T.C AKSARAY ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2012-2013 ÖĞRETİM YILI GÜZ YARIYILI İNŞ 305 ZEMİN MEKANİĞİ I I. ve II. ÖĞRETİM DERS PLANI Yrd.Doç.Dr. Gökçe Çiçek İNCE Geoteknik Anabilim Dalı 1
Dersin Amacı; Mekanik, fiziksel, kimyasal ve matematiksel bilgilerle zeminlerin mühendislik davranışının anlaşılması ve geoteknik sistemlerin mühendislik tasarımına ilişkin gerekli kavramların verilmesidir. 2
ZEMİN MEKANİĞİ I KONULAR 1 Zeminlerin oluşumu ve zemin mekaniğinin konusu -Zeminlerin oluşumu -İnşaat müh. Zemin problemleri -Zemin mekaniği problemlerinin analizi 2 Zeminlerin temel (endeks) özellikleri zeminlerin müh. Özellikleri hakkında bilgi veren ve belirli standart sistemlere göre sınıflandırmamıza yardımcı olan özelliklerdir. -Dane özellikleri (boyut, biçim, yoğunluk, minerolojik özellik, kıvam (ince daneli zeminler için) dane çapı ve dağılımı ve müh. Önemi elek analizi, hidrometre analizi, dane çapı dağılımı ve önemi ince daneli zeminlerin kıvamı ve kıvam limitleri Likit limit, plastik limit, rötre limiti, kıvam limitlerinin müh.kullanımı, tabii zeminlerin kıvamı ve sensitivitesi Kaba daneli zeminlerin sıkılık özellikleri 3
-Kütle özellikleri Su muhtevası, boşluk oranı, porozite, doygunluk derecesi, birim hacim ağırlık, sıkılık Uyg: (2 sa) Granülometri eğrisinin çizimi, kıvam limitleri, kütle özl.ilgili örnekler Lab: (2 sa) 3 Elek analizi, kıvam limitleri, hidrometre deneyi Zeminlerin sınıflandırılması -Birleştirilmiş sınıflandırma (USG) ve Karayolları sınıflandırma sistemi (AASHTO) Uyg: (2 sa) Sınıflandırma ile ilgili örnekler 4 Zeminlerin geçirimliliği (zemin hidroliği) -Zemin suyu çeşitleri yer altı suyu, kapiler su, absorbe su, kapiler su durumu, toriçelli deneyi 4
4 Uyg: (2 sa) -Zeminlerin su geçirimlilik özellikleri zeminlerin permeabilitesi ve Darcy Kanunu, arazi ve lab. da permeabilitenin belirlenmesi, tabakalı zeminlerde permeabilitenin belirlenmesi, amprik eşitliklerle permeabilitenin belirlenmesi Sabit seviyeli, düşen seviyeli ve arazide permeabilitenin bulunuşu, tabakalı zeminde K nın hesabı -Zeminlerde su akımı özellikleri Yer altı suyu akımı problemleri, sızma kuvvetleri ve su basınçları, akıcı kum durumu, zeminde su akımının matematiksel ifadesi (La Place Denklemi), tek ve çok boyutlu akış problemleri, akım ve eş potansiyel çizgileri, sınır koşulları ve akım çizgilerinin çizilmesi, dren ve filtreler Uyg: (2 sa) Barajlarda akım çizgilerinin çizilmesi, dren ve filtrelerle ilgili örnekler 5 Düşey Gerilmeler(kendi ağırlığından ve yüklemeden dolayı oluşan) ve zeminlerin gerilmeler altındaki davranışları -Efektif gerilme kavramı, toplam ve boşluk suyu basıncı tanımları 5
5 -Düşey gerilmeler ve boşluk suyu basıncının derinlikle değişimi -Kapiler bölge durumu Uyg: (2 sa) Efektif, toplam ve bosluk suyu basıncının derinlikle değişimi, kapiler bölge durumu ile ilgili. -Zemin yüzünde yapılan yüklemeden dolayı oluşan gerilme dağılışı -Westerngard teorisi (yol müh. İçin) -Boussinessq teorisi (pratikte) -Bir noktadaki gerime durumu ve mohr dairesi Uyg: (4 sa) Westerngard ve Boussinessq ile gerilme bulunuşu, mohr dairesi ile ilgili uygulama 6
6 Zeminlerin iyileştirilmesi (kompaksiyon teorisi) -Zeminlerin sıkıştırılması - kompaksiyon teorisi -Yoğunluk-su muh. İlişkisinin belirlenmesi(kompaksiyon deneyi) -Sıkıştırılmış zeminlerin özellikleri -Arazide kompaksiyon Uyg: (2 sa) Kompaksiyon deneyi sonuçlarının değerlendirilmesi Lab: (2 sa) Standart ve modifiye proktor deneyleri 7
AKSARAY ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 2012-2013 ÖĞRETİM YILI GÜZ YARIYILI ZEMİN MEKANİĞİ I. ve II. ÖĞRETİM HAFTALIK DERS PLANI Hafta Ders Tarih Konu 1 1 28.09.2012 Cuma Zeminlerin oluşumu ve zemin mekaniğinin konusu 1 2 28.09.2012 Cuma Zeminle ilgili mühendislik problemlerinin tanıtılması 2 3 05.10.2012 Cuma Zeminle ilgili mühendislik problemlerinin tanıtılması 2 4 05.10.2012 Cuma Zeminlerin temel (endeks) özellikleri 3 5 12.10.2012 Cuma Zeminlerin temel (endeks) özellikleri 3 6 12.10.2012 Cuma Zeminlerin temel (endeks) özellikleri 4 7 19.10.2012 Cuma Zeminlerin sınıflandırılması 4 8 19.10.2012 Cuma Zeminlerin sınıflandırılması 5 9 26.10.2012 Cuma Tatil/ Kurban Bayramı 6 11 02.11.2012 Cuma Laboratuvar 6 12 02.11.2012 Cuma Laboratuvar 7 13 09.11.2012 Cuma Zeminlerin geçirimliliği (zemin hidroliği) 7 14 09.11.2012 Cuma Zeminlerin geçirimliliği (zemin hidroliği) 8 15 16.11.2012 Cuma Zeminlerin geçirimliliği (zemin hidroliği) 8 16 16.11.2012 Cuma Zeminlerin geçirimliliği (zemin hidroliği) 8
Hafta Ders Tarih Konu 9 23.11.2012 Cuma Yıl içi sınavları 10 30.11.2012 Cuma Efektif Gerilme Kavramı 10 30.11.2012 Cuma Efektif Gerilme Kavramı 11 07.12.2012 Cuma Gerilmeler ve zeminlerin gerilmeler altındaki davranışları 11 07.12.2012 Cuma Gerilmeler ve zeminlerin gerilmeler altındaki davranışları 12 14.12.2012 Cuma Gerilmeler ve zeminlerin gerilmeler altındaki davranışları 12 14.12.2012 Cuma Gerilmeler ve zeminlerin gerilmeler altındaki davranışları 13 21.12.2012 Cuma Zeminlerin iyileştirilmesi (kompaksiyon) 13 21.12.2012 Cuma Zeminlerin iyileştirilmesi (kompaksiyon) 14 28.12.2012 Cuma Zeminlerin iyileştirilmesi (kompaksiyon) 14 28.12.2012 Cuma Zeminlerin iyileştirilmesi (kompaksiyon) 15 04.01.2013 Cuma Laboratuvar 15 04.01.2013 Cuma Laboratuvar 9
Çalışmaların Başarıya Etkisi Yıl içi çalışma Yıl sonu sınavı %40 %60 Yıl İçi çalışma Adet oran Yıl İçi çalışmanın başarıya etkisi Ara sınav 1 40 40 Kısa sınav - - - Ödev - - - Devam - - - Final 1 60 60 Toplam 2 100 100 10
NOTLAR Geçme notu belirlenirken 3 çan eğrisi yönteminden en uygununa karar verilecektir. Devam şartı: Derslerin %70 ine devam edilmesi zorunludur. Bunun altında devam eden öğrenciler DEVAMSIZ sayılırlar. Ders, Cuma günü MD02 nolu sınıfta yapılacaktır. Gerektiğinde ders notları fotokopiye veya internete verilecektir. Ödevler kesinlikle istenilen gün ve saatte teslim edilecektir, gecikmiş ödevler alınmayacaktır. Kısa sınavlar, 15 gün içinde herhangi bir gün olacaktır. 11
Zemin Mekaniği I de daha çok zeminlerin fiziksel özellikleri (malzeme olarak) incelenmektedir. Zemin Mekaniği II de ise zeminlerin oturması, kayma mukavemeti, yanal zemin basınçları gibi zeminin mukavemet ve deformasyon özellikleri araştırılmaktadır. 12
Bir malzeme olarak zemini tanımlarsak; zemin, heterojen,anizotrop ve yük altında elasto plastik davranış gösteren bir malzemedir.yapısından dolayı diğer yapı malzemelerine göre bilinmeyenlerinin fazla olması, problemlerinin de karmaşık olması doğal bir sonuçtur. Zemin Mekaniği ise; mekanik ve hidrolik kanunlarının zeminlerle ilgili problemlere uygulanması olarak tanımlanabilir. Mekanik; kuvvetin madde hareketi üzerine etkisini inceleyen bilim dalı Hidrolik; sıvıların mekanik özelliklerini inceleyen bilim 13 dalı
Zemin mekaniği inşaat mühendisliğinin önemli konularından birini oluşturmakla beraber bir bilim dalı olarak gelişmesi ancak 20. yüzyılın başlarında gerçekleştirilmiştir. 14
Günümüzde zemin mekaniği geoteknik olarak anılan, zemin mekaniği, kaya mekaniği ve temel mühendisliğinin tüm konularını içeren kapsamlı bir dalın içinde yer almaktadır. Geoteknik Mühendisi; zemin, kaya ve yeraltı suyu ile ilgilenen İnşaat Mühendisliği nin bir alt dalıdır ve mühendislik projelerinin tasarımının yapılması ve uygulanmasıyla ilgilenirler. 15
16
Zemin Mekaniği ve Temel İnşaatının en önemli ismi kuşkusuz Karl Terzaghi dir. Terzaghi; 1883 te Prag'da doğdu ve 1963 te ABD nin Massachusetts eyaletinde öldü. Graz Teknik Üniversitesinden 1904 yılında makine mühendisi olarak mezun olur. Zemin ağırlıklı bir çok projede yer alır. 17
1916-1918 yıllarında Mühendis Mekteb-i Ali sinde (İ.T.Ü.) görev yapar. 1918-1925 yıllarında ise İstanbul Robert Kolej Mühendis Mektebinde ( Boğaziçi Üniversitesi ) öğretim üyesi olarak görev aldı. Burada Boğaz ve Haliç killerinin davranışından esinlenerek sıkışmakonsolidasyon ve daha sonra da taşıma gücü teorilerini geliştirdi. 18
1925 yılında Terzaghi Türkiye de yaptığı çalışmaların sonuçlarını ünlü kitabı ERDBAU MECHANİK te Viyana da yayınladı. Bu kitap Dünya İnşaat Mühendisleri Topluluğu tarafından çağdaş zemin mekaniğinin kuruluş belgesi olarak kabul edilmektedir. 19
1925'te ABD Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde (M.I.T.) görev aldıktan sonra Harvard Üniversitesinde öğretim üyeliği yaptı. 260 ın üstünde eser verdi. Sekiz ülkenin dokuz üniversitesinden fahri doktorluk unvanı almıştır. 20
Kendisine verilen zemin mekaniğinin babası sıfatı tartışmasız kabul edilmektedir. Terzaghi nin Türkiye için önemi kitabının burada hazırlanmış olması yanında candan bir Türk dostu olmasıdır. Bunu danışman sıfatıyla birkaç kez geldiği ülkemizde kendisi ifade etmişti. 21
Zemin mekaniğinin tarihçesi Tarih öncesi devirlerde zeminler ile ilgili problemler; Barınma Su Kanalları Mezar yerleri Madenler Yollar Köprüler Savunma amaçlı yapılar olarak karşımıza çıkar. 22
İhtiyaçtan doğan problemler günün koşullarında deneme ve tecrübeye dayanarak çözümlenmeye çalışılmıştır. Yazılı ilk kaynak 3000 yıl öncesinde Çin de Chu-Li başlıklı yol ve köprü şartnamesidir. Aynı yıllarda Mısır da derin temel yapımı ile ilgili bilgi birikimi olduğu bilinmektedir. 23
A.B.D. 1920 li yıllarda başlayan otoyol, baraj, gökdelen inşaatları ile zemin problemleri gündeme gelmiştir. K.Terzaghi, Peck, A.Casagrande bu çalışmalarda öncü rol üstlenmiştir. Ayrıca; Kamu Yol İdaresi, Baraj araştırma Örgütü, Ordu Mühendislik Örgütü ve Üniversite araştırma Fonları önemli atılımlar yaptırmıştır. 24
Kanada nın büyük bir bölümü buzul çağı hassas killeri ile kaplıdır. Bu bölgelerin yerleşime açılması geoteknik problemleri de gündeme taşımıştır. Bu amaçla Bina Araştırma Örgütü kurulmuştur. Üniversitelerin önderliğinde yürütülen geniş araştırma programları zemin mekaniğine önemli katkılar sağlamıştır. 25
Zemin Mekaniği uygulamaları günümüzde bir endüstri haline gelmiştir. Arazi ve laboratuar deneylerinin her yerde aynı yapılması ve çeşitli konularda düzenleme sağlama amaçlı standartlar geliştirilmiştir. ASTM, Amerikan Standartları zeminlerle ilgili 200 den fazla standartta sahiptir. İki yılda bir bu standartları gözden geçirir. 26
BS, İngiliz Standartları 1990 yılında genişletilerek yayınlanmıştır. DIN, Alman normları geoteknik konusunda geniş uygulama alanı bulmuştur. AIJ, Japon Standartları da ülkemizde pek kullanılmasa da geoteknik konusunda önemli bir yeri vardır. 27
TS, Türk Standartları olup bu çalışmalar TSE tarafından yapılmaktadır. Standartlarımız ASTM ve BS nin tercümesi olarak yayınlanmıştır. TCK ve DSİ gibi kuruluşlar genelde ASTM Standartlarına atıf yapmaktadır. 28
Geoteknik ile ilgili çalışmalarda aşağıda belirtilen yönetmelik ve TS standartlar kullanılabilir: Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar hakkında Yönetmelik, TS 1500 İnşaat Mühendisliğinde Zemin Sınıflandırılması, TS 1900 İnşaat Mühendisliğinde Zemin Deneyleri, TS 1901 İnşaat Mühendisliğinde Sondaj Yolları ile (örselenmiş ve örselenmemiş) Numune Alma Yöntemleri, 29
TS 3167 Kazık Temellerin Hesap ve Düzenlenmesinde Genel kuralları, TS 3168 Delme Kazıklar tasarım, Yapım ve uygulama Kuralları, TS 3169 Çakma kazıklar, Tasarım, Yapım ve Uygulama Kuralları, TS 5744 İnşaat Mühendisliğinde Temel Zemin Özelliklerinin Yerinde Ölçümü, TS 7994 Zemin Dayanma yapıları: Sınıflandırma, özellikleri ve Projelendirme esasları. 30
Eurocode 7, Avrupa Topluluğu mühendislik uygulamalarında birliği sağlama amaçlı geliştirilmiştir. EN kodlu standartlar yavaş yavaş gündemimize girmeye başlamıştır. 31
Zemin mekaniği hakkında temel bilgiler edinmek isteyenler için şu kaynak kitapların yararlı olacaktır: 1. TERZAGHI-PECK-MESRI 1995 Soil Mechanics İn Engineering Practice J. Wiley, New York 2. HOLTZ-KOVACS 1981 Geotechnical Engineering Prentice Hail, New Jersey 3. CRAIG.R.F. 1992 Soil Mechanics 5.Edition Chapman &Hall, London 4. CERNICA,J.N.1995 Geotechnical Engineering: Soil Mechanics J. Wiley, New York 32
5. LAMBE,T.W.-R.W.WHITMAN 1979 Soil Mechanics- SI Version J. Wiley, New York 6. MITCHELL.J.K. 1993 Fundamentals of Soil Behavior 2.Ed. J.Wiley & Sons, NewYork 7. MUIR WOOD,D.1990 Soil Behavior and Critical State Soil Mechanics Cambridge Univ. Press 33
Türkçe kaynak olarak verilebilecek kitaplar son yıllarda hızla artmış olup aşağıda sunulmuştur. 1.Vahit Kumbasar, Fazıl Kip Zemin Mekaniği Problemleri 2. Kutay Özaydın Zemin Mekaniği 3. Akın Önalp Geoteknik Bilgisi I, II, III 34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
Yakın zamana kadar dünyada ölçü birimlerinde bir birlik sağlanamamıştı. İngilizce konuşan ülkeler fps (foot-pound-second) Avrupa ülkeleri mks (metre-kilogram-saniye) sistemlerinden vazgeçerek SI, (signs international) ölçü sistemine Avrupa Birliği çatısı altında geçmişlerdir. 46
SI, ölçü sistemine altı temel birim öngörülmüştür. metre ( m ) kilogram ( kg ) saniye ( s ) amper ( amp ) Kelvin ( K ) Candela ( aydınlatma şiddeti ) 47
+Bazı SI türeme birimleri için özel isimler ve semboller Fiziksel Nicelik SI Biriminin Adı SI Birimi için Sembol SI Biriminin Tanımı Kuvvet newton N kg m s 2 Basınç pascal Pa N/m 2 = kg m 1 s 2 Enerji joule J N m = kg m 2 s 2 Güç (fizik) watt W J/s = kg m 2 s 3 Elektrik yükü coulomb C A s Elektriksel Potansiyel Farkı volt V W/A = J/C = kg m 2 A 1 s 3 Elektriksel Direnç ohm Ω V/A = kg m 2 A 2 s 3 İletkenlik (Elektrik) siemens S Ω 1 = kg 1 m 2 A 2 s 3 Elektriksel Sığa farad F C/V = A 2 s 4 kg 1 m Manyetik Akı weber Wb kg m 2 s 2 A 1 İndüktans henry H Wb/A = kg m 2 A 2 s 2 Manyetik Akı Yoğunluğu tesla T Wb/m 2 = kg s 2 A 1 Işık akısı lümen lm cd sr Aydınlanma şiddeti lüks lx lm/m 2 = cd sr m 2 Frekans hertz Hz s 1 (saniyede salınım) Radyoaktivite bekerel Bq s 1 (saniyede bozunma) 48
ZEMİNLERİN OLUŞUMU ve ZEMİN MEKANİĞİNİN KONUSU 49
Jeoloji genel anlamda yer bilimi olarak tanımlanabilir. Yerkabuğu ve onun her türlü özelliğini inceleyen bilime jeoloji adı verilmiştir. Yerküre güneş sistemindeki önemli dokuz gezegenden biridir. Yarıçapı 6371 km olarak hesaplanan bu gezegenin 4.67 milyar yaşında olduğu tahmin edilmektedir. İçten dışa doğru yoğun katı çekirdek, akışmazlığı yüksek manto ve kabuktan oluşur. 50
51
Yerkabuğu, taşküre veya litosfer, yer kürenin en dış kısmında bulunan yapıdır. Karalarda daha kalın 35-40 km, (Tibet Platosunda 70 km), deniz ve okyanus tabanlarında ise daha ince 8-12 km.dir. 52
Yaklaşık 50 km. kalınlığında olan yer kabuğu kayaçlardan oluşur. Yer kabuğunu oluşturan kayaçlar : 1. Magmatik Kayaçlar 2. Tortul Kayaçlar 3. Başkalaşmış (Metamorfik) Kayaçlar 53
Tüm kayaçların kökeni magma'dır. Magmanın yeraltı veya yüzeyde soğumasıyla magmatik kayaçlar oluşur. Magma kimyasal olarak; çeşitli gazlar (CO2, SO2, H2O vb.) içeren bir silikat (O - Si - K - Na - Ca - Mg - Al - Fe) karışımıdır. 54
Yer kabuğu içinde basınç altında bulunan magma derinliklerde yavaş yavaş soğuyarak iri kristalli derinlik Kayaçlarını, çatlak, yarık, tabaka düzlemleri boyunca yer kabuğu içinde farklı safhalarda soğuyarak iri kristalli ve çok ufak kristalli hamur şeklinde damar kayaçlarını, yer kabuğunun çatlaklarından dışarı çıkarak, akan magma lav bir süre aktıktan sonra ani soğuyarak camsı dokulu yüzey kayaçlarını oluşturur. 55
Magmatik kayaçlar BAZALT VOLKAN CAMI 56
GRANİT ANDEZİT 57
Ayrışan kayaçlar, mineral veya organik maddelerden ibaret parçacıklar, yer çekimi, su, rüzgar, dalga ve buzullarla taşınıp; deniz, göl, akarsu, içlerinde veya karalarda üst üste birikmesine tortulaşma, çökelme, sedimantasyon isimleri verilir. Çökelen bu ayrık maddeler; 1000 kbar dan az basınç, 600 C den düşük sıcaklık ve kimyasal etkilerle değişik yollarla ve etkilerle sertleşir, kompaklaşır, katı ve sert hale geçmesine taşlaşma veya diyajenez denir. 58
Bu şekilde oluşmuş kültelere de tortul kayaçlar adı verilir. Tortul, çökelmiş veya sedimanter külte deyimleri aynı anlamda kullanılır. Tortul külteler; 15-60 km kalınlığındaki yer kabuğunun magmatik kültelere göre yüzey olarak %75 ini, hacim olarak %5 ini oluştururlar. 59
Tortul kayaçları oluşlara sebep olan faktörlere göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: 1. Ayrık tortul kayaçlar 2. Organik tortul kayaçlar 3. Kimyasal tortul kayaçlar 60
Tortul kayaçlar 61
Daha önce var olan magmatik, tortul, metamorfik kayaçların metamorfize olması ile oluşan kayaçlara başkalaşmış (metamorfik) kayaçlar denir. Metamorfizma; geniş anlamda şekil değiştirme demektir. Metamorfizma olabilmesi için en az 1000 kbar basınç ve 1000 C üstünde sıcaklık gereklidir. 62
Metamorfize nedeni: 1.Basınç 2. Isı 3. Kesme kuvveti Metamorfizma, bu kuvvetlerin ayrı ayrı veya kombinizasyonu ile etkimeleri sonucu oluşur. Metamorfize sonucu: 1.Yapı 2.Doku 3.Kristal şekli değişir. Kimyasal bileşim aynı kalır. 63
Başkalaşım ürünleri: Silt taşı kil taşı Kalker Kum Taşı Granit Taş Kömürü Şist - mikaşist Mermer Kuvarsit Gnays Elmas 64
Metamorfik kayaçlar 65
Zemin olarak nitelendirilen malzemeler ise genel olarak kayaların çevre koşulları etkisi altında ayrışması sonucunda meydana gelmektedir. Bazı durumlarda organik maddelerde zemin bileşenlerinden birini oluşturmaktadır. 66
Zemin; Pedolojist (Toprak bilimi): Bir Ziraat çıya göre zemin bitkilerin büyümesini ve gelişmesini sağlayan yer yüzeyinde mevcut olan malzemedir. Jeolog: Bir Jeolog a göre zemin kabuğun çok ince üst kesiminde yer alan ve bitkiler için gerekli ayrışmış ve parçalanmış kayaları ifade eder. Mühendis: Zemin yer kabuğunun büyük kısmını kaplayan küçük parçalar veya mineral veya organik malzemelerin topaklanmamış veya çimentolanmamış depozitlerdir. 67
Zeminleri oluşumlarına göre ise 2 ye ayırabiliriz: 1. Yerinde oluşan zeminler: anakayadan ayrılan farklı boyuttaki daneciklerin yine ana kayanın bulunduğu bölgede çökelerek zemin tabakalarını oluşturmuş ise bu tip zeminlere denir. 2. taşınmış zeminler: ana kayadan ayrışan danelerin rüzgar, su ve hareket eden buzullar gibikuvvetlerin etkisi altında çok uzaklara taşınarak buralarda zemin tabakalarını oluşturmaları durumudur. 68
Zemin daneleri çökelirken aralarında boşlukların ve suyun bulunduğunu unutmamak gerekir. Yani zeminler sürekli bir katı ortam değildir. Daha ileride göreceğimiz gibi zemin-su etkileşimi ve zemin içindeki suyun hareket edebilme özelliği zeminlerin mühendislik davranışı üzerinde büyük oranda etkili olmaktadır.dolayısıyla zemin davranışı incelenirken hidrolik biliminden de yararlanılmaktadır. 69
Zeminler, tabii malzelemeler olmaları ve katı-sıvıgaz giibi üç değişik fazdan meydana gelmeleri nedeni ile, diğer inşaat müh.malzemelerine göre davranışlarının anlaşılması daha zor bir malzeme olmaktadır. Zemin olarak nitelendirilen malzemelerin içinde beton ile su kadar birbirinden farklı malzemeler yeralmaktadır. Zemin özelliklerinin her proje sahası için deneysel olarak saptanması ve bu yapılırken arazide geçerli olacak koşulların dikkatle gözönüne alınması gerekmektedir. Dolayısıyla deneysel yöntemler zemin mekaniğinin vazgeçilmez bir parçasını oluşturmaktadır. Deneysel olarak saptanabilen bir çok zemin özelliği ise ancak belli koşullarda geçerliliğini koruyabilmektedir. 70
Kullanılan deneysel yöntemin ve zemin davranışını etkileyen faktörlerin iyi anlaşılmaması elde edilen sonuçların yanlış olması sonucunu doğurmaktadır. 71
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİNDE KARŞILAŞILAN ZEMİN PROBLEMLERİ 72
Tüm mühendislik yapıları zeminlerin üstünde veya içerisinde inşa edilir. Bu yüzden inşaat mühendisleri; Temellerle ilgili problemler; Yapıların temel zemininde taşıma gücü ve oturma Temelden aktarılacak yüklerin zemin tarafından güvenle taşınıp taşınmayacağı (yani zemin taşıma gücü) ve bu yükleri güvenle taşısa dahi zemin tabakalarındaki sıkışmalardan dolayı meydana gelebilecek deformasyonların yapı için izin verilebilir sınırlar içerisinde olup olmadığının belirlemesi gerekir. İnşaat malzemesi olarak kullanma (toprak dolgu barajlarda, binalarda, ulaşım sistemlerinde, filtre malzemesi olarak) Örn; toprak dolgu barajda kil geçirimsizliği sağlarken, 73 kaya ise mukavemet sağlar.
Kazılar ve şevlerde (kazı ve şevlerde güvenli şev açısının seçilmesi) İstinat (dayanma) yapıları (kazı ve dolguların uzun süreli düşey olarak tutunabilmesi için zemin kütlesinin önüne bir istinat yapısının yerleştirmesi gerekir. Bu yapıların tasarımı için, yapı arkasındaki zemin kütlesinden gelecek basınçların ve kazı tabanı seviyesindeki zeminlerin mukavemet ve sıkışabilirlik özelliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Yer altı yapıları (gömülü yapılar) Tüneller, zemin içine gömülü su boruları ve depoları gibi yapılar ve bodrum duvarlarına gelecek basınçların hesabı 74
olarak zeminlerle karşı karşıya gelirler. Medeniyetin başlangıcından günümüze kadar ve bundan sonrada zeminler hakkında bilgi edinme, tanımaya çalışma ve karşılıklı etkileşim devam edecektir. 75
Zemin mekaniği problemlerinin analizi 76
İnsan yaşamında büyük bir yer tutan geoteknik akla gelen her türlü yapının temelleri ile ilgili problemleri çözmeye yönelik bir daldır. Tüm mühendislik alanlarında olduğu gibi geoteknikte de iki tip problemle karşılaşılır. 1. Stabilite problemleri: taşıma gücü, yanal basınç, şevlerin ve istinat duvarlarının duraylılık hesapları 2. Şekil değiştirme Deformasyon Problemleri: zeminin deformasyon özelliklerinin arazideki durumu yansıtır şekilde belirlenmesi gerekir. Aksi halde güvenlik yeterli olsa bile oturmalar taşıyıcı elemaların fonksiyonlarını bozarak sistemi tehlikeye sokar. 77
3. Zemindeki su hareketi ile ilgili problemlerin analizi: Zeminler su geçirgenliği olan malzelemeler oldukları için Zemin içindeki su akımı ve bununla ilgili sorunlarda önemli olmaktadır. Örn; barajlarda sızan su miktarı ve hızının hesaplanması ve aynı zamanda baraj gövdesine gelen su basınçlarının hesaplanması da inşaat müh. Önemli problemlerindendir. 78
Gerilme Stabilite Problemleri, bir cismin almakta olduğu gerilmelere karşı yeteri dayanımı sahip değilse ezilir,kırılır ya da yıkılır. İnşaat mühendisliğinde bu tür problemler; bir binanın çökmesi, bir barajın yıkılması veya bir tünelin göçmesi gibi trajik ve nadiren rastlanan olaylardır. 79
Stabilite problemlerinde zeminin mukavemeti araştırılır.burada bilinmesi gereken; zemine aktarılan yük, bunun zeminde oluşturduğu gerilme ve zeminin buna karşı gösterdiği dirençtir. İlk iki soru rahatlıkla cevaplandırılırken, üçüncüsü ise zemin mekaniğindeki gelişme ve olanaklardan en iyi şekilde yararlanmaya, tüm bulguları sağlıklı bir şekilde değerlendirmeye bağlı olarak gerçeğe yakın değerler bulunabilir. 80
Şekil değiştirme Deformasyon Problemleri, yük altında oluşan şekil değiştirmelerdir. Binanın köşelerinin birbirinden cm. mertebesinde farklı oturmaları veya toplam oturması, baraj gövdelerindeki karayolu dolgularındaki oturmalar bu tip problemleri oluşturmaktadır. Yapının önemine göre geoteknikçinin çözüm getirmesi gereken bir problemdir. 81
Gerilme problemleri yüzyılın başında başarılı olarak çözümlenmiştir. Şekil değiştirme problemlerinin çözümü ise sayısal hesap yöntemlerini gelişmesi ve bilgisayarın mühendisliğin hizmetine girmesi ile mümkün olmuştur. En sık karşılaşılan geoteknik problemler aşağıdaki şekillerde özetlenmiştir. 82
Genel Problemler; Yapılacak yapının altındaki zemin veya kaya önerilen projeyi güvenli şekilde destekleyebilir mi? Doğal veya oluşturulan şevler dengede mi? Değilse onları iyileştirmek için ne yapmalıyız. Olası depremlerde bölge zeminin davranışı nasıl olacaktır? 83
Günümüzde yer altı suyu mevcut mudur, gelecekte nasıl değişebilir ve projeler üzerinde ne tür etkiler yapabilir? Zemin biyolojik veya kimyasal malzemelerle kirlenmiş olabilir mi? Eğer kirlenmiş ise problemi çözmek için biz ne yapmalıyız 84
Dünya nüfusundaki hızlı artış, yüzeyde kullanabilir alanları azalması, çevre kirliliğinin artması yeni yeni geoteknik problemlerinin çıkmasına yol açmaktadır. Geoteknik mühendisliğinin geleneksel konularına yeni özel konular, zaman içinde teknolojiye ve gereksinimlere bağlı olarak eklenecektir. 85