T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GEOTEKNİK ANABİLİM DALI Zemin İncelemesi Niçin? Doğal yamaç ve yarmada duraylılığın kontrolu Barajlarda duraylılık ve baraj temelinin kontrolü, sızdırmazlık Yapıdan gelen yüklerin üzerine oturduğu zemin tarafından karşılanıp karşılanamayacağı Açık veya kapalı olarak yapılan kazılarda duraylılık ve gerilme problemlerinin önceden tahmini Ulaşım veya bir yapının temelini oluşturan dolgunun özellikleri Denizde oluşturulacak petrol kulesinin oturacağı deniz tabanının özellikleri Yanal yüke maruz dayanma duvarı ve palplanşlarda duraylılık ve deformasyon ERTAN BOL 1
Artan Maliyet Araştırma ve Deney İçin Optimum Düzey ZEMİN İNCELEMESİ HER YERDE Yetersiz Zemin İncelemesi Sonucu Ortaya Çıkabilecek Kayıplar A Olası göçme durumunda doğacak kayıplar B Oluşacak farklı oturmaları gidermek için gerekli harcamalar C Projenin Toplam Maliyeti minimum yapı maliyeti zemin incelemesi optimum maliyeti Gereksiz imalattan doğan ek maliyet İnşaat Maliyeti Araştırma ve deney programının maliyeti Temel Zemini Araştırma Maliyeti Bina türü ne olursa olsun inşaata zemin incelemeleri gerçekleştirilmeden başlanmaz. Zemin etüdü için hiç harcama yapılmaz ise deprem, aşırı oturma veya taşıma gücünün aşılması gibi bir olay sonucu bina yıkıldığında kayıp en yüksek düzeyde olacaktır (A). Bina göçmese dahi yetersiz zemin incelemesi yüzünden aşırı farklı oturmalar yine yüksek maliyetler getirmektedir (B). Oysa gereğince yapılmış temel araştırmaları (C) sonuçta bina maliyetini en uygun düzeye indirecektir. ERTAN BOL 2
Ne Yapacağız? Zemin incelemelerine ilk olarak araştırmanın hangi amaca yönelik olduğunun belirlenmesi ile başlanır. Yani doğal yamaçta veya yarmada bir heyelan olasılığını mı inceliyoruz? Bir yol yarmasını istinat duvarı ile destekleyecek miyiz? Yoksa bir yapı temeli için mi araştırma yapıyoruz? Ne Yapacağız? Yapı Temelleri 1) İzin verilebilecek taban basıncının belirlenmesi, 2) Zamanla oluşabilecek oturmaların saptanması, 3) Zeminlerin dinamik yükler altında davranışı (Sıvılaşma) 4) Yeraltı suyunun durumuna göre izolasyon yapılması gereken kesimlerin belirlenmesi, 5) Zemin ve yeraltı suyunun kimyasal yapısının, temel malzemesine zarar verip vermeyeceğinin tespiti 6) Başarılı temel boyutlandırma veya analizi tüm diğer geoteknik problemlerinde olduğu gibi temel zemini özelliklerinin doğru, daha da önemlisi amaca yönelik olarak ölçümü ile gerçekleşebilir. ERTAN BOL 3
Nasıl Başlayacağız Planlama: Zemin şartlarına ve işin büyüklüğüne göre araştırma programının belirlenmesi. Yapı ve temellerle ilgili özellikler göz önünde bulundurularak 1) Yer altı zemin koşullarının tanımlanması, 2) Tasarım parametrelerinin belirlenmesine yönelik bir planlama yapılmalı RİSK KATEGORİLERİ ZEMİN İNCELEMELERİNE BAŞLAMADAN ÖNCE HANGİ RİSK KATEGORİSİNDE ÇALIŞTIĞIMIZI BELİRLEMEMİZ GEREKİR Zemin ve temel etütlerinin kapsam ve içeriğini belirleyen incelemeler, irdelemeler, hesaplar ve denetim yöntemleri yapı ve zemin koşullarının (1) düşük riskli, (2) orta riskli, (3) yüksek riskli olmasına göre 3 kategoride toplanır. Kategorilendirme sırasında bina türü yönünden, zemin koşulları, civar yapıları, yeraltısuyu durumu, depremsellik ve çevre (heyelan, bitki örtüsü, hidroloji) yönünden incelenerek yapılır. Kategori seçildikten sonra Gözlemsel Zemin etüdü mü yoksa sondaja dayalı daha detaylı bir zemin etüdü mü yapılacak buna karar verilir. ERTAN BOL 4
PROJE ÖNCEKİ ARAŞTIRMALAR Jeolojik Model, Risk Belirleme SİTE TANIMLAMADA RİSK BAZLI AKIŞ DİYAGRAMI Düşük Risk Orta Risk Yüksek Risk Zemin İncelemesi Arazi Deneyleri & Örselenmiş numune Zemin İncelemesi Düşük Risk adımları + aşağıdaki adımlar Zemin İncelemesi Düşük Risk adımları + aşağıdaki adımlar Detaylı Zemin İncelemeleri Arazi Deneyleri SPT, CPT (SCPTU), DMT muhtemel özel Deneyler PMT, FVT İlave Özel Yerinde Deneyler Arazi Deneyleri Kritik Zonları Tanımla İlave Özel Yerinde Deneyler Yüksek Kalitede Örselenmemiş Numuneler Tanımlama Deneyleri Atterberg, Limitleri Dane Dağılımı G s, e max, e min, Ampirik korelasyonlar uygula Araziye Özel Korelasyonlar Seçilmiş Numunelerde Temel Laboratuvar Deneyleri Araziye Özel Korelasyonlar Yüksek Kalitede Lab. Den. Örselenmemiş Numuneler Yerinde Gerilmeler En Uygun Gerilme İzi Dikkatli Ölçümler ETÜD KATEGORİLERİ Zemin incelemelerinde mevcut yada planlanan yapı / yapıların önem ve niteliği göz önünde bulundurularak tanımlanan üç tür yapı durumu için üç ayrı kategori düşünülmelidir (TS ENV 1997-1) Kulübeler Kategori 1 Kategori 2 Kategori 3 1-2 katlı basit geçici yapılar Max 2 metre istinad yapıları Anormal risk taşımayan, alışılmamış unsurlar içermeyen yapılar Boru döşeme kazıları Bina önem katsayısı 1.2 Drenaj Çalışmaları den küçük olan yapılar Deprem riski yüksek olan yapılar Büyük-alışılmamış yapılar Bina önem katsayısı 1.2 den büyük olan yapılar Zirai yapılar Anormal yük taşıyan yapıar ZEMİN ETÜDÜ TÜRÜ** A) Gözlemsel Zemin Etüdü Kategori-1 giren yapılar B) Sondaja Dayalı Zemin ve Temel Etüdü Kategori 2 ve 3 e giren yapılar *Afet Bölgelerinde Yapılacak Yapılar Hakkında Yönetmelik, 1998 **Bina Ve Bina Türü Yapılar İçin Zemin ve Temel Etüdü Raporları Genel Format Bay. Ve İskan Bak., 2005/33 ***Zemin ve Temel Etüdü Raporunun Hazırlanmasına İlişkin Esaslar, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Belge No: 93/94 ERTAN BOL 5
GEOTEKNİK SINIFLAR TS ENV 1997-1/Nisan 2000 Geoteknik tasarım gereklerini belirlemede, TS ENV 1997-1/Nisan 2000 e göre 1, 2 ve 3 olmak üzere üç adet geoteknik sınıf kullanılır. Geoteknik araştırma öncesi, geoteknik sınıflandırmaya göre yapının bir ön sınıflandırmaya tabi tutulması uygundur. Bu sınıflandırma daha sonra değiştirilebilir. Geoteknik Sınıf 1: Bu sınıf sadece küçük ve nispeten basit yapıları kapsar: Bu yapılarda can ve mal riski ihmal edilebilir mertebededir. Geoteknik sınıf 1 işlemleri sadece, yeraltı su seviyesi altında kazı yapılmaması veya yöresel tecrübelerin su seviyesi altında yapılacak kazının problemli olmayacağını göstermesi halinde yeterli olur. Aşağıda verilen yapı veya yapı kısımları geoteknik sınıf 1.e ait örneklerdir: Kolonlara 250 kn ve duvarlara 100 kn/m maksimum tasarım yükünün intikal ettiği, geleneksel yüzey ve kazık tip temellerin kullanıldığı 1 ve 2 katlı basit evler ve ziraî yapılar. Yükseklik farkının 2 m yi geçmediği istinat duvarları ve kazı iksaları, Drenaj çalışmaları, boru hatları ve benzerleri için küçük çaplı kazılar. ERTAN BOL 6
Geoteknik Sınıf 2: Bu sınıf, normal tehlike, alışılmış veya sıkça rastlanır zemin şartları veya yükleme şartları taşıyan geleneksel yapı ve temelleri kapsar. Aşağıda verilen yapı veya yapı kısımları geoteknik sınıf 2.ye ait örneklerdir: Yüzeysel temeller, Radye temeller, Kazık temeller, Toprak veya su basıncına maruz duvarlar ve diğer yapılar, Kazıklar, Köprü kenar ve orta ayakları, Sedde ve toprak işleri, Zemin ankrajları ve diğer sabitleme sistemleri, Özel su sızdırmazlık şartı veya diğer şartlar gerektirmeyen sert, çatlaksız kaya zemindeki tüneller. Geoteknik Sınıf 3: Bu sınıf, geoteknik sınıf 1 ve 2 ye dahil olmayan yapı ve yapı kısımlarını kapsar. Geoteknik sınıf 3, normal üstü tehlike, alışılmış dışı veya az rastlanır zemin şartları veya yükleme şartlarına sahip çok büyük veya alışılmış dışı yapıları ve yüksek deprem tehlikesine sahip bölgedeki yapıları kapsar. ERTAN BOL 7
Geoteknik tasarım gereklerini belirlemede aşağıdaki faktörler dikkate alınmalıdır: Özel şartlar dahil olmak üzere yapı ve bileşenlerinin özellik ve büyüklükleri, Yakın çevresel şartlar (komşu yapılar, trafik, hizmet yapıları, bitkiler, zararlı kimyasallar vb.), Zemin şartları, Yeraltı suyu durumu, Bölgesel sismik şartlar, Çevresel şartlar (hidroloji, yüzeysuyu, yeraltısuyu seviyesinin mevsimlere göre değişimi) GEOTEKNİK ARAŞTIRMALAR Geoteknik araştırmalar, yapı yeri ve çevresindeki zemin ve yeraltı suyu şartlarına ait gerekli zemin özelliklerinin uygun tanımlanması ve tasarım hesaplarında kullanılacak zemin parametreleri karakteristik değerlerinin güvenli şekilde değerlendirilmesi için gerekli tüm verileri sağlamalıdır. Geoteknik sınıf tespiti kararını etkileyebilecek zemin şartları, araştırmada mümkün olduğu kadar erken safhada belirlenmelidir. Bunun nedeni, araştırmanın karakter ve çapının, yapı Geoteknik sınıfına bağlı olmasıdır. Geoteknik sınıf 1 durumu için aşağıda verilenler uygulanır: Araştırmalar, yapı yerinin gözle muayenesini, sığ çukur açılması, penetrasyon deneyleri veya burgulu sondaj çalışmalarını kapsamalıdır. Geoteknik sınıf 2 ve 3 durumları için Geoteknik araştırmalar, normal şartlarda aşağıda verilen üç safhayı kapsar ve bu safhalar bazen birbiriyle örtüşebilir: Ön araştırmalar Tasarım araştırmaları Kontrol araştırmaları ERTAN BOL 8
GEOTEKNİK ARAŞTIRMALAR Ön Araştırmalar (Büro çaışmaları) Ön araştırmalar aşağıda verilen amaçlarla yapılır: Yapı yerinin genel uygunluk değerlendirilmesi, Gerekiyorsa, alternatif yapı yerlerinin kıyaslanması, Yapılacak çalışmaların sebep olabileceği değişikliklerin tahmin edilmesi, Yapı davranışı üzerinde önemli etkiye sahip olacak zemin genişliği tayini de dahil olmak üzere tasarım ve kontrol araştırmalarının plânlanması, Gerekiyorsa hafriyat sahası tanımlaması. ÖN ARAŞTIRMALAR 1) Yapı ile ilgili bilgiler 1) Yeri ve boyutları 2) Yapının türü, kolon yükleri, kolon açıklığı ve izin verilebilir oturmalar 3) Kullanım amacı 4) Yüksekliği 5) Bodrum kat (varsa) sayısı ve derinliği 6) Düşünülen tesviyenin (varsa) derinliği ve genişliği 7) Yerel yapı kodlarının öngördüğü şartlar 2) Yer altı koşulları ile ilgili bilgiler ERTAN BOL 9
ÖN ARAŞTIRMALAR (devam) 1) Yapı ile ilgili bilgiler 2) Yer altı koşulları ile ilgili bilgiler 1) Beklenen kaya ve zemin türleri, faylara yakınlık vb. jeolojik tarihçenin belirlenmesi, 2) İncelenen bölge yakınlarında daha önce yapılmış araştırmalara ait sondaj logları, arazi ve laboratuvar deneylerinin edinilmesi, 3) Tarımsal amaçlar için geliştirilen toprak haritalarının gözden geçirilmesi, 4) Eski ve yeni hava fotoğrafları ile topoğrafik haritaların elde edilmesi, 5) Su kuyusu loglarının incelenmesi, 6) Sahada yer altı nakil yollarının belirlenmesi, 7) Bitişik yapı temel yer ve derinliklerinin belirlenmesi, 8) Hidroloji, özellikle boşluk suyu basıncı dağılımı, 9) Bölgesel deprem davranışları, 10)İlgili herhangi diğer bilgiler (çevresel ve arkeolojik etütler) Hava Fotoğrafları ve Topoğrafik haritalar Genel topoğrafya, Drenaj koşulları, Ulaşım, İnsan yapımı yapılar hakkında bilgi verir HAVA FOTOĞRAFI TOPOĞRAFİK HARİTA Günümüzün gelişen teknolojik olanaklarından hava ve uydudan alınmış resimler değerli ön bilgiler sağlayabilmektedir. Bu aşamada daha araştırmanın başında yer altı hakkında edineceğimiz her türlü bilgi bize daha iyi ve ekonomik bir araştırma yapmamıza yardımcı olur. ERTAN BOL 10
TOPOĞRAFİK HARİTALAR SAÜ Kampüs Beşköprü Sapanca Gölü Sakarya Nehri Kuzey Anadolu Fayı (KAF) HAVA FOTOĞRAFLARI ADAPAZARI SAÜ Kampüs Beşköprü Sapanca Gölü Sakarya Nehri Kuzey Anadolu Fayı (KAF) ERTAN BOL 11
HAVA FOTOĞRAFINDAN TOPOĞRAFİK İMAJ http://www.merrick.com/servicelines/gis/ SAHA İNCELEMESİ Harita ve diğer kaynakların incelenmesinden sonra ilk yapılacak iş sahanın ziyaretidir. Deneyim bu aşamada çok önemlidir. Sahanın değişik özellikleri ve tuhaflıklar not edilmelidir. Ulaşım seçenekleri, hava fotolarından veya topoğrafik haritalardan fark edilmeyen tatlı eğimler olabilir. Drenaj sistemi kaldırım kırıkları, bina oturmaları, bitki türü not edilmelidir. Şevler ve erozyon olup olmadığı not edilmelidir. Zemin profilini açığa vuran yerler araştırılmalı eğer ölçülebiliyorsa tabaka kalınlıkları not edilmelidir. ERTAN BOL 12
SAHA İNCELEMESİ ULAŞILABİLİRLİK SAHA İNCELEMESİ ZEMİN PROFİLİ ERTAN BOL 13
SAHA İNCELEMESİ DRENAJ ve BİTKİ ÖRTÜSÜ SAHA İNCELEMESİ YAKIN YAPILARDA DURUM ERTAN BOL 14
SAHA İNCELEMESİ TOPOĞRAFYA SAHA İNCELEMESİ Numune Alma Çubuğu ERTAN BOL 15
GEOTEKNİK ARAŞTIRMALAR Tasarım Araştırmaları Tasarım araştırmaları aşağıda verilen amaçlara yöneliktir: Sabit veya geçici çalışmaların yeterli ve ekonomik şekilde tasarımlanması için gerekli bilgi temini, Yapım metodu plânlaması için gerekli bilgi temini, İnşaat esnasında ortaya çıkacak zorlukların tanımlanması, Aşağıda verilen maddeler, tasarım araştırma kapsamında kabul edilmelidir: Stratigrafik istif, İlgili bütün zeminlerin dayanım özellikleri, Zemin kesiti boyunca boşluk suyu basıncı dağılımı, Geçirgenlik şartları, Temel zemininde olası kararsızlık, Zeminin sıkışabilirliği, Zemin ve zemin suyunun mümkün olabilecek zararlı etkisi, Zeminin iyileştirme imkânı, Don hassasiyeti. Geoteknik Tasarımda Etkiler Geoteknik analizlerde, aşağıda verilenler etki olarak kabul edilmelidir: Toprak, kayaç ve su ağırlıkları, Zemindeki mevcut gerilmeler, Serbest su basınçları, Yer altı suyu basınçları, Sızıntı kuvvetleri, Yapıdan kaynaklanan ölü, hareketli ve çevresel yükler, İlave yükler, Bataklık etkileri (kuvvetleri), Yükün kaldırılması veya toprak kazısı, Trafik yükleri, Madencilik nedeniyle hareketler, Bitki, iklim veya nem değişim nedeniyle şişme ve büzülme, Toprak kütlesinin akması veya kayması nedeniyle oluşan hareketler, Sıkışma, ayrışma, oturma ve çözülme nedeniyle hareketler, Deprem, patlama, titreşim ve dinamik yükler nedeniyle meydana gelen hareketler ve ivmeler, Buz nedeniyle kabarmayı da ihtiva eden sıcaklık etkileri, Buz yükleri, Zemin ankraj ve destekleri nedeniyle meydana gelen ön gerilmeler, İnce taneli topraklarda olduğu gibi drenaj özellikleri ve sıkışabilirliği zamana bağlı olan zeminlerde etkilerin süresi dikkate alınmalıdır. Tekrarlı uygulanan ve değişken yoğunluklu etkiler, sürekli hareketler, toprak sıvılaşması, zemin katılığının değişimi ve benzerleri yönünden özel değerlendirmeyle tanımlanmalıdır. Hidrostatik kuvvetlerin hakim kuvvetler olduğu geoteknik yapılarda emniyetle ilgili değerlendirmeye özel önem gösterilmelidir. ERTAN BOL 16