YAPI TEKNOLOJİLER LERİ-I I Dersi Konu-2 Temel Zeminleri Öğr. Gör. G Cahit GÜRERG Afyonkarahisar Ekim-2007 ÖZET Yer yüzündeki y her cismin bir konumu vardır. r. Zemine her cisim bir konumda oturur. Cismin dengede kalabilmesi için i in konumunu koruması gerekir. Yapının n konumu temelleri üzerinedir. Temel yapının n ayakları elemanıdır. ve inşa a edilen ilk Yapının n bütün b n yükleri y temelleri ile zemine iletilir. Temelin şekli zeminin durumuna ve yapısına göre g seçilir.
Temel Zeminleri Yapı bütün yüklerini temel zeminine aktarır. Temelin şekli zeminin cinsine, özelliğine, taşıma gücüne göre seçilir. Bu bakımından bir yapının planının hazırlamadan ve statik özelliklerini tespit ederek hesaplarını yapmadan önce, yapı yerinin, temel zemini ve yeraltı suyu durumu incelenir. Bu işlerin ihmal edilmesi sonradan düzeltilemeyecek zararlara sebep olur. Zemin Çeşitleri SIKIŞMA DURUMUNA GÖRE 1-Yük k Altında Sıkışmayan ve Su Tesiriyle Oyulmayan Zeminler Sağlam Kayalar Az Sağlam Kayalar 2- Yük k Altında Sıkışmayan Su Tesiriyle Oyulabilen Zeminler Gravye Zeminler Kumlu Zeminler Killi Zeminler ZEMİNİ OLUŞTURAN MALZEMEYE GÖRE 1-Kayalık k Zeminler Volkanik (Magmatik) Kayalar Sedimanter (Tortul- Çökelim) Kayalar Metamorfik (Başkala kalaşım) Kayalar 2-Gravye Zeminler 3-Kumlu Zeminler 4-Organik Zeminler 5-Killi Zeminler
Volkanik (Magmatik) Kayalar Magmatik kayaçlar yerin derinliklerinde akkor(erimiş) vaziyette bulunan magmanın, n, yerin içinde i inde ve yüzeye y yakın derinliklerinde veya yüzeyde y soğuyarak katıla laşmasıyla oluşan kayaçlard lardır. r. Sedimanter (Tortul-Çö Çökelim) Kayalar Sedimanter kayaçlar, tortullaşma ma- sedimantasyon(çö çökelim) olayları sonucu meydana gelirler. Kökeni yerin dışd kısmı, yeryüzü,, atmosfer ve hidrosfer olan sedimantasyon ile oluşan kayaçlard lardır. r. Bu kayaçlar ların n oluşum um ortamları çeşitli çökelim havzalarıdır. r. Bu havzalardaki çökelim okyanusal,, denizel, gölsel ve tamamen karasal koşullarda gerçekle ekleşebilir. ebilir.
Metamorfik (Başkala kalaşım) Kayalar Magmasal ya da tortul kayaçlar ların n yüksek y sıcakls caklık, k, basınç ve mineralleştirici eriyiklerin etkisiyle değişik ik bir yapı-doku ve mineralojik kazanmasıyla ortaya çıkarlar. Metamorfizma (Başkala kalaşım) olayı; kayaçlar ların n bileşimini imini oluşturan minerallerin yeni bir düzen d alması şeklinde başka bir kayaca dönüşmesi olayıdır. Temel Zeminleri Niçin in İncelenir? Temel zemininin yük taşıma gücünü hesaplamak. Zeminde meydana gelebilecek oturma miktarını bulmak. Yeraltı suyu durumunu incelemek. Yeraltı suyunun yapı malzemesine zararlı tesirlerinin olup olmadığını incelemek ve tespit etmek. Tabaka kalınlıkları, cinsleri ve derinliklerinin belirlenmesi Zeminin kayma mukavemeti ve donma derecelerini tespit etmek. Betona zarar verebilecek kimyasal ve organik madde durumu belirlemek Bu işlemlerin sonucuna göre zemin hakkında karara varılır ve yapı temelinin sekli seçilir.
Zemin Tabakaları Zeminler Nasıl İncelenir?
Klasik Zemin İnceleme YöntemleriY Jeofizik Zemin İnceleme Yöntemleri 1-SORUŞTURMA 6-KUYU YIKAMA YÖNTEMİ KLASİK ZEMİN İNCELEME YÖNTEMLERİ 2-MUAYENE ÇUKURLARI AÇMA 5- SONDAJ KAZIĞI YÖNTEMİ 3-SONDALAMA 4-SONDAJ YAPMA
1- Soruşturma Yapmak Yapının yapılacağı yerin bitişiğinde veya çok yakınında karşılıklı olarak inşa edilmiş yapıların zeminleri güvenilir bir şekilde incelenmiş ise, yoklama sonuçları aradaki zemin için de yaklaşık bir bilgi verir. 2- Muayene Çukurları Açmak Bu tip muayene çukurları ile zemin araştırmaları kolay ve çabuk bir şekilde yapılabilir. Yeraltı suyu olmayan veya az olan yerlerde uygulanır. Zemin tabakasının derinlik, cins kalınlık ve yeraltı suyu durumlarını incelemek için muayene çukurları açılır. Muayene Çukurları Gözlem Çukurları Araştırma Çukurları olmak üzere iki şekilde açılabilir.
Gözlem Çukurları 0,5 ila 1,5 m derinliğinde inde açılarak a bitkisel toprağı ğın n kalınl nlık k tayini, CBR için i in numune alınmas nmasında nda kullanılır. Araştırma rma Çukurları Araştırma rma çukurları 3 ila 5 m derinliğe e kadar zeminin kazılarak Yeraltı suyu seviyesinin tayini, Zeminin doğal durumunun gözle g incelenmesi Örselenmiş ve örselenmemiş numune alınmas nmasında nda kullanılır. Ayrıca araştırma rma çukurlarında arazi vane deneyi, penetrometre deneyi, plaka yükleme y deneyleri uygulanır.
Çukurlarının sayı ve tertibi, yapının büyüklüğüne ve zeminin tabaklanma durumuna göre seçilmekle birlikte en az üç adet açılır. Her çukurda zeminin tabakalanma durumu incelenerek karsılaştırılır. Basit muayene çukurları ile 8.00 m derinliğe kadar inilebilir. Daha fazla derinlikler için baca ve galeriler kazılır. Galerilerin tabanı, zemin değişim yüzeyinde ve normal olarak 1.00 x 2.00 m kesitinde açılır. Örselenmemiş Numuneler Zeminin Doğal su içerii eriği i ve yoğunlu unluğu Zeminin Boşluk Oranı ve porozitesi Serbest Basınç Dayanımı Konsolidasyon (Oturma) Zeminin permabilite katsayısı
Örselenmiş Numuneler Zemin sınıflands flandırması Elek Analizi CBR Gözle Muayene Proktor (Sıkış ışma Kompaksiyon) deneyleri için i in kullanılır. Örselenmiş numuneler üzerinde yapılan deneyler zeminin mekanik ve hidrolik özelliklerini tam olarak yansıtmaz. Farklı Yöntemlerle Örselenmemiş Zemin Numunesi Alınmas nması Zemin Tabakaları Örselenmemiş Numune Alınması
3-Sondalama Kayalık olmayan zeminlerde uygulanır. Muayene sonda çubukları ile yapılır. Sonda çubuklarının çaplan 2 4 cm arasında, boyları da 300-500 cm arasındadır. Sonda çubuğunun yan kenarlarında kertik seklinde cepler vardır. Ön ucu sivri, arka ucu küt veya halka seklindedir. Çubuk, darbe yapılarak zemine çakılır. Çubuğun, her beş darbede bir zemin Öğr.G girme r.gör.cahit r.cahit GÜRER G miktar ölçülür. Buna göre zeminin tabakalarının sertliği hakkında bilgi edinilir. Mümkün olduğu kadar zemine çakılan sonda çubuğu, çekilerek çıkartılır. Çubuğun üzerinde toprağın bıraktığı renk ve bulaşıklarla birlikte, ceplere dolan numuneler incelenir. Burgularla elde edilen zemin numuneleri örselenmiş zemin numuneleridir.
Sonda Çubukları 4-Sondaj Yapmak Sondaj, zeminin derinlerinde yapılan muayene seklidir. Bir temel için, belirli sayıda sondaj ve belirli bölgeler tespit etmek mümkün değildir. Ancak her zemin için birden çok sondaj yapmak gereklidir. Zeminin, homojen bir yapıya sahip olup olmadığını kestirmek mümkün olmadığından, temel sahasının ortasında bir, kenarlarında üç veya dört sondaj yapmak gereklidir. Sondajlardan alınan örnekler aynı özelliği gösteriyorsa ilave sondaj yapmaya gerek yoktur. Özellikler farklı ise sondaj sayısı arttırılır.
Sondajın derinliğini de belirli bir rakama bağlamak doğru değildir. Yer ve duruma göre derinlik seçilir. Bununla birlikte temel zemininden çokça aşağıya inilmelidir. Özellikle oturmaya müsait zeminlerde derinliklerde numune alma, alt tabakayı tanıma bakımından önemlidir. Sondajlar vurma veya burma (delme) suretiyle yapılır. Hangi metot kullanılırsa kullanılsın zemin derinliklerinden numunelerin bozulmadan alınmasına dikkat edilmelidir. Aksi halde yeterli ve tatmin edici bilgi alınamaz. Bir Sondaj Sistemi Üç ayrı Parçadan adan Meydana Gelir Sondaj UçlarU ları Bunları Derinliklere indirecek Sondaj Çubukları Çubukların, içinde i inde hareket ettiği sondaj boruları
Sondaj aletlerinden, burgulu olanlar veya döndürülerek zemine daldırılanlar derinlerden numune almada, diğerleri derin olmayan zeminlerden numune almada kullanılır. Sondaj parçaları birbirine vidalı olarak eklenirler. Kırılarak zeminde kalan sondaj çubuk ve boruları, talih çengeli, yaylı yakalama kutusu, dişli, gelberi, tırnaklı manivela, klapalı çan, yakalama manşonu kullanılır.
Farklı Sondaj Çubuğu Uçları Kaşıklı Burgu Deliciler Sondalama İşleminde Kullanılan Ekipmanlar
5- Sondaj Kazığı Yöntemi 10 m derinliğe e kadar yapılan zemin yoklamalarında uygulanan bir yöntemdir. y Ekonomiktir, bozulmaz. çıkarılan numunelerin özellikleri Sondaj kazığı ığının n içerisinde i ince cidarlı bir boru bulunur. Şahmerdanla çakılan kazığı ığın n içerisindeki i boruya, her tabakadaki malzeme bozulmadan dolar. Rotary Sondaj Kazığı Burkhardt Kazığı
Şahmerdan
6- Kuyu Yıkama Y YöntemiY Belirli bir çapta metal bir boru çakılmak suretiyle veya vibrasyonla zemine sürülür s r ve metal boru içerisindeki zemin su ile yıkanarak y yüzeye y çıkarılır. r. Böylece B istenilen derinliğe e kadar bir taraftan zemin yıkanarak y boşalt altılırken bir taraftan metal botu zemine penetre edilir. Bu yöntemle y örselenmemiş numune alınmas nması mümkün n olsa da su içerii eriği i tayini ve zemin sınıflaması yapılamamaktad lamamaktadır. Bu yöntemin y bir diğer dezavantajı da çok miktarda suya gereksinim duyulması ve çok sert kayalık k zeminlerde uygulanamamasıdır. Kuyu Yıkama Yöntemi
Muayene Kuyularının Üstünlük k ve Sakıncalar ncaları ÜSTÜNLÜKLERİ SAKINCALARI Muayene yerine girmek mümkm mkündür. Alınan numuneler karış ışmaz. Bazı durumlarda su boşaltmak gerekir. Kuyu açılmasa lması uzun zaman alır. Ekonomik değildir. Temel zemini gevşemi emiş olur. ÜSTÜNLÜKLERİ Sondajların Üstünlük ve Sakıncalar ncaları SAKINCALARI Hızlı çalışılabilir. Ekonomiktir. Su dolmaz. Heryerde yapılabilir. Numune Tabakaları Karış ışabilir. Kayada işlemek i çok zordur. Tek bir kaya tabakaymış düşüncesi verir. Görmeden çalışılır.
Jeofizik Zemin İnceleme Yöntemleri Bu tip yöntemler, y kolay ucuz olmasının yanında nda yeter hassasiyetle ve çok çabuk bir şekilde zemin katmanları kalınl nlık k ve cins olarak saptanabilmektedir. Ancak klasik yöntemlerin yerine kullanılmas lması bugün n için iin mümkün n değildir. Bu tip yöntemlerde y farklı mantığ ığa a dayalı metotlar kullanılabilmektedir. labilmektedir. Bunlar: Manyetik Gravimetrik Nükleer Jeotermik Sismik Öğr.G Elektrik r.gör.cahit r.cahit GÜRERG Rezistiviti (direnç)
Manyetik birisidir. Metod en eski yöntemlerden y Büyük çaplı zemin araştırmalar rmalarında kullanılır. Yeryüzünün n değişik ik noktalarındaki ndaki manyetik alanları saptayıp p jeolojik formasyonlarla korele edilmesi esasına dayanır. Gravimetrik metot zemindeki farklı yoğunluklar unlukları ölçerek jeolojik formasyonlar hakkında bilgi sağlar. Nükleer metot yerkürenin renin radyasyon değerlerini erlerini belirleyerek jeolojik formasyonlar hakkında bilgi verir. Jeotermik metot, yer kürenin k farklı derinliklerindeki ısıları saptayarak jeotermik basamak ile mukayese edildiğinde inde özellikle pınar, mağara, ara, çatlaklar ve süreksizlikler s hakkında bilgi verir.
Sismik metot ise, zeminin derinliklerine gönderilen g şok dalgalarının Geri Yansımas ması Tabakalarda kırılmalark lmalarının Ölçülerek zemin katmanları hakkında bilgi edinilmesi esasına dayanır. Direnç metodu ise zeminin elektrik akımını geçirebilme ve direnç göstermesi esasına dayanır. Örneğin sağlam bir kayanın n elektrik direnci gevşek ek doygun zeminin elektrik direncinden daha fazladır. Zeminin elektrik direnci su içerii eriğine ine ve suyun iyonlaşma derecesine bağlıdır.
Bir zemin profili örneği Zemin Taşı şıma GücüG
Zeminin Taşı şıma Gücünün G Belirlenmesi Bina yükleri y altında zemin tabakalarının n sıkışs ışması sonucu tasman denilen bir miktar oturma olur. Oturma temel yüzeyinin y her yerinde aynı miktarda veya 4-204 mm arasında olursa inşaat için iin bir tehlike olmayabilir. Eğer temel zemininde eşit e olmayan çökmeler oluyorsa o zaman yapı tehlikeye girer ve yapıda çatlamalar meydana gelir. Dolayısı ile bir yapı inşa edilmeye başlanmadan önce zeminin taşma gücüg bulunmalı ve yapıya ait temel şekli buna göre g seçilmelidir. Taşı şıma Gücü: G Zemin danelerinin durumu bozulmadan birim alanda taşı şıyabildiği i yüke y taşı şıma gücü denir. Basınç kg/cm2 σ = P A Zeminin emniyetle taşı şıyabileceği i yükün y hesaplanması için in yapılan ön n araştırma rma ve hesaplamalara da zemin yükleme y deneyi denir. Bu deneyler iki şekilde uygulanır: Statik Yükleme Y Deneyleri Dinamik Yükleme Y Deneyleri Burada statik yükleme y deneylerinden en çok kullanılanlardan lanlardan biri olan tabla deneyinden bahsedilecektir. kg cm
TABLA DENEYİ 1- Bina temelleri dışıd ışında ve yaklaşı şık k olarak 100*100 cm boyutlarında ve temel seviyesinde bir deney çukuru açılır. a 2- Taban alanı 400 cm2 olan tabla dikmesi şekilde görüldg ldüğü gibi dikey olarak çukur tabanı ortasına yerleştirilir. Dikme üzerine milimetrik çökme tespit cetveli monte edilir. Tabla ve dikmenin toplam ağıa ğırlığı tabana 0,5 kg/cm2 den fazla basınç yapmamalıdır. Kırılma Noktası Absisinde zaman (sa( sa) ) ve basınç (kg/cm2), ordinatında nda çökme (mm) ölçülendirmeleri bulunan bir Tabla Deney Grafiği çizilir. Deney tablası üzerine herbiri 50 kg lık zeminde 0,5 kg/cm2 lik basınç oluşturacak şekilde yükler y konulur. 24 sa sonra çökme miktarı okunur ve grafikte ilgili yerlere işlenir. i Her 24 sa de bir basınç 0,5 kg/cm2 arttırılarak işleme i devam edilir.
Grafikte oluşan eğride e bir kırılma k olmamış fakat 24 sa de 10 mm veya daha fazla bir çökme meydana gelmişse, Son 24 saat de 10 mm den fazla çökme olmamış fakat eğri e bir noktada kırılmk lmışsa deney durdurulur. Son basınç değerinden erinden bir önceki basınç değeri eri zeminin taşı şıma gücünüg verir. Bu değer er genellikle 2-3, 2 bazı özel durumlarda 4-104 gibi bir emniyet katsayısına bölünür. b Örneğin emniyet katsayısı 3 ise, zeminin emniyetle taşı şıyabileceği i yüky σ = em σ 3 Problem Tablaya yapılan yüklemede y 10 mm lik çökme 24 kg lık yüke karşı şılık gelmektedir. Bir önceki çökme değeri eri 20 kg lık yüke karşı şılık k gelmektedir. Tablanın n oturduğu u taban plakası 400 cm 2olduğuna una ve emniyet katsayısı 2 alınaca nacağına göre g emniyetli zemin taşı şıma gücünüg bulunuz?
Temel Kaynaklar Güner M.S., Yüksel, Y A. 2001.Yapı Bilgisi. Aktif Yayınevi. Ankara. Tunç A. 2002. Geoteknik ve Uygulamaları.Atlas Yayın n ve Dağı ğıtım. Ankara Özdemir İ.. Yapı Elemanları Ders Notları. Osmangazi Üniversitesi. Eskişehir. http://www. http://www.getconsolidate.com/.com/links.htm S o r u l a r? Öğr.Gör. Cahit GÜRERG Ekim 2007