VII. BÖLÜM TEMELLER YÜZEYSEL TEMELLER Prof.Dr. Mehmet Berilgen YTÜ İnş.Fak.
Temel Nedir? Üst yapı yüklerini zemine aktaran yapı elemanlarına Temel denir. Temel tasarımı şu iki kriteri sağlamalıdır : Temeli taşıyan zeminde göçmeye karşı yeterli bir güvenlik sağlanmalıdır. Taşıma gücü kriteri Oturmalar, özellikle farklı oturmalar, izin verilebilir sınırlar içerisinde kalmalıdır. Oturma kriteri Bu iki koşulun yanısıra, temele iletilen yükler altında temel malzemesinde yaratılan gerilmelerin malzemenin dayanımı aşmaması gerekir.
Yüzeysel ve Derin Temel Temeller, yükü zemine iletmelerine göre başlıca iki grup altında toplanabilirler: Yüzeysel temeller ve derin temeller. Uygun koşullarda yüzeysel temeller daha ekonomik olduklarından tercih edilirler. Yüzeysel temeller derinlikleri genişliklerinin yaklaşık dört katından fazla olmayan temellerdir Derin temeller, derinlikleri genişliklerinin yaklaşık dört katından daha derin temel olarak tanımlanabilir. Derin temeller yapı altındaki zemin tabakasının yeterli taşıma gücü değerine sahip olmadığı ve/veya yapıda oluşabilecek oturmaların öngörülen sınırların üzerinde olması durumunda tercih edilirler.
Temel Tasarımı Bir yüzeysel temelin derinliği don derinliği, su içeriğinde olacak değişikliğin hacimsal değişikliklere yol açtığı aktif zon derinliği, bitkisel ve organik zemin derinliği, örselenmiş ve ayrışmış üst tabaka derinliği, çöp veya kontrolsüz dolgu derinliği, oyulma derinliği, deprem yükleri altında sıvılanma veya kayma mukavemetinin yitirilmesi olasılığı olan tabaka derinliği gözetilerek belirlenir. Sıralanan bu etkenlerin yanı sıra yapım güçlükleri ve maliyet ile taşınacak yükün doğrultusu, büyüklüğü ve yükleri taşıyabilecek iyi özellikleri olan zemin tabakası derinliği temel derinliğinin belirlenmesinde etkilidirler. Diğer yandan eski bir temel yanında oluşturulacak yeni bir temelin kazı nedeniyle eski temelin güvenliğini tehlikeye düşürmemek için ya özel destekleyici önlemler almak ya da temel zemini özelliğine göre belirlenecek bir kritik bölge dışında kalmak için düzenlemeler yapmak gerektiği açıktır.
Temel Derinliğini belirleyen etkenler Don derinliği Büzülme şişme Komşu yapıların temelleri Köprü ve duvar temellerinde olası oyulma Kanalizasyon deşarj bölgeleri, çöp sahaları ve bataklık sularının suladığı alanlarda betonarme donatısında korozyon Kum zeminlerde su ve rüzgar erozyonu
Temel tasarımın etkileyen diğer hususlar YASS nin yüksek olduğu gevşek kum-silt zeminlerde sıvılaşma potansiyeli, Yumuşak kil ve silt formasyonlarında düşük taşıma gücü ve yüksek oturma beklenir Aşırı konsolide killi zeminler çoğu kez büzülme çatlakları ve eklemleri içerdiğinden kayma direncinin saptanmasında dikkate edilmelidir. Yüzeysel temelin şevin içinde veya gerisinde olması durumunda düz zemin koşullarına göre daha az taşıma gücü olacağı unutulmamalıdır.
TEMEL TİPLERİ a. Yüzeysel Temeller Tekil Temeller Sürekli Temeller Birleşik Temeller Radye Temeller b. Derin Temeller Kazıklı Temeller Ayak Temeller Keson Temeller
Tekil temel Birleşik temel Radye temel Sürekli(şerit) temel
Temel göçme mekanizmaları (Vesic,1973) Yük/birim alan, q Sıkı kum ve rijit kohezyonlu zemin Göçme yüzeyi Oturma Yük/birim alan, q Orta sıkı kum ve orta rijit kil Göçme yüzeyi Oturma Yük/birim alan, q Göçme yüzeyi Yüzey temeli Gevşek kum ve yumuşak zemin Oturma
Transcosna Buğday Silosu, Kanada (18 Ekim 1913) Temelin batı kenarı 7.32 m batmış
Yüzeysel Temellerin Taşıma Gücü Terzaghi Taşıma Gücü Teoremi Sürşarj H F A Aktif zon D C Radyal zon Pasif zon E G Terzaghi Taşıma Gücü Teorisi Göçme Modeli
Analitik çözümde varsayımlar Şerit temel(düzlem şekil değiştirme durumu) Plastik denge (limit denge) ACD üçgen zonu elastiktir. AD ve CD yatayla açısı yapar. ADF ve CDE radyal kırılma zonlarıdır. DF ve DE logaritmik spiral olarak alınabilir. AFH ve CEG Rankine pasif zonudur. Temel tabanı üzerinde kayma dayanımı ihmal edilerek bu bölgedeki (D f derinliğince) zemin etkisi sürşarj olarak gözönüne alınmıştır. Temel derinliği genişliğinden fazla değildir. Zemin c, zemini olup yeraltı suyu çok derindedir. Temel eksenel ve dikey yönde yüklüdür.
Terzaghi Taşıma Gücü Denklemi q u = c N c + q N q + 0.5 B N q u : Temelin birim alanı için son taşıma gücüdür. c : Zeminin kohezyonu N c, N q, N : İçsel sürtünme açısı ye bağlı taşıma gücü faktörleri : Zeminin birim hacim ağırlığı B : Temel genişliği q : temel düzeyindeki sürşarj gerilmesidir.
Terzaghi Taşıma Gücü Faktörleri 2 45 2cos 2 2 4 3 2 tg q e N Cot N N q c 1 1 2 1 2 Cos K N p 2 33 45 3 2 K p tg
Terzaghi Taşıma Gücü Faktörleri N c N q N K p Nq 0 5.7 1.0 0.0 10.8 1.0 10 9.6 2.7 1.2 14.7 1.6 20 17.7 7.4 5.0 25.0 3.3 30 37.2 22.5 19.7 52.0 9.5 40 95.7 81.3 100.4 141.0 42.3
Kare ve dairesel temel Kare Temel : q u = 1.3 c N c + q N q + 0.4 B N Dairesel temel : q u = 1.3 c N c + q N q + 0.3 B N
Yeraltı Su Seviyesinin Etkisi 1 o Durumda ikinci terimde q = n D 1 + A D 2, üçüncü terimde = A 2 o Durumda ikinci terimde 1 q = n D f, ort = d A +( B n - d A ) B 3 o Durumda suyun etkisi gözetilmeyecektir. Eşitliklerde n su düzeyinin üzerinde, A su altındaki birim hacim ağırlığını göstermektedir. A
Genel Taşıma Gücü Denklemi q u c N c F cs F cd F ci q N q F qs F qd F qi 1 2 B N F s F d F i F cs, F qs, F s = Şekil Faktörleri F cd, F qd, F d = Derinlik faktörleri F ci, F qi, F i = Yük Eğim Faktörleri N c, N q, N = Taşıma Gücü faktörleri B = Temel Genişliği q = Df= Temel Taban Seviyesinde Sürşarj Yükü Zeminin Birim Hacim Ağırlığı (YASS altında ) A
Şekil Faktörleri (De Beer, 1970) F cs 1 B 0.4( ) L F qs 1 ( B L ) tan F s B N 1 ( )( L N q c )
Derinlik Faktörleri Df / B 1 için Df / B>1 için F cd F cd F qd F qd F d F d
Eğim Faktörleri Hanna ve Meyerhof, (1983) : F ci F qi ( 1 o 90 2 ) F i 2
Genel göçme durumu için Taşıma Gücü Katsayıları
Net Taşıma Gücü Kavramı Q B L ( D D ) z f c D b c q u z z b alınırsa Q B L q u D z f D f = q olup q u q = q net net taşıma gücü diye adlandırılır. Üst yapı yüklerinin yarattığı zemin gerilmelerini net taşıma gücü ile karşılaştırmak yeterli olmaktadır
Taşıma Gücünde Güvenlik Kavramı Güvenlik sayısının uygulanmasında genelde iki yol izlenmektedir : Nihai taşıma gücü veya net taşıma gücününün bir güvenlik sayısına bölünmesi. Yapı temellerinde kohezyonsuz zeminlerde sıkılık ve olası göçmenin etkisine bağlı olarak 2 5, kohezyonlu zeminlerde 3 6 arasında değer uygulanmaktadır. Zemin parametrelerinin pik değerlerinin güvenlik sayıları ile azaltılarak taşıma gücü eşitliklerinde kullanılması tg c d Arctg ( ) c FS d 2 FS 1 Burada c ve pik, c d ve d güvenli kayma dayanımı parametreleri FS 1 ve FS 2 sırasıyla 1.2 1.3 ve 1.5 2.5 alınması önerilen güvenlik sayılarıdır.
Güvenli taşıma gücü q a qu FS q u =Nihai taşıma gücü q a =Güvenli taşıma gücü FS=güvenlik sayısı
Kohezyonlu Zeminlerde Temel Taşıma Gücü Kil zeminlerde uzun dönemde drenajlı davranışın geçerli olduğu hallerde kilin efektif kohezyon ve kayma direnci açıları kullanılarak Denklem 1 yardımı ile hesaplanmaktadır. Kısa dönem-drenajsız davranış (=0) durumunda N q = 1.0 ve N =0 olacağından kilde net taşıma gücü q un : q un =c u N c (1) veya q un = c u N c F cs F cd F ci (2) Denklem (1) kullanıldığında N c faktörünün Skempton (1951) tarafından önerilen Şekil 2 den alınması, Denklem (2) de ise Tablo 1 de verilen N c =5.14 değerinin kullanılması gerekmektedir.
Skempton N c Taşıma Gücü Faktörü (Craig 1988)
Kohezyonlu Zeminde SPT Deneyinden Taşıma Gücü Serbest Basınç Mukavemeti ve Standart Penetrasyon N değeri Arasındaki İlişki (NAVFAC 1982)
Kohezyonlu Zeminde CPT Deneyinden Taşıma Gücü c u q c N k p o N k Değerinin Plastisite İndisi Değerine Göre Değişimi (Lunne ve Eide 1976)
Kohezyonsuz Zeminlerde Taşıma Gücü Kohezyonsuz zeminlere oturan yüzeysel temellerin projelendirilmesinde iki koşul aranmaktadır: Toplam göçmeye karşı emniyetin en az GS= 2.0 olması Oturmaların 25 mm değerini aşmaması Çeşitli boyuttaki temeller üzerinde yapılan ölçümlerden temel genişliği B<1.0 m olması halinde taşıma gücünün kritik olduğu; B> 1.0 m durumunda projelendirmeyi oturmaların kontrol ettiği anlaşılmıştır (Berry ve Reid 1987). Uygulamada temel genişliğinin genellikle 1.0 m nin üzerinde olduğu dikkate alındığında sığ temellerin kum zeminde oturma kriterine göre projelendirilmesi esas alınmalıdır (Peck vd.1974).
Kohezyonsuz Zeminlerde SPT ve CPT Deneylerinden Taşıma Gücü Tayini SPT N Değeri ile o Arasındaki İlişki Koni Uç Direnci ile o Açısı Arasındaki İlişki
Yer altı Suyunun Etkisi Yeraltı suyu seviyesinin temel altından B veya daha derin olması halinde net emniyetli taşıma gücü q nem : q nem = 11 N (kpa) Yeraltı suyu seviyesi zemin yüzeyinde olması halinde : q nem =0.5x11N (kpa) Yeraltı suyu seviyesinin zemin yüzeyinden D w derinliğinin 0D w D f +B olması halinde ise: q nem = 11 N (kpa)
İzin Verilebilir Yapı Oturmaları Aşırı oturmaların yapısal olumsuzlukların yanısıra yapı kullanımında aksamalara yol açması beklenebilir. Yapılar için izin verilebilir oturmalar bu nedenle yapı türü, yüksekliği, yeri ve kullanım amacına bağlı olduğu gibi oturmaların dağılımı, hızı ve büyüklüğü de önemli etkendir. Kavram olarak bir yapıdaki temellerin yapabileceği farklı oturmaların ve yapının bunun hangi derecesine dayanabileceğinin bilinmesi gerekse de çoğu kez bunu hesaplamak çok zordur, zira yapı elemanlarının birbirine etkisi, yapı oturdukça yüklerin yeniden dağılımı ve zamanın bundaki etkisini kestirmek olanağı yoktur. Terzaghi Peck e göre birçok yapı kolonlar arasında 20 mm farklı oturmaya uyum gösterebilir ve farklı oturmalar toplam oturmanın granüler zeminlerde mertebesinde olduğundan maksimum oturmayı 25 mm ile sınırlamak ayrık temeller için iyi bir uygulamadır. Oturmalar yavaş geliştikçe yapının zarar görmeksizin karşı kalabileceği oturma büyüklüğü de artmış olacağından kohezyonlu zeminlerde daha fazla oturmaya izin verilebilir. Uygulamada yapı altında yer alan tabakaların kalınlık ve sıkışma özelliklerini tam olarak kestirmek hemen hemen olanaksız olduğundan doğması olası olumsuzlukların giderilebilmesi amacıyla izin verilebilir oturma sınırları genellikle gözlemlere dayandırılmaktadır.
Yapıda oturma biçimleri max min Açısal çarpılma(distorsiyon) l l max min Açısal çarpılma(distorsiyon) l l (a) Ünform oturma, (b) Farklı oturma (çarpılma=distorsiyon), (c) Eğilmeli oturma