TEMEL İNŞAATI TAŞIMA GÜCÜ Kaynak; Temel Mühendisliğine Giriş, Prof. Dr. Bayram Ali Uzuner 1
2
Tekil Temel tipleri Bir Tekil Temel Sistemi 3
Sığ Temeller 4
Sığ Temeller 5
Sığ Temeller 6
Sığ Temeller 7
Sığ Temeller 8
Kazıklı Temeller 9
Temelin göçmesi veya temel zemininin kırılması; Bir temeli sıfırdan başlayarak, gittikçe artan bir biçimde yükleyelim (Q, yük). Yükü temel tabanına bölerek zemine uygulanan basıncı bulalım (q=q/a). Bir yandan da temelin oturmasını ölçelim. Göçme anında, temelin veya temel zemininin birim alanının taşıyabileceği gerilme (basınç) değerine sınır taşıma gücü denilir. 10
Q sınır, temelin göçmesine veya temel zemininin kırılmasına neden olan toplam yüktür (Toplam sınır taşıma gücü veya sınır yük). 11
12
Temel zemininde göçme olması istenmez. Ve bu olaya karşı belli bir güvenlik olması gerekir. Emin taşıma gücü / Zemin emniyet gerilmesi Güvenlik sayısı Taşıma gücü için 2-5 arasında değişir Bazen emin taşıma gücü aşağıdaki gibi de tanımlanabilir; Bir temel için toplam emin taşıma gücü veya güvenli yük aşağıdaki gibi yazılır; 13
Zeminde üç tür kırılma meydana gelebilir; Genel kayma kırılması, sıkı veya sert zeminlerde meydana gelir Yerel kayma kırılması yumuşak veya gevşek zeminlerde meydana gelir. 14
15
Terzaghi taşıma gücü Formülü, şerit temel (iki boyutlu koşullar) için aşağıdaki kabuller yapılarak çıkarılmıştır; Zemin, homojen, izotrop ve yarım sonsuzdur. AB tabanı tam sürtünmelidir (Pürüzlü taban). Temel tabanı altında, ABC zemin üçgen kaması meydana gelir. Bu kama temelle birlikte, aşağı doğru hareket eder ve CAB açısı=cba açısı=,zeminin içsel sürtünme açısıdır. ABC bölgesine aktif bölge denilir. CD, CF kırılma yüzey kısımları, logaritmik spiraldir. ACD ve BCF bölgeleri geçiş bölgeleri adını alır. BFG, ADE pasif bölgeler olup, FG, DE kırılma yüzey kısımları, düzlemdir ve FGB açısı=fbg açısı=45+ /2 dir. Kırılma yüzeylerinin temel derinliği içindeki kısmı ihmal edilir ve bunun yerine, temel taban düzeyinde, P o =.D f üniform yayılı yükün etkidiği düşünülür. Ayrıca, temel yan yüzleri ile zemin arasındaki sürtünmeler ihmal edilir. Zeminin genel bir zemin (c- ) olduğu düşünülür. 16
ABC kaması için düşey denge denklemi yazılır ve düzenlenirse aşağıdaki bağıntı elde edilir; Bu bağıntı, şerit temel için (iki boyutlu durum için) Terzaghi Taşıma Gücü Formülüdür. Bazı şekil katsayıları ile Terzaghi taşıma gücü formülü üç boyutlu durumlar için aşağıdaki gibi genelleştirilmiştir. 17
Temel Şekil katsayıları; 18
Pürüzlü tabanlı temel için Terzaghi Taşıma Gücü Katsayıları (genel kayma kırılması için) 19
Taşıma gücü formülünde çeşitli YASS durumları; Eğer YASS temel taban düzeyinde veya daha yukarıda ise (1-1 ve 3-3 durumları); Taşıma gücü bağıntısındaki 3. terimde yerine batık birim ağırlık alınır. Eğer YASS temel tabanından itibaren B kadar aşağıda veya daha derinde ise (2-2 ve 4-4 durumları); Taşıma gücü bağıntısındaki 3. terimde yerine n doğal birim ağırlık alınır. Eğer YASS temel tabanı ile tabandan itibaren B derinliği arasında ise (5-5 durumu); ile n arasında lineer interpolasyon yapılabilir veya basitlik için batık birim ağırlık alınır. 20
Zeminde yerel kayma kırılmasının olacağı değerlendiriliyorsa (yumuşak veya yumuşağa yakın, gevşek veya gevşeğe yakın zeminlerde), sınır taşıma gücünde azaltma yapılmalıdır. Azaltma iki türlü olabilir; 1. yaklaşımda; genel kayma kırılması için verilen N c, N q, N yerine, yerel kayma gerilmesi için verilen N c N q, N katsayıları kullanılır ve bağıntıda c yerine azaltılmış değer olan c*=(2/3)c kullanılır. 2. Yaklaşımda; İçsel sürtünme açısı aşağıdaki gibi azaltıldıktan sonra ( *), * ye karşılık gelen, genel kayma kırılması için verilen N c, N q, N değerleri ve c* kullanılır 21
Taşıma gücü bağıntısı incelendiğinde; üç terimden oluştuğu görülür. Bunlardan birincisi temel zemininin kohezyonunun, ikincisi temel derinliğinin, üçüncüsü temel genişliği ve temel zemininin ağırlığının taşıma gücüne katkısını gösteriyor. İçsel sürtünme açısı ise her üç terimde yer alarak taşıma gücüne katkı yapıyor. Yani q sınır = f (c,, B,, D f, temel şekli vb.) dir. Buradan anlaşılacağı üzere taşıma gücü sadece zeminin özelliklerine bağlı değildir, temel ile ilgili bilgilere göre de değer almaktadır. 22
Arazi deneyleri ile emin taşıma gücünün belirlenmesi; Terzaghi ve Peck (1967) grafiğinde, temelin 25 mm lik toplam oturması dikkate alınarak, zeminin emin taşıma gücü, izin verilebilir taşıma basıncı q a adıyla verilmiştir. Taralı alan, eşdeğer dikdörtgene dönüştürülerek ortalama SPT sayısı bulunur. Radye temeller için grafikten bulunan taşıma gücü 2 ile çarpılır. Çünkü radyelerde, izin verilebilir mutlak oturma değeri, gene Terzaghi ve Peck e göre 50 mm olarak öneriliyor. Eğer temel zemini, yer altı suyu altında ise, grafikten bulunan değerin yarısı alınır. 23
Meyerhof, emin taşıma gücü için aşağıdaki bağıntıyı vermiştir; 25 mm lik izin verilebilir mutlak oturma için izin verilebilir taşıma basıncı Meyerhof D f B olmasını belirtmiştir. Günümüzde izin verilebilir oturma değerleri 25 mm den daha büyüktür. Bu nedenle gerek Terzaghi nin gerekse Meyerhof un verdiği izin verilebilir taşıma basınçları, izin verilebilir oturma değerleri ile orantılı olarak artırılmalıdır. 24
Koni penetrasyon deneyi ile emin taşıma gücünün belirlenmesi için L Hherminier (1953) şu basit bağıntıyı vermiştir; Meyerhof, q c ile N arasında şu ilişkiyi vererek q cort dan elde edilecek N ort nın SPT deneyi için kendisinin önerdiği bağıntıda kullanılabileceğini önermiştir. N ile q c arasında, literatürde buna benzer ama farklı ilişkiler de vardır. 25
Presiyometre deneyi ile zeminin emin taşıma gücünün belirlenmesinde aşağıdaki basit bağıntı verilebilir (Baguelin vd. 1978) 26
27
Deney temel taban düzeyinde, kare veya daire biçimli çelik bir plakanın, adım adım yüklenmesi ve yükler altında plakanın oturmasının ölçülmesi olarak özetlenebilir. Plakanın kenar uzunluğu veya çapı 0.3-0.7 m arasındadır. Kalınlığı en az 25 mm (Rijit) dir. Deney için açılan çukurun genişliği, plaka genişliğinin en az 5 katı olması gerekir. Böylece çukur derinliğinin deney sonuçları üzerine olan etkisi önlenmiş olur. Plaka deney çukurunda zemin yüzüne yerleştirilir veya bazen B t / D f = B p / D p oranı uygulanır. 28
Plaka çeşitli biçimlerde yüklenebilir. Plakanın oturmaları iki deformasyon saati ile ölçülür. 29
Yükleme adım adım yapılır. Plakanın tahmin edilen sınır taşıma gücü, 5-10 adıma bölünerek uygulanır. Her adımda oturmalar durana kadar beklenilir. Oturma yük eğrisinde, kırılma noktası belirgin değilse veya plaka sınır taşıma gücüne kadar yüklenmemiş ise, ampirik bir şekilde, örneğin 10 mm lik oturmaya karşılık gelen plaka taban basınç değerinin yarısı alınarak, plakanın emin taşıma gücü belirlenir Plakanın bir model temel olması nedeniyle, temel için zeminin emin taşıma gücü, kohezyonlu zeminlerde; Bağıntısı ile belirlenir. Kohezyonsuz zeminlerde; 30
Zemin özelliklerinin derinlikle değişmediği durumda plaka yükleme deneyi uygun bir deneydir. Ancak böyle bir duruma nadiren rastlanılır. Zeminin düşey kesiti derinlikle genellikle değişir, sıkça da tabakalanma görülür. Zemin özelliklerinin derinlikle değiştiği durumlarda plaka yükleme deney sonuçları yanıltıcı olur. 31
Emin taşıma gücü tabloları; Not; Yer altı suyu varsa tablodaki değerlerin yarısı alınır. 32
EKSANTRİK YÜKLÜ TEMELLER Temeller düşey merkezi yükün yanında, eğilme momentinin de etkisinde kalabilirler. Sadece bir yönde eğilmeye maruz kalmış bir temel 33
Hem merkezi normal kuvvet, hem de eğilme momenti etkisindeki temel, eksantrik olarak etkiyen tek bir yükle yüklenmiş duruma dönüştürülebilir. Bu durumda eksantrite, (dış merkezlilik, merkez dışlılık, teorik eksantrite); olur. M y-y =ilgili eksene göre momentlerin toplamı N= temel tabanına gelen tüm düşey yüklerin toplamı 34
Temeller çok çeşitli eksantrikliklere maruz kalabilir. Temellerde çeşitli eksantriteler 35
Temellerde çeşitli eksantriteler 36
Eksantrik yüklü temel, aynı koşullarda, merkezi yüklü temele göre daha az yük taşır. Merkezi yüklü temelin (şerit) her iki yanında kırılma yüzeyleri meydana gelirken, eksantrik yüklü temelin sadece bir tarafında (eksantrikliğin yer aldığı tarafta veya karşı tarafta) kırılma yüzeyi meydana gelir. Temel daima eksantrite tarafına doğru döner. Taşıma gücü, kabaca kırılma yüzeyleri boyunca, zeminin kayma direncinin yenilmesi gibi düşünülürse, kırılma yüzeyleri daha az olan eksantrik yüklü temelin, daha az yük taşıdığı söylenebilir. Eksantrite arttıkça temelin toplam taşıma gücü azalır. 37
EKSANTRİK YÜKLÜ TEMELLERİN TAŞIMA GÜCÜNÜ BELİRLEMEK İÇİN BİRKAÇ YÖNTEM VARDIR. Öncelikle; Temel altındaki taban basınç dağılışı, bazı kabullerle belirlenir; Temeller, eğilmeye karşı dirençleri açısından esnek ve rijit temel diye ikiye ayrılabilir. Esnek temel daha kolay eğilebilen ince temeldir. Rijit temel, eğilmeye karşı göreli olarak büyük direnci olan temel olup, kalın temeldir. Esnek temel eğilirken, rijit temel eğilmez, tabanı düzlem kalır. Pratikte ince radyeler esnek temel, betonarme tekil temeller vb. rijit temel kabul edilirler. Esnek ve rijit temellerin yükleme altındaki oturma, deformasyon ve taban basınç dağılışları farklıdır. Bu davranışlar, kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerde ayrıca farklılıklar gösterir. 38
Merkezi yüklü rijit temellerde, taban basınçlarının eğrisel dağılışları yerine, basitlik sağladığı için, üniform taban basınç dağılışı kullanılır. İri taneli zeminlere oturan eksantrik yüklü rijit temellerde, taban basınç dağılışı örneğin kum çakıldaki özelliklerini korumakta, ancak dağılışın ağırlık merkezi, eksantrik olarak etkiyen yükün altına doğru kaymaktadır. 39
Geleneksel yöntemde; eksantrik yüklü rijit bir temel altındaki basınç dağılışlarını belirlemek için şu kabuller yapılmaktadır; Taban basıncının dağılış biçimi doğrusal (lineer) dir. Dağılışın bileşkesi, eksantrik olarak etkiyen yüke eşittir ( Y=0). Dağılışın bileşkesi ile eksantrik yük, aynı düşey doğrultudadır ( M=0). Zemin ile temel arasında çekme gerilmesi oluşamaz. Çekme gerilmesi meydana gelen alanda, temel ile zemin teması kaybolur. Geleneksel yöntemin bu kabullerinin geçerliliği, deneysel çalışmalarla gösterilmiştir. 40
Bir yönde eksantrikliğe maruz bir dikdörtgen temelde, taban basınç dağılışları geleneksel yönteme göre şöyledir; 41
42
43
Temel zemin temasının kaybolduğu (gerilme olmayan) kısmının uzunluğu; 44
Bu bağıntılar; eksantritenin genişlik üzerinde etkili olduğu, duvar altı şerit temelin birim uzunluğu için (L=1) aşağıdaki şekli alırlar; 45
İki yönde eksantrikliğe maruz bir dikdörtgen taban alanlı rijit bir temelde; eksantritenin çekirdek içinde kalması durumunda gerilmeler aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır. 46
İki yönde eksantrikliğe maruz bir dikdörtgen taban alanlı rijit bir temelde; eksantritenin çekirdek dışında olması durumunda taban basınç dağılışında kopma meydana gelir. Bu durumda taban basınç dağılışını ve kopmuş bölgeyi belirlemek için grafik yöntem+uzun formüller burada açıklanmamaktadır. Bileşke eksantrikliğin çekirdek dışında kalıp kalmadığı, şekil ölçekli çizilerek, noktanın yeri kontrol edilir. Ayrıca bu kontrol analitik olarak yapılabilir. Dahası, en küçük gerilmenin negatif çıkıp çıkmadığı hesapla anlaşılır. Geleneksel yönteme göre, eksantrik yüklü bir temelin taşıyabileceği yük şu kabule göre belirlenir; Taban basınç dağılışının maksimum değeri ( max ), zeminin emin taşıma gücünü (q emin ) veya başka bir deyişle, merkezi yüklü aynı koşullardaki temelin emin taşıma gücünü aşmamalıdır. max q emin 47
Örneğin; Eksantritenin genişlik üzerinde olduğu bir duvar altı şerit temeli, merkezi yüklü aynı temele göre şekildeki taralı alanlar kadar daha az yük taşır. 48
Meyerhof (1953), eksantrik yüklü bir temelin taşıyabileceği yükün, eksantritenin üzerinde yer aldığı boyutunun 2e kadar azaltılması ile elde edilen azaltılmış boyutlu temelin, merkezi yüklü olarak taşıyabileceği yüke eşit olduğunu ortaya atmıştır. Kenarlardaki azaltmalar sonucu, yeni durumda kısa kenar, önceki durumdaki eski kısa kenar olmayabilir. N 1 = N 2 N 1 =BL boyutlu temelin eksantrik olarak taşıyabileceği yük N 2 =B L boyutlu temelin merkezi olarak taşıyabileceği yük 49
Dikkat edilirse; azaltılmış boyut yöntemi, temelin taban basınç dağılımı ile ilgilenmeyip, yüklerle ilgileniyor. Bu yöntem azaltılmış boyutlu temelin taban basınç dağılışını üniform kabul ediyor, eksantrik yüklü olanın taban basınç dağılışı ile ilgilenmiyor. İki yönde eksantriklik olması durumunda, her iki boyutta da azaltma yapılır. 50
Bu yöntemde, eksantrik yüklü bir temelin taşıyabileceği yükü (N e ) belirlemek için; Aynı temelin merkezi yüklenmesi durumunda bulunacak yük (N m ), bir azaltma katsayısı ( ) ile çarpılır. N e = N m azaltma katsayısı eksantrite ve derinliğe bağlı olarak deneysel olarak belirlenir Uzuner (1975) tarafından, orta sıkı kumda, model şerit temeller üzerinde yapılan deneyler sonucu önerilen azaltma katsayıları grafiği ve tablosu 51
Depremler ve Zeminlerin (Temellerin) Taşıma Gücü 52
Geosentetikler; sentetik hammaddelerden üretilen, geçirimli dokuma (geotekstil), geçirimsiz örtü (membran) veya ağ (geonet veya geoağ) vb. türde olan ürünlere verilen genel addır. Tek bir geotekstil tabaka kullanarak sıkı kuma oturan merkezi yüklü model yüzey şerit temelle yapılan bir deneysel çalışmada, sınır taşıma gücünün, donatısız aynı zemine göre % 50 den fazla arttığı belirtilmiştir. 53
Problem 2.1
Problem 2.2
Problem 2.3
Problem 2.4
Problem 2.5
Problem 2.6
Problem 2.7
Problem 2.8
Problem 2.9
Problem 2.10
Problem 2.11
Problem 2.12
Problem 2.13
Problem 2.14
Problem 2.15