoğrafik haritalar; Genel topoğrafya, Drenaj koşulları, Ulaşım, İnsan yapımı yapılar hakkında bilgi verir. HAVA FOTOĞRAFI TOPOĞRAFİK HARİTA Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 3
ULAŞILABİLİRLİK SAHA İNCELEMESİ ZEMİN PROFİLİ DRENAJ ve BİTKİ ÖRTÜSÜ YAKIN YAPILARDA DURUM TOPOĞRAFYA DETAYLI İNCELEMELER SONDAJLARIN PLANLANMASI SONDAJ ARALIKLARI Küçük parsellerde, homojen zemin koşullarında, her 300 m 2 için en az bir adet, Küçük ancak çok katlı binalarda (h>20 m) ve değişken zemin koşullarında üç adet En basit kural:yapı planının en az dört köşesi ve ortasında SONDAJ DERİNLİĞİ Taban basıncının zeminde %10 (kayada %30) seviyelerine düştüğü derinliğe veya Temel tabanından itibaren temel genişliğinin en az bir buçuk katı kadar derinliğe Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 4
SONDAJ Sondaj, yabancı kaynaklı bir kelime olmakla birlikte sözcük olarak zemini delme anlamını taşımaktadır. SONDALAMA Sondalama da delme anlamına geliyor ise de bu etkinlikten numune alınmaması sondajdan önemli farkıdır. Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 5
İNCE CİDARLI SHELBY TÜPÜ DETAYLI İNCELEMELER (Zeminde-Numune Alma) KUYU AĞZI SPT KAŞIĞI HELEZON Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 6
NUMUNE ALMA EKİPMANLARI İnce Cidarlı Numune alıcı (zemin) Pistonlu Numune Alıcı (zemin) Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 7
NUMUNELERİN KORUNMASI UD TÜPTE PARAFİNLEME Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 8
LABORATUVAR UD TÜPTEN NUMUNE ELDE EDİLMESİ Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 9
UD TÜPTEN NUMUNE ELDE EDİLMESİ LABORATUVAR DENEYLERİ Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 10
NUMUNE ALMA EKİPMANLARI KAROTİYERLER (kaya ortamı) Rockbit Numune alınacak seviye karotiyer kullanılamayacak kadar yumuşak ve tüp saplanamayacak kadar sert ise denison karot alıcı kullanılır. KAROT NUMUNELERİN KORUNMASI http://www.eie.gov.tr/turkce/jeoloji/jeoteknik.html Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 11
ARAZİ DENEYLERİ STANDART PENETRASYON DENEYİ Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 12
Standart penetrasyon deneyi arazi deneylerinin en eskisidir. Öncelikle kumlar için geliştirilmiştir. Temelin boyutları belli ise taşıma gücü hakkında güvenli bilgiler verir. Killerde de zeminin katılığı hakkında bilgi edinmek için kullanılabilir. Standart boyutta bir kaşığın 63.5 kg lık ağırlığın 76.2 cm den düşürülerek uygulanan enerji ile zemin içine 30 cm girmesini sağlayacak vuruş sayısının tesbiti ile sürdürülür. Normalde 150 cm de bir yapılmaktadır, deprem bölgelerinde kumlar kesiliyorsa 75 cm veya 1 metreye kadar düşürülebilir. Standart Penetrasyon Deneyinin Sona Ermesi 15 cm lik üç penetrasyondan herhangi birinde toplam N=50 vuruş sayılması, Toplam 100 vuruş uygulanması, Tokmağın 10 vuruşundan sonra kaşığın farkedilir bir penetrasyon yapmaması, Kaşığın penetrasyonunun yukarıda anlatılan şekilde engellenmeden zemine, öngörülen 3x15=45 cm girişi tamamlaması. Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 13
Standart Penetrasyon Deneyi (SPT) ŞAHMERDANLAR SİMİT TİPİ EMNİYET TİPİ Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 14
Standart Penetrasyon Deneyi Kaşıkları Astarlı Astarsız SW, SP, SC, SM, ML, MI, MH zeminlerde, zeminin kaşığın girişine gösterdiği dirençle (SPTN) ortamın sıkılığı arasında (φ) güvenilir bir bağıntı verir. Kohezyonsuz zeminde 40 m ye kadar efektif gerilme için düzeltme yapılarak kullanılır. N 1 =C N. SPTN 30 C N =(95.76/σ 0 ) 1/2 C N 1.70 Killerde uygulanabilir, ancak sonuçlarına güvenilmez, Boyutlandırmada kullanılmaz. Taşlı zeminde uygulanamaz; GW, GP, GM, GC de yanıltır. Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 15
DENEY VERİLERİNİN DÜZELTİLMESİ (örtü yüküne göre, N 1 ) Üniform zeminlerde daha derinlerde yapılan deneyler aynı zeminin sığ derinliklerinde yapılanlara oranla daha yüksek N değerleri verecektir. Bu nedenle örtü düzeltilmesi ile ölçülmüş N değerlerinin 100 kpa lık düşey efektif gerilmeye (σ z ) göre ayarlaması yapılmış olunur. C N 1.70 CN 0,400 0,800 1,200 1,600 2,000 0 1 CN = 9.78 σ 0 N = N C 1 N Efektif Gerilme 100 200 300 400 500 ÖRNEK: Değişik derinliklerde yapılan SPT-N değerleri üzerinde örtü yükü düzeltmesini yapıp grafiklerini çizdiriniz. 1 CN = 9.78 σ 0 N = N C 1 N z N σ o u w σ' o C N N 1 N ort Kesit 2 4 31,4 0 31,4 1,700 7 7 KUM 4 7 62,8 0 62,8 1,234 9 8 (SW) 6 12 94,2 0 94,2 1,008 12 10 ρ =15.70 n 8 12 125,6 0 125,6 0,873 10 10 10 16 157 0 157 0,781 12 11 12 13 188,4 0 188,4 0,713 9 10 YASS 14 12 226 19,62 206,38 0,681 8 9 KUM (SP) 16 14 263,6 39,24 224,36 0,653 9 9 ρ =18.80 d 18 18 301,2 58,86 242,34 0,628 11 10 Derinlik (m) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 SPT-N ve N* 0 5 10 15 20 SPT N SPT N* 20 Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 16
DÜZELTMELER N 60 = N ARAZİ *C E *C B *C R *C S N 1,60 = N ARAZİ *C E *C B *C R *C S *C N C N : Örtü yükü düzeltme katsayısı, C E : Tokmak enerjisi düzeltme katsayısı, C B : Kuyu çapı düzeltme katsayısı, C R : Tij uzunluğu düzeltme katsayısı, C S : Numune alıcı düzeltme katsayısıdır. N = N C 1 1,60 60 N N = N C Faktör Terim Ekipman Düzeltme Örtü Yükü Basıncı EnerjiOranı C N ---- CN 1.7 C E Simit(Donut) Tokmak 0.50-1.00 GüvenliTokmak 0.70-1.20 Otomatik-Düşüm Simit Tip Tokmak 0.80-1.30 KuyuÇapı C B 150 mm 1.05 65-115mm 1.00 TijUzunluğu Numune Alıcı N C R 200 mm 1.15 <3 m 0.75 3-4 m 0.80 4-6 m 0.85 6-10 m 0.95 10-30 m 1.00 C S Astarsız (Koruyucusuz) Numune Alıcı 1.10-1.30 StandartNumuneAlıcı 1.00 ZEMİN ÖZELİKLERİNİN STANDART PENETRASYON DENEYİ İLE DEĞERLENDİRİLMESİ Kum Özelliği Çok Gevşek Gevşek Orta Sıkı Sıkı Çok Sıkı D r 0 0.15 0.35 0.65 0.85 1 SPTN 4 10 30 50 φ 25 27-32 30-35 35-40 38-43 45 ρ (kn/m 3 ) 11-16 14-16 17-20 17-22 20-23 >23 Kil-Silt Özelliği Çok Yumuşak Yumuşak Orta Sert Katı Çok Katı Sert SPTN 0 2 4 8 16 30 q u (kpa) 0 25 50 100 200 400 ρ (kn/m 3 ) 11-16 14-16 17-20 17-22 20-23 >23 Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 17
Kumlarda Standard Penetrasyon Direncinin Kayma Direnci ile Bağıntısı SPT Dezavantajları Kaşık ucuna iri çakıl gelmesi Kuyu tabanının iyi temizlenmemesi Uygulanan enerjinin kişiye göre değişmesi tam boy yukarı çekmeme kedi başında uygun sarımın yapılmaması Kaşığın yıpranıp standart dışı kalması Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 18
SONDALAMA (KONİ PENETRASYON DENEYİ-CPT) KONİ PENETRASYON DENEYİ (CPT, CPTU, SCPTU) Sürtünme direnci f s u 1 u 3 u 2 Penetrasyon Hızı: 2 cm/s. boşluk suyu basıncı Standart t Koni Koni (tepe) Açısı= 60 0 Uç (yüzey) Alanı = 10 cm 2 Sürtünme Alanı = 150 cm 2 q c Koni uç direnci Koni, zemine 20±5 mm/s gibi değişmez hızda itilirken ucunun ve çevre yüzeyinin gördüğü dirençler ve karşılaşılan boşluk suyu basınçları ölçülmektedir. Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 19
CPT İLE ÖLÇÜM Boşluk Suyu Basıncı Sürtünme Direnci Uç Direnci Cone Penetration Test (CPT) ASTM D5778 ARAZİ DENEYLERİ Koni Penetrasyon Deneyi (CPT) Kamyon MCPT Paletli Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 20
CPT de UYGULAMA KONİK SONDALAR Boyutlar Standart Tip* 10 cm 2 ; Sürtünme ** 150 cm 2 Referans Tip* 15 cm 2 ; Sürtünme ** 200 cm 2 Minyatür Tip* 2 cm 2 ; Sürtünme ** 40 cm 2 * Uç kesit alanı ** Sürtünme yüzey alanı Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 21
KONİ PENETRASYON DENEYİ Zemin sınıflandırılması Kayma direnci tayini Bağıl birim hacim ağırlık OCR Sıvılaşma analizi Hidrolik iletkenlik Kazık Boyutlandırılması CPT ile DRENAJSIZ KAYMA DİRENCİ s u N k = ( q σ ) c N k = 6 29 0 Önalp, Bol ve Ural (2006) Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 22
Kumda koni uç direnci-efektif kayma direnci açısı ilişkisi (Robertson&Campanella, 1983) Kumda koni uç direnci-elastisite modülü ilişkisi (Robertson&Campanella, 1983) Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 23
SONDAJ+CPT SONDAJ ve CPT LOGU Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 24
Plaka Taşıma Deneyi Temel ortamlarının özelliğini değerlendirmede kullanılan en eski deneylerden biri NL killer Yumuşak ve ayrışmış kaya İri daneli zeminler Mühendislik dolguları Taşıma gücünü doğrudan yansıtır, Arazide drenajsız kayma direnci (s u ) TS 5744 ARAZİ DENEYLERİ Plaka Taşıma Deneyi Yükleme sisteminin etki alanı dışına yerleştirilmiş saatlerle en az üç noktadan okuma alınır Minimum çap 30 cm 25-50 kpa lık yük artışları uygulanır Hidrolik Kriko Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 25
PLAKA TAŞIMA DENEYİ İLE TAŞIMA GÜCÜNÜN TAYİNİ Gerilme (kpa) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 A q 10 q 0,0 d Oturma (mm) 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 B' O A' qd σem = GS veya σ em q = 2 10mm 35,0 40,0 B AA'=Yükleme eğrisinin elastik-doğru kabul edilen ayağı BB'=Yükleme eğrisinin doğruya dönüştürülmüş ve taşıma gücünün aşıldığı bölümü TABAKALI ZEMİNDE PLAKA TAŞIMA DENEYİ gerilme artışı alan bölge *Burgulama ile zemin kontrolü yapılmalı Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 26
Konsolidasyonun tam olarak ölçülememesi ve plakanın temelden oldukça küçük olması ve tabakalı zeminlerde gerçekçi olmayan sonuçlar vermesi sebebiyle iki önemli sakıncası vardır. d çaplı plaka yüklendiğinde 5d çaplı bir bölge gerilme artışı alacağından, bu deneye göre hesaplanmış d çapında bir yük büyük oturmalar gösterecek ve hatta taşıma gücünün aşılması bile söz konusu olabilecektir. Benzer olarak tam plaka altına büyük çaplı bir blok kaya gelebilir ve sonuçları olumsuz etkileyebilir. Gerçekten çok az sıkışabilirlik değerleri ölçülebilir. Burgulama ile zemin kontrolü yapılmalıdır. ARAZİ DENEYLERİ Kanatlı Kesici, Veyn Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 27
Bir çok normal yüklenmiş kilde kayma direnci o denli düşüktür ki örselemeden numune alımı ihtimali yok denecek kadar azdır. Bu durumda ölçümün yerinde yapılması tek seçenek olarak kalır. Artı (+) kesitli çap/yükseklik (D/H) oranı 0.5 olan çelik kanatlar kılıfı içinde deney yapılacak seviyeye kadar indirilir. Kanatlara yukarıdan manivela yardımıyla bir burulma kuvveti (T max ) uygulanarak zeminin silindirik bir biçimde yenilmesi sağlanır. En az 10 kez daha çevrilerek de kalıcı direnç ölçülerek deneye son verilir. Elde edilen drenajsız kayma direncinin gerçek değerinden yüksek çıktığı anlaşıldığından s u değerinin zeminin plastisitesine göre bir düzeltme yapılması gerekmektedir. En zayıf zeminlerde dahi güvenli sonuçlar verir. Kanatlı Kesici, Veyn Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 28
DENEYİN UYGULANMASI 6Tmax S = uv ( H/ D 2 için) 3 7πD = Su(max) St = S u( yuğrulmuş) ARAZİ DENEYLERİ Pressiyometre Hacim Ölçme Basınç Uygulama Silindir Sonda Zemin veya yumuşak kayada -Elastik parametreler -Kayma direnci PBP: Deliği önceden açılmış PIP: Zemin içine itilen SBP: Kendi deliğini açan CPT/PIP: CPT üzerine montajlı Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 29
Pressiyometre Deneyinin Uygulanması Zemin ve yumuşak kayada uygulanan presiyometre, ortamdaki bir boşluğa iki veya üç eksende esnek bir kılıf aracılığı ile üniform bir basınç uygulayan silindir biçimli bir sondadır. Zemin veya kayanın elastik parametreleri hakkında sağlıklı bilgiler verebildiği gibi kayma direnci hakkında da iyi fikir verir. İndirilen silindir biçimli sondanın zeminlerde sıkışabilirlik ve kayma direncinin yerinde ölçümü için ilk kez Almanya da kullanılması önerilen presiyometre, uygulama alanına Fransa da Menard ın çalışmalarıyla sunulmuştur. Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 30
Silindirsel bir sonda, hacim ölçme ve basınç uygulama sistemini içerir. Alet zemine çakarak veya açılan bir sondaja indirilerek deney yapılır. Basınç artışı sırasında ölçüm hücresindeki hacim artışı ölçülür. Deney elastik bölgeden plastik bölgeye geçtiğinde zeminin gerilme-yanal deformasyon eğrisi yenilmeye eşdeğer bir limit gerilmesi (PL) asimptotuna yaklaşmaktadır. Buradan kohezyonlu zeminlerin yaklaşık kayma direncini veren bağıntılar üretilmiştir. YASSI DİLATOMETRE (Marchetti Dilatometresi) Sükunetteki toprak basıncı,ko Teğet deformasyon modülü Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 31
YASSI DİLATOMETRE (Marchetti Dilatometresi) Marchetti dilatometresi olarak da adlandırılan bu 95 mm genişlik 15 mm kalınlıktaki çelik kürek biçimli alet, bir yüzünde bulunan 60 mm çaplı çelik diyaframın uygulanan gaz basıncı ile hareketi sonucu ölçüm yapar. Zeminde belirli derinliğe (z) itilerek indirilen dilatometreye gaz basıncı verilerek diyafram zemin itkisine karşı şişirilir. Denge sağlanıp diyafram zemine doğru 1.1 mm daha itildiğinde yatay gerilme ölçülüp böylece sukunette toprak basıncı katsayısı değeri ve teğet deformasyon modülü başta olmak üzere birkaç önemli parametreye ulaşılır. Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 32
JEOFİZİK ÇALIŞMALAR SİSMİK YÖNTEMLER Geoteknikte uygulanan jeofizik yöntemler arasında en etkini kuşkusuz sismik yöntemlerdir. Ölçümler balyozla vurma/patlatmalardan özel vibratör kullanımına değişen yollarla ortamda yaratılan titreşimlerin oluşturduğu kitle (basınç P, kayma S ) ve yüzey (Love, Rayleigh) dalgalarının algılanmasıyla gerçekleştirilir. Deneyler sondaj kuyusu içinde ve zemin yüzeyinde uygulanabilmektedir. İnşaat mühendisliğinde sismik yöntemlerin önemi özellikle kaya ortamlarında sondaj kuyularının sayısını en aza indirmek üzere kuyu aralarını sismik eksenlerle güvenilir biçimde kapatmada belirir. Sf49-50 SİSMİK YÖNTEMLER Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 33
ARAZİ DENEYLERİ Jeofizik Çalışmalar (Sismik Yansıma) JEOFİZİK ÇALIŞMALAR ELEKTRİK ÖZDİRENÇ Yöntem, farklı zemin ve kaya katmanlarının farklı elektriksel dirençte olması esasına dayanır. Genellikle bir hat üzerinde eşit aralıklar ile yerleştirilmiş 4 elektrot kullanılır. Elektrot mesafesi (L) değiştirilerek derinlikle ilgili inceleme yapılabilir. Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 34
CPT İLE KUYU İÇİ SİSMİK CPT de SİSMİK DENEY SONUÇLARI Sedat SERT-Aşkın ÖZOCAK-Ertan BOL 35