Zemin Araştırmaları Yrd.Doç.Dr. Saadet Arzu BERİLGEN
İnşaat mühendisliğinin bazı yapıları. Temeller Zemin araştırması Tünel ayağınızın altında gömülüdür. 2
İyi bir zemin araştırması önşarttır 3
Zemin koşullarını bilme ihtiyacı var Planlanan yapı? Problem Zeminler yani, reaktif killer, yumuşak zeminler, sink holler, vs. 4
ZEMİN ARAŞTIRMALARI İnşa edilmesi düşünülen yapının altında ve çevresinde bulunan zemin tabakalarını ve onların fiziksel karakteristiklerini tanımlama işlemine genel olarak Zemin araştırmaları veya Zemin etüdü diyoruz 5
Amaç 1. İnşa olunacak yapı için uygun temel tipi ve derinliğini seçmek 2. Temel taşıma gücünün elde edilmesi 3. Olası oturmaların tahmini 4. Potansiyel temel problemleri (Örneğin şişen, göçebilen zemin, atık dolguları vb) 5. Su tablasının tayini 6. İstinat yapıları için yanal toprak basınçlarının hesabı 7. Değişen zemin koşulları için inşaat yöntemi belirleme 8. İnşa alanı seçimi 6
Gerekli zemin verileri: Zemin profili - Tabaka kalınlığı ve zemin tanımı Indeks özellikleri - Su muhtevası, Atterberg limitleri, Birim h.a. vs. Mukavemet ve sıkışabilirlik özellikleri - c, c u,, C c, C r, OCR, Diğerleri (Örn., Y.A.S.S.) 7
Zemin Araştırma Programı İlk bilgilerin toplanması Arazi gözlemleri Zemin İncelemesi 8
İlk bilgilerin toplanması Hava fotoğrafları Topoğrapik haritalar Mevcut zemin etüd raporları (komşu sahalar için) Yerel kurumlardan diğer bilgiler, literatür. 9
Arazi Gözlemleri Arazi ziyaret edilir. Saha ulaşımı Topoğrafya Saha jeolojisi Komşu yapıların durumu Açıkca görülen problemlerin tespiti? 10
Zemin İncelemesi Arazi sondajlarını planlama Sondaj ve/veya muayene çukuru adeti, yerleri, derinlikleri Alınacak numunelerin sayısı ve derinlikleri Arazide deneyleri Numunelerin taşınması ve saklanması Laboratuar deneyleri Gerekli parametrelerin belirlenmesi Geoteknik (Zemin Etüdü) rapor hazırlanması 11
Zemin İnceleme Yöntemleri Muayene çukurları Sondajlar Sondalar Jeofizik yöntemler 12
Kepçe Delgi KİL Muayene çukuru 1-2 m genişlik 2-4 m derinlik Sondaj deliği 75 mm çap 10-50 m derinlik 13
Araştırma çukuru Görsel incelemeye uygun, tabaka sınırlarını gösteren ve örselenmemiş numuneler için erişime uygun. Çok geniş bir araştırma (muayene) çukuru 14
Kil zeminlerde Kil İnce cidarlı tüplerle kil numuneler alınır. (örn. shelby tube) Sondaj deliği Konsolidasyon, üç eksenli deneyler
Örselenmemiş Kil Numuneler Laboratuar üç eksenli, konsolidasyon deneyleri için gerekli. İyi kalite numuneler gerekli. A R <10% 2 O. D. I. D. 2 I. D. zemin 100 (%) A R 2 Numune tüpü Alan oranı Cidar kalınlaştıkca, örselenme artar. Taşıma ve nakliyede azami dikkar 16
Granuler Zeminler Örselenmemiş numuneler almak çok zor. in situ (yerinde) deneyler yap. Örn., penetrasyon deneyleri Temel tasarımcılarının 80-90% ı penetrasyon deneylerini esas alır 17
Penetrasyon Deneyleri Bir düzenek sokulması sırasında zemin direncinin ölçümü, E GL drill rod 18
Kaç adet sondaj çukuru? Çok katlı bir alışveriş merkezi için planlanan saha 120 m Sondaj çukuru Yeterli sondaj çukuru yoksa zemin profili ve özellikleri yeterince belirlenemez 19
Kaç adet sondaj çukuru? 120 m Çok fazla sondaj çukuru ve deney bütçeyi artırır. 20
Kaç adet sondaj çukuru? Araştırma çukuru 120 m Yaklaşık kabul? 21
Kaç adet sondaj çukuru? Sondaj çukrlarının sayısı aşağıdaki faktörler bağlıdır. projenin tipi ve boyutu Zemin araştırmaları bütçesi Zemin değişkenliği Konut olamayan binalar için tipik olarak 20-40 m aralıkta Beklenen yüklerin yerlerine göre sondaj çukurlarını yerleştir. Planlanan bina 22
Ne kadar araştırma derinliği? Gerilme değişiminin önemsiz olduğu zemin derinliğine kadar araştırma yap! 23
Araştırma derinliği (ASCE,1972) 1. Net gerilme artışını hesapla Ds v 2. Düşey efektif gerilme artışını belirle (s v ) 3. Net gerilme artışının temel taban basıncının %10 u olduğu derinliği bul (D=D1) 4. Ds v /s v =0.05 olan derinliği bul (D=D2) 5. Ana kayaya rastlanmamışsa iki derinlikten (D1 ve D2) küçük olanı yaklaşık sondaj derinliği olarak al. 24
Araştırma derinliği (Sowers & Sowers, 1970) Kat sayısı Sondaj derinliği (m) 1 2 3 4 5 3.5 6 10 16 24 25
Sondaj aralığı Proje türü Sondaj aralığı (m) Çok katlı yapı Tek katlı endüstri yapısı Karayolları Yaşamsal alanlar Barajlar ve bentler 10-30 20-60 250-500 250-500 40-80 26
Sondaj Yöntemleri El burgusu Burgulu sondaj Yıkamalı sondaj Dönel sondaj Darbeli sondaj 27
El burgusu 28
Burgulu sondaj (Auger) 29
Yıkamalı sondaj 30
Dönel sondaj 31
Numune alıcılar 32
Arazi Deneyleri Penetrasyon deneyleri Dinamik Standart Penetrasyon Test (SPT) Statik Konik Penetrasyon Test (CPT) Pressiometre Levha dilatometre Kuyu kesme 33
Genel in situ deney aygıtları SPT VST PMT CPT DMT Sondaj çukurunda 34
Standard Penetrasyon Deneyi (SPT) 65 kg çekiç 300 mm penetrasyon için düşü sayısını belirle Düşü sayısı veya N-Değeri 760 mm düşü anvil Delgi tiji Kaşık numune alıcı 35
Standard Penetrasyon Deneyi Yine de bir anlamı var Çoğunlukla granüler zemin; Killerde güvenilmez N-değeri, E parametrelerine korole edilir Sondaj çukurlarında 1.5 m aralıklarla yapılır Yarık kaşık numune alıcılarla örselenmiş numuneler aşınır. A R = 112%; sınıflandırma için kullanılır I.D. = 35 mm O.D.= 51 mm zemin 36
Standard Penetrasyon Deneyi 37
SPT Çekici 38
SPT Düzeltmeleri (N 1 ) 60 = C ER C N N Düzeltilmiş düşü sayısı Ölçülen düşü sayısı Enerji düzeltmesi Jeolojik gerilme düzeltmesi 39
Jeolojik gerilme için düzeltme yok Killerde SPT korelasyonları N 60 c u (kpa) kıvam Görsel tanımlama 0-2 0-12 Çok yumuşak Parmak batırılabilir > 25 mm 2-4 12-25 Yumuşak Parmak 25 mm batırılabilir 4-8 25-50 orta Parmak ortalama bir güç ile batırılabilir 8-15 50-100 Katı Parmak ile 8 mm girinti 15-30 100-200 Çok katı Tırnak ile kazınabilir >30 >200 sert Tırnakla bile kazılamaz Dikkatli kullan; Güvenli değil. 40
Granular Zeminlerde Korelasyon Jeolojik gerilme için düzeltme yap! (N) 60 D r (%) Sıkılık 0-4 0-15 Çok gevşek 4-10 15-35 Gevşek 10-30 35-65 Orta 30-50 65-85 Sıkı >50 85-100 Çok sıkı 41
Konik Penetrasyon Deneyi (CPT) Dinamik konik penetrasyon deneyi (DCPT) SPT ye benzer; çekiç itilir Yarık kaşık yerine konik uç kullanılr Static konik penetrasyon deneyi (SCPT) Zemine @ 2 cm/s hızla itilir Sürekli ölçüm verir Kapalı uç; örnekleme yok Düşü sayıları @ 1.5 m derinlik aralıkları ile alınır 42
Dinamik Konik Penetrasyon Deneyi Basit ve kaba. SPT den veya sert zemindeki SCPT den daha iyi SPT kadar kaba; düşü sayısına bağlı korelasyonlar güvenilir İçi boş (yarık kaşık) SPT DCPT Dolu ( Numune yok) 43
Statik Koni Penetrasyon Deneyi 10 cm 2 en kesit Kılıf sürtünmesi (f s ) f s Sürtünme oranı, f R = q 100 % c Tipik olarak 0 10%. granüler koheziv Konik dirneç (q c ) or uç direnci (q T ) 44
Piezocone (CPTU) Modern statik koni; boşluk suyu basıncını da ölçebilir. Zemine itilir Boşluk suyu basıncı ölçümü için poroz taş Kılavuzlarla piezokon 45
20 mm/s hızla itilir Sürekli ölçümler : q c, f s ve u. 46
SCPT Veri Yorumlama Bir sonraki slayt 47
SCPT (Piezocone) Veri Yorumlama Tipik Zemin Davranışı (Robertson et al., 1986; Robertson & Campanella, 1988) 1 Sensitif ince daneli 5 Killi silt - siltli kil 9 sand 2 Organik malzeme 6 Kumlu silt siltli kum 10 Gravelly sand to sand 3 Kil 7 Siltli kum - kumlu silt 11 Very stiff fine grained* 4 Siltli kil - kil 8 Kum - siltli kum 12 Sand to clayey sand* *Not: Aşırı konsolide veya çimentolanmış 48
Depth BGS (m) Sounding - Shelby County, TN (U.S.A) 0 q t (MPa) 0 5 10 15 20 25 0 Friction Ratio (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 u 2 (kpa) -500 500 1500 2500 0 0 V s (m/sec) 0 250 500 SM Silt Clayey Silt 5 5 5 5 Dense Sand Dense Sand 10 10 10 10 15 15 15 15 Stiff Clay 20 20 20 20 25 25 25 25 Professor. P.W. Mayne, Georgia Inst. of Technology 49
SCPT korelasyonları Killerde, c u q c s N k vo koni faktörü (15-20); koni ile değişir Kumlarda, E = 2.5-3.5 q c (genç normal konsolide kumlar) 50
Granüler zeminlerde q c /N ilişkisi q c (kg/cm 2 ) (1 kg/cm 2 = 98.07 kpa) 51
Granüler zeminlerde SPT/CPT den Peck et al. (1974) Meyerhof (1976) 52
Pressiometre Deneyi Silindirik bir probe sondaj çukurunda esnetilir Tüm yerinde deneylerden daha rasyonel Mukavemet, modül, K 0, c v verir Tüm zeminlerde Silindirik prob Kılavuz hücre presiyometre
Dilatometre Deneyi 20 mm/s hızla ilerlenir. Her 200-300 mm de. Şişen zar için Nitrojen tankı. c u, K 0, OCR, c v, k, zemin sıkılığı. Zemin tanımı yapılabilir Konik Penetrasyon denyindekine benzer şekilde 60 mm çapında esnek çelik membran 54
Konik Pressiometre Piezokon ve pressiometrenin bileşimi. Genel değil; özel bir deney yöntemi presiyometre piezokon 55
Veyn Deneyi measuring (torque) head Sondaj deliği Yumuşak Killer için yapılır Drenajsız veyn d yumuşak kil h 2d tork drenajsız kayma mukavemeti c u Tipik d = 20-100 mm. vane 56
Veyn deneyi Deney uygulaması Göçme yüzeyi 57
settlement Plaka yükleme deneyi Kare bir plaka (300 mm x 300 mm) göçünceye kadar yüklenir. Basınç vs. oturma eğrisi çizilir. Prototipe göre yorumlanır Yükleme düzeneği deneyi pahalılaştırabilir Düzensiz dolgularda iyi; ortalama sonuç verir. pressure plak a
Cep Penetrometresi Killi zeminlerin serbest basınç mukavemetini ölçmek için basit bir alet(q u = 2 c u ) Araştırma çukurlarında deney numunlerinde uygulanır. Çok kaba Kile it..mukavemeti oku 59
Sondaj Logu 60
Jeofizik Yöntemler Sismik kırılma Sismik yansıma Sondajda sismik deneyler Uphole Downhole Crosshole Ground penetrating radar (Jeoradar) Elektriksel direnç Manyetizma Microgravite Elektromanyetik yöntemler 61
Her deney için relatif maliyet Doğruluğa göre maliyet Pressuremeter test Dynamic cone penetration test Static cone penetration test Cep penetrometresi Standard penetration test Relatif test doğruluğu
5.ZEMİN ETÜD RAPORLARI ( GEOTEKNİK RAPOR ) Arazi zemin koşullarını temel zemini niteliği ve yapıların tasarım ve inşası açısından değerlendirilen raporlar Geoteknik Rapor olarak isimlendirilir. Geoteknik Raporlar aşağıdaki bilgileri içermektedir. 1) Zemin Etüdlerinin Amacı ve Kapsamı 2) Arazi Durumu - Konumu - Topoğrafik durumu - Yüzey bitki örtüsü - Civardaki yapıların durumu 63
3) Jeolojik Koşullar - Genel jeolojik yapı - İnşaat alanının jeolojik durumu 4) Arazi Araştırmaları - Sondajların sayısı ve derinlikleri - Araştırma çukurları - Jeofizik araştırmalar -Arazi deneyleri (SPT, CPT, Presyometre, Yerinde permeabilite..vb) 64
5) Arazi Zemin Profili ve Yeraltı Suyu Durumu 6) Laboratuvar Deneyleri 7) Zemin Koşullarının Değerlendirilmesi Zemin Modeli ( Geoteknik Modelleme ) - Basitleştirilmiş zemin profili ve başlıca tabakalar - Arazi ve laboratuvar deneyleri sonuçlarına göre tabakaların geoteknik özellikleri * Mukavemet parametreleri * Birim hacim ağırlıkları * Oturma parametreleri * Deformasyon parametreleri - Olası Bir Deprem Sırasında Zemin Tabakalarının Davranışı * Sıvılaşma olasılığı * Mukavemet ve rijitlik kaybı olasılığı 65
8) İnşa Edilecek Yapının Özellikleri - Taşıyıcı sistemi ve açıklıkları - Bodrum ve kat sayıları 9) Temellerin Tasarımına İlişkin Öneriler ve Parametreler - Alternatif temel sistemleri - Tavsiye edilen temel sistemi - Güvenli taşıma gücü ( Zemin emniyet gerilmesi ) - Beklenebilecek oturmalar - Kazıklı sistem önerilmesi durumunda * Önerilen kazık çap ve boyları * Kazık taşıma gücü parametreleri * Yanal yataklanma katsayısı * Statik ve deprem durumu için güvenli taşıma gücü ( Sıvılaşma dikkate alınarak) - Deprem yönetmenliğine uygun yerel zemin sınıfı ve T A, T B değerleri 66
10) İnşaat İle İlgili Tavsiyeler - Kazı ve iksa sistemi ile ilgili tavsiyeler - Kazıdan çıkan malzemenin dolguda kullanabilirliği - Drenaj ve yalıtım ile ilgili tavsiyeler 67
Eğer yerinde zemin araştırması yapılsaydı Bugün Piza kulesi eğilmemiş olacaktı! 68
Referanslar : www.fugro.nl Fugro Internationalwww.ce.gatech.edu Georgia Institute of Technology www.pagani-geotechnical.com Pagani Geotechnical Equipment