YÜZEYSEL TEMELLERN TAIMA GÜCÜ
Temeller; Temeller; yapı yüklerini zemine -taıma gücü aılmadan ve -kabul edilebilir oturmalarla aktaran yapı elemanlarıdır. En uygun temel ortamı: kaya Ana kayanın bulunamadıı durumlarda salam zemin e ulaılması amacıyla temel çukuru olabildiince derin kazılmakta
L D f B B : Temelin küçük boyutu L : Temelin büyük boyutu D f : gömme derinlii D f Byüzeysel temel D f > Bderine oturtulmu bir yüzeysel temel Yapı temellerinin tasarımında ilk seçenek: yüzeysel temeller
Yüzeysel temellerin taıma gücü ve oturma ölçütlerini salayamayacaı koullarda: derin temeller artan yapı yükleri yerleimin yetersiz zemin bölgelerine yayılması yüzeysel temeller derin temeller daha pahalı ileri teknolojiler gerektiren derin temeller boy/genilik oranı (L/B>>) uç direnci + çevre sürtünmesi/yapıması
Yüzeysel ve Derin Temeller
TEMELLERN GENEL AYIRIMI
YÜZEYSEL TEMEL TÜRLER
Kare Temel YÜZEYSEL TEMEL TÜRLER Temel mühendisinin ana kuralı binada çözümü yüzeysel ve kare temellerle salamaktır Kare temel kullanamama nedenleri: * üst yapıda kolonların birbirine yakınlıı * binanın parsel sınırına yapıık olması * kolon yüklerinde farklılıklar * Aırı yüksek momentler * duvar ve perde kullanma zorunluluu * zeminde tabakaların zayıflıı * zeminin yatayda deikenlik göstermesi * yeraltı suyunun yükseklii Deprem bölgelerinde tekil temellerin ba kirileri ile birbirine balanması gerekmektedir
Temeller betonarme, ancak betonarme veya çelik kolon taıyabilir. Çelik Kolon Altında Dikdörtgen Tekil Temel 1.5B L 5B Halka Temel
Birleik Temeller (L<5B) Birleik Temeller (L<5B) iki veya en fazla üç kolonu taırlar eit yük/momentli içteki yük büyük parsel kenarı-dıtaki yük büyük
Sürekli Temeller (L>5B) Tek Yönde Çift Yönde Kolon ve perde yükleri bir veya iki yönde aynı temele taıtılıyor ve L>5B ise bu temele sürekli temel denir. Sürekli temeller kare temellerin kararlı olarak birbirine yakın oldukları durumlarda, öncelikle de deprem bölgelerinde kullanılırlar.
erit Temeller (L>>B) Kolon Temeli Duvar Temeli Bu tip duvar temellerinde veya eit birçok kolon yükleri taıyan temellerde olduu gibi L>>B durumlarında temelin sonsuz uzunlukta olduu kabul edilerek hesaplamalar sonlu boyuttaki temellerden farklı biçimde yürütülür.
Yayılı Temeller Düz Plaklı Kolon Altları Kalınlatırılmı Bir temelin yayılı olarak tanımlanabilmesi için aynı eksende üçten fazla kolon yükü taıması ve bu eksenlerin iki veya fazla olması gerekir. Düz Kirili Yayılı Temel
Yayılı Temelin Uygulama Koulları Zemin özelliklerinin bina yüklerini tekil veya birleik/sürekli temellerle taıyamayacak kadar kötü olması Yapı yükünün yükseklii nedeniyle ayrık temel boyutlarının bir dieri ile kesiecek denli aırı büyümesi Alandaki zeminin deiken özelliklerine balı olarak binanın ayrık kolon temelleri yükleri altında farklı oturma gösterme olasılıı Bina yüklerinin deiken ve belirsiz olması Yanal yüklerin deikenlii Y.A.S.S. nden kaynaklanan kaldırma kuvvetlerinin büyüklüü Su yalıtma gereksinimleri
DERN TEMEL TÜRLER salam katman çok aaıda gökdelen-enerji enerji santrali genilik 2.5-3.0 m (oturma limiti ~0)
Kazıklı Temellerin Kullanım Koulları Yüzeysel temellerin taıma gücünün üst yapı yükünden gelen gerilmelerden küçük olması, Yapı altındaki zeminin sıkıabilirliinin çok yüksek olması, yüzeysel temellerin kullanımı halinde oluacak oturmaların kabul edilemez düzeye erimesi, Zeminin sıkıabilirliinin ve üst yapı yükü daılımının farklılık göstermesi sebebiyle ayrık yüzeysel temellerde aırı farklı oturmaların ortaya çıkması, Temel sisteminin deprem sebebiyle yatay yük etkisi alması. Yayılı temel kullanılmasının oturma ölçütlerini salayamayacaı durumlarda kazıkların hem taıma gücünü artırıcı hem de oturmaları azaltıcı olarak kullanılması akla gelmektedir.
TEMEL SSTEMNN SEÇM Mimari proje + zemin incelemeleri olası yapı-zemin etkileimi bilgileri * Yapının aırlıı * Kenar boyutları * Yükseklik ve derinlii * Temel hareketlerine duyarlılıı * Kaya/zeminin özellikleri * Yeraltı suyunun konumu-özellii * Anakayanın düzeyi-kalitesi * Alanın depremsellik ve dier afetlerden etkilenme durumu * Çevre etkileri
Temel Taıma Gücü Bir temelin son taıma gücü (q d ) zemine gözle görülür biçimde batmadan taıyabilecei en yüksek gerilmeyi gösterir (kpa). Bir yüzeysel veya derin temelin almakta olduu ya da alacaı yükler altında tatminkar hizmet verebilmesi için hiçbir durumda son taıma gücünün aılmaması gerekmektedir.
Zemin Emniyet Gerilmesi Kavramı Zemin emniyet gerilmesi sanki her zeminin kendine özgü bir taıma gücü deeri olduu izlenimini vermektedir. Zeminde yumuak killer dıındaki ortamlarda zemin emniyet gerilmesi kavramı yanıltıcıdır. Daha basit deyile, bir zeminin deil bir temelin taıma gücü olduu birçok kii tarafından bilinmemekte veya görmezden gelinmektedir.
Güvenlik Sayısı (G.S.), zeminin parametrelerini yeterince büyük bir sayı ile azaltarak en olumsuz koullarda dahi taıma gücü ve oturma limitlerinin aılmamasını garanti altına alma amacına yöneliktir. Örnein, son taıma gücü (q d ) bilinen bir temelde bu temele uygulanacak en büyük gerilme σ em ile arasında genellikle G.S.=3 gibi bir oran olması aranmıtır. Temel Güvenli Gerilmesi (Temelin Emniyetli Taıma Gücü) Temel güvenli gerilmesi (σ em ); son taıma gücünün (q d ) önceden verilen bir güvenlik sayısına bölümüyle bulunur. σ em = q d /GS Temellerde Taıma Gücü için Önerilen Güvenlik Sayıları Tekil, Birleik Temeller 2.0-3.0 Yayılı Temeller 1.7-2.5
YÜZEYSEL TEMELLERN TAIMA GÜCÜNÜ ETKLEYEN FAKTÖRLER 1. Zeminin Türü (Kil, Kum) c, φ 2. Gömme Derinlii D f 3. Yükün Eimi ve Eksantriklii e 4. Temel Genilii B 5. Temelin ekli daire, kare, 6. Yer Altı Su Seviyesi 7. Tabanın Pürüzlülüü 8. Zeminin Sıkılıı D r 9. Y.A.S.S. varsa, temelin yapımından ve yüklenmesinden sonra geçen süre
YÜZEYSEL TEMEL DERNL SEÇMNDE DKKAT EDLECEK KONULAR 1. Don derinlii altında olacak (Adapazarı 1-2 cm, Bolu 80 cm; tek katlı, hafif yapılarda önemli) 2. Zeminin hacimsel deiim gösterdii bölge dıında olacak 3. Moloz ve organik zemin derinlii altına inilecek 4. Akarsu ve dalga aındırma, oyma etkisi dıında kalacak (takın) 5. Komu yapı temellerinin zarar görmemesi salanacak 6. Bodrum ihtiyacı karılanacak
Temel Taıma Gücünün Hesaplanması
GENEL YENLME General Shear Failure Yük Oturma
TEMEL ALTINDA YENLME BÖLGELERNN OLUMASI Genel Kırılma Yüzeyi
GENEL YENLME-TAIMA GÜCÜ KAYBI
DERN TEMELDE TAIMA GÜCÜ AILMASI YEREL YENLME
ZIMBALANMA Punching Shear Failure Yük Oturma Yüzey Deneyi
MODEL TEMELDE EKSANTRK YÜKLEME ALTINDA YENLME
Transcona Grain Elevator Canada (Oct. 18, 1913)
TEMELLERN SON TAIMA GÜCÜNÜN HESAPLANMASI Prandtl modeli: Prandtl, sert çelik bir zımbanın bir dier metal yüzeye bastırıldıında beliren plastik ekil deitirmeyi incelemitir (1920). Yükleme durumunda elastik denge durumunda kalan 1 No.lu kamanın 2 No.lu bölgeyi iterek kesmesi ile r 0 e αtanφ deiken yarıçaplı logaritmik helezon biçimli kayma yüzeyleri oluur. 3 No.lu bölge ise pasif duruma geçmi kamadır. Bu yaklaımı izleyen dier yöntemler Prandtl çözümünün deiik biçimleri olarak kabul edilebilir.
Terzaghi Yöntemi Terzaghi aktif ve pasif kamalara ek olarak üç önemli deiiklik getirmitir: 1 No.lu kamanın kenar eiminin 45+φ/2 yerine φ olması, Temel tabanının cilalı deil pürüzlü olması D f gömme derinliindeki indeki zeminin kayma direnci göstermeyerek sadece ρd f edeeri yayılı yük q gibi etkitmesidir.
TAIMA GÜCÜNÜN BASTLETRLM ANALZ TEMEL YÜKÜ B/2 EDEER DOLGU YÜKÜ aktif bölge pasif bölge
B/2 P yi aktif durum için yazacak olursak I. kamada 1 2 Pa = ρ Ka H 2cH Ka + q d Ka H 2 II. yani pasif kamada ise 1 2 Pp = ρ K p H + 2cH K p + qk p H 2 q d Bunları denge durumu için eitleyip son taıma gücü için çözerek 1 1 2 c = ρ H ( )( K K ) + ( K + K ) + q K 2 K K a 2 p a p a p a H kamaların eit olan yükseklii ise φ B 2 B B tan(45 ) = H = = 2 H φ 2 tan(45 ) 2 K 2 K a 1 1 1 = = K = N φ φ φ 2 2 a 2 tan (45 ) tan(45 ) a
Buradan 1 qd = c + B K K 4 q ρ D 3 / 2 1/ 2 2 5 / 2 1 / 2 2 ( K p + K p ) qk p + ρ ( p p ) = f Parantez içleri; taıma gücü katsayıları N N c q N γ 3 / 2 1/ 2 = 2( K p + K p ) = K 2 p 1 ( 5 / 2 1/ 2 = K p K p ) 2 temel için taıma gücü zeminin c parametresinden, gömme derinliinden ve öz aırlıından kaynaklanıyor 1 qd = c ( Nc ) + ρ D f ( Nq ) + ρ B ( Nγ ) 2
TERZAGHI TAIMA GÜCÜ KATSAYILARI φ N c N q N γ 0 5.70 1.00 0.00 2 6.30 1.22 0.18 4 6.97 1.49 0.38 6 7.73 1.81 0.62 8 8.60 2.21 0.91 10 9.61 2.69 1.25 Kohezyonlu zeminlerde N 12 10.76 3.29 1.70 c, 14 12.11 4.02 2.23 Kohezyonsuz zeminlerde N q 16 13.68 4.92 2.94 etkin katsayıdır 18 15.52 6.04 3.87 Dier taıma gücü teorileri (Meyerhof, Vesic, Brinch-Hansen) plastik denge denklemlerini kendi varsayımları uyarınca daha duyarlı olarak çözdüklerinden N c, N q ve N γ nin deerleri çok farklı olarak bulunmutur. 20 17.69 7.44 4.97 22 20.27 9.19 6.61 24 23.36 11.40 8.58 26 27.09 14.21 11.35 28 31.61 17.81 15.15 30 37.16 22.46 19.73 32 44.04 28.52 27.49 34 52.64 36.51 36.96 36 63.53 47.16 51.70 38 77.50 61.55 73.47 40 95.67 81.27 100.39
qd = 1.3cN c + ρ1d f Nq + 0.4ρ2BN γ B B qd = (1 + 0.2 ) cnc + ρ1 D f Nq + (0.5 0.1 ) ρ2 BN γ L L q = 1.3cN + ρ D N + 0.3ρ BN γ d c 1 f q 2 ρ 1 ρ 2 zeminin gömme derinlii boyunca, ise temel altındaki birim hacım aırlıını ifade etmektedir
GENEL DENKLEM q = K c N + ρ D N + K ρ B Nγ d 1 c 1 f q 2 2 EKL KATSAYILARI Temel Tipi K 1 K 2 Kare 1.3 0.4 Daire 1.3 0.3 erit 1 0.5 1+ 0.2 Dikdörtgen B L 0.5 0.1 B L
Yer Altı Suyu için Düzeltme 1.00 0.90 D f YASS < D f d a I Cw 0.80 0.70 C w B B YASS > D f ve YASS < D f +B d b II 0.60 0.50 1.00 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 d a /D f 0.90 YASS > D f +B (düzeltme gerekmez) III Cw' 0.80 0.70 0.60 C w 0.50 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 d b /B q = 1 + 1 d K c Nc C w ρ D f N q + K2 Cw ρ2 B Nγ
Eksantrik Yüklü Temelin Taıma Gücü e ΣM = Σ P σ σ max min P 6e = (1 + ) q B L B P 6e = (1 ) > 0 B L B em
ÇFT YÖNDE EKSANTRKLK σ max min P 6eB 6eL = (1 ± )(1 ± ) B L B L q em
ALAN AZALTMA YÖNTEM Tek-çift yönde eksantrik yükleme olması durumuna göre bir veya iki yönde eksantrisite hesaplanacak. B ve L, e b ve e L ile azaltılacak. B' = B 2e B L ' = L 2 el A' = B ' L' Taıma gücü yaklaık olarak B xl boyutlu alanın eksenel taıma gücüdür
P PROBLEM: ekilde verilen daire temelde 2.5 güvenlik sayısı ile taınabilecek yükü (Q em =P) hesaplayınız. 2m SC SP φ = 3m 20 0 c = 15 kpa φ = 30 n 0 ρ = 19.5 kn / m YASS 3 ρ d = 20 kn / m 3 ' d 1 c w 1 f q w 2 2 q = K c N + C ρ D N + C K ρ B N Daire Temel çin ekil Katsayıları K 1 =1.3, K 2 =0.3 (D=B) o φ=30 N = 22.46 ve o q φ = 20 N = 17.69, N = 4.97 (Terzaghi) c γ γ
P YASS olmasa idi C w =C w =1 SC SP q q d d = 1.3 15 17.69 + 1 19.5 2 22.46 + 1 0.3 20 3 4.97 = 344.96 + 875.94 + 89.46 = 1309.36 kpa 2 2 π D π x3 Son Taıma Gücü Qd = qd = 1309.36 = 9255 kn 4 4 Qd 9255 Güvenli Taıma Gücü Qemn = = = 3702 kn GS 2.5 P YASS temel tabanında ise C w =1, C w =0.5 SC SP YASS q q d d = 1.3 15 17.69 + 1 19.5 2 22.46 + 0.5 0.3 20 3 4.97 = 344.96 + 875.94 + 44.73 = 1265.63 kpa 2 2 π D π x3 Son Taıma Gücü Qd = qd = 1265.63 = 8946 kn 4 4 Qd 8946 Güvenli Taıma Gücü Qemn = = = 3579 kn GS 2.5
YASS yüzeyde ise C w =C w =0.5 P YASS SP SC q q d d = 1.3 15 17.69 + 0.5 19.5 2 22.46 + 0.5 0.3 20 3 4.97 = 344.96 + 437.97 + 44.73 = 827.66 kpa 2 2 π D π x3 Son Taıma Gücü Qd = qd = 827.66 = 5850.4 kn 4 4 Qd 5850.4 Güvenli Taıma Gücü Qemn = = = 2340 kn GS 2.5
P=1200 kn M=600 kn/m 1.75 m 2 m SP B φ = c = 0 20 20 kpa ρ d = 19 kn / m φ = 30 k 0 3 ρ = 20 kn / m 3 SC YASS PROBLEM: ekildeki zeminde 1200 kn düey yük, 600 knm moment taıyacak bir kare temel boyutlandırınız. B M 600 e = = = 0.5 m B = B 2e P 1200 B e < olmalı B = 3 m kabul (min boyut) 6 B = 3 2x0.5 = 2 m B B
K ekil katsayıları yeni boyutlara göre bulunacak B 2 B 2 = 1+ 0.2 = 1+ 0.2 = 1.133 K = 0.5 0.1 = 0.5 0.1 = 0.433 L 3 L 3 db 2 = = 0.67 C w 0.82 B 3 q = K cn + C ρ D N + C K ρ BN B B' alınacak 1 2 Su Seviyesi Düzeltme Katsayıları d 1 c w 1 f q w 2 2 γ (temelin gerçek boyutu kullanılıyor) φ = 30 için N = 22.46, φ = 20 için N = 17.69, = 4.97 q q d d q = 1.133 20 17.69 + 1 20 1.75 17.69 + 0.82 0.433 19 2 4.97 = 400.86 + 619.15 + 67.06 = 1087.07 kpa c N γ Q = q B L = 1087.07 2 3 = 6522.42 kn d d GS Q d 6522.42 = = = 5.44 P 1200 σ P 6e 1200 6 0.5 = 1 ± = 1 ± = B L B 3 3 3 max 267 min 0 (temelin gerçek boyutu kullanılıyor) kpa
PROBLEM Özellikleri laboratuvarda ölçülmü zeminde bir bodrumlu ve 20000 kn eksenel yük taıyacak bir temel boyutlandırılacaktır. Mal sahibi bodrumda temel alt seviyesinden (sousbasement) bahçe düzeyine kadar kum-çakıl karıımı sıkıtırılmı dolgu yapmaa razı olmu (c=0, φ=40, ρ=22kn/m 3 ). P=20000 kn 3.5m GP φ = 40 ρ = 22 kn/m 3 (dolgu) B CH (doal zemin) c = 60 kpa φ = 16 ρ = 18.5 kn/m 3 ÇÖZÜM Bodrum derinlii -3.5 m olarak alınacak, burada imalat sonrası doal zemin yerine doldurulacak üstün nitelikli gerecin taıma gücü üzerindeki olumlu etkisi gösterilecektir. Kare temel ve boyutunu 3 m seçelim. Taıma gücü katsayıları Çizelge IV-1 den CH için φ =16 : N c =13.68 N =2.94 γ ; GP için ise φ = 40: Ν q =81.27 Son taıma gücü Terzaghi ile qd = 1.3cN c + ρ1d f Nq + 0.4ρ2BN γ =(1.3x60x13.68)+(22x3.0x81.27)+(0.4x18.5x3x2.94) =(1067+5364+65)= 6496 kpa Çakılın etkisi ikinci terimin aırı büyüklüünden görülebilir. Güvenli tarafta kalmak için 3 gibi bir güvenlik sayısı kullanalım. Güvenli gerilme σ em = q d /G.S. = 6496/3 = 2165 kpa Buradan 3 m lik bir temel için güvenle taınabilecek yük. Q em = σ em x A = 2165x3 2 = 19485 kn Bu deer yaklaık kolon yüküne eit olduundan 3x3 m lik temel yeterli. Sf 96