İN371 ZEMİN N MEKANİĞİ I Yrd. Doç.. Dr. Selim ALTUN
Dersin Amacı ve Hedefi Zemin mekaniği, inşaat mühendisliği öğrencileri için diğer mühendislik derslerinde gereksinim duyacakları araçların öğretildiği bir ders olmanın ötesinde, geoteknik problemlerini çözme yeteneğinin verildiği bir ders olarak görülmektedir. Ders süresince öğrencilere zemin mekaniğinin temelleri öğretilmektedir. Öğrencilerin, teorik bilgi yanında laboratuar deneyimi kazanması amaçlanmıştır. Dersin İçeriği Giriş: İnşaat Mühendisliğinde Zemin Problemleri Zemin İndis Özellikleri Zemin Sınıflaması Zemin Yapısı Permeabilite ve Ölçümü: Darcy Kanunu, İki Boyutlu Kararlı Akım, Sızma ve Akım Ağları. Zemin Kompaksiyonu Gerilme Analizi Dersin Değerlendirilmesi Bir yarıyılda bir yazılı arasınav (% 40) ve bir yazılı yarıyılsonu sınavı (% 60) yapılmaktadır. Ders Kitabı/Diğer Materyal Craig, R.F. Soil Mechanics, ELBS, (1992) Holtz, R.D. and Kovacs, W.D., An Introduction to Geotechnical Engineering, Prentice- Hall, (1981) Özaydın, K., Zemin Mekaniği, Birsen Yayınevi, (2004) Uzuner, B.A., Çözümşü Problemlerle Zemin Mekaniği, Birsen Yayınevi, (2004)
GEOTEKNİK VE İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİNDEKİ YERİ Geoteknik, yer bilimlerinin inşaat mühendisliği problemlerine uygulanışıdır. GEOTEKNİKTE KULLANILAN YERBİLİMLERİ Petroloji : Kayaların özelliklerini ve orijinini inceler. Jeomorfoloji: Yerkabuğunun şeklini ve orijinini invceler. Pedoloji : Zirai toprağın fiziksel, kimyasal ve bakteriyolojik özelliklerini inceler. Hidroloji : Yüzeysel ve yer altı sularını inceler. Jeofizik: : Kayaların ve zeminlerin kütlesel özelliklerini inceler.
Zemin mekaniği fizik ve mekaniğe dayalı olarak zeminlerin özellikle gerilme ve deformasyon özelliklerini inceler. Kaya mekaniği zemin mekaniği yöntemlerinin, jeolojide kaya üzerinde uygulanışıdır. Zemin mekaniği ve kaya mekaniği temel mühendislik bilimleridir. Ayrıca Paleontoloji, Paleobotani, Meteoroloji ve Coğrafya da geoteknikte önemli olmayacak ölçüde kullanılan yerbilimleridir.
İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 1. TEMELLER Yapıya zarar verecek mertebede oturmaların önlenmesi. Ön yükleme ile temel zeminin iyileştirilmesi
İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 2. YAPI MALZEMESİ OLARAK ZEMİN Toprak dolgu baraj kesiti Karayolu Kesiti
İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 3. ŞEVLER VE KAZILAR Şev stabilitesi İnşaat kazısı ve koruyucu perdeler Boru ve kanal kazıları
İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 4. YER ALTI VE İSTİNAT YAPILARI İstinat duvarı Gömülü boru hattı
İNŞAAT MÜHENDM HENDİSLİĞİNDE TEMEL ZEMİN N PROBLEMLERİ 5. ÖZEL DEPREM MÜHENDİSLİĞİ PROBLEMLERİ Titreşimler Daneli zeminler üzerindeki titreşen binalar altında önemli oturmalar oluşur. Titreşimin frekansı temel zemininin frekansına eşit ise önemli zararlar meydana gelir (rezonans). Patlamalar ve depremler Kazılar için önemli olan patlamalar ve nükleer patlamalar zemin dalgaları oluşturur. Yapılar etkilenir. Bölgesel çökmeler Önemli ölçüde su çekimi, petrol çekimi oturmalara ve göçmelere yol açar. Donma Binalarda çatlama ve karayollarında bozulmalara yol açar.
ZEMİN N PROBLEMLERİNİN ÇÖZÜMÜ ZEMİN MEKANİĞİ Zeminlerin gerilme ve şekil değiştirme özellikleri (laboratuar çalışması) Teorik analiz JEOLOJİ,ARAŞTIRMA - Zemin kütlesinin gerçek yapısı DENEYİM - Bugüne kadarki uygulamaların sonuçları EKONOMİ - Çözüm yollarının uygulanabilirliği + Mühendislik yargısı = Zemin problemlerinin çözümü
GİRİŞİŞ Zemin, inşaat mühendisleri için kayaların ayrışması ve parçalanması ile oluşan, mineral danelerinin çimentolanmamış veya zayi çimentolanmış birikimidir. Zemin tabakasını genel olarak kaya tabakası izler. Zemin katı, sıvı ve gazdan oluşan üç fazlı bir sistemdir.
OLUŞUM AÇISINDAN SINIFLANDIRMA 1. Sedimanter (taşınmış) zemin Yerçekimi Su Rüzgâr Buzul Canlılar Taşınma unsurları (Alüvyonel ortam adı verilir. Verilen kesit birkaç defa tekrarlanabilir.) 2. Rezidüel zemin (yerinde oluşmuş) Taşınma hızı ayrışma hızından yavaş ise oluşabilir.
İNDİS ÖZELLİKLERİ ve FAZ İLİŞKİLERİ Zeminler üç fazlı sistemler olduğundan, zeminin mühendislik açısından tanınıp sınıflandırılabilmesi, zemini oluşturan her üç fazın ayrı ayrı özellikleri ile bunların birbirine gerek hacim gerekse ağırlıkça olan durumlarının bilinmesini gerekli kılar. Bünye özellikleri: w n n e : Doğal su muhtevası, içeriği : Porozite : Boşluk oranı γ : Birim hacim ağırlık (γ n, γ s, γ k, γ d, γ =γ A ) S : Doygunluk yüzdesi (γ w ) G : Özgül ağırlık
Doğal ve idealize prizmalar üzerinde gerekli tanımlar aşağıda yapılmaktadır: Hacimler Ağırlıklar Toplam Hacim =V V b V h V w hava su W h 0 W w Toplam Ağırlık =W V s dane W s
Önemli ilişkiler ve tanımlar: 1. V b =V h +V w 2. W s =W k 3. Su muhtevası; ω=(w w /W s )*100 4. Boşluk oranı; e=v b /V s 5. Porozite; n=v b /V 6. Dane birim hacim ağırlığı; γ s =W s /V s 7. Doğal birim hacim ağırlık, γ n =W/V 8. Kuru birim hacim ağırlık; γ k =W k /V 9. Doygun birim hacim ağırlık ; γ d W = k + Vbγ V w
10. Efektif birim hacim ağırlık; γ '= γ A = 11. Doygunluk derecesi; S=V w /V b (S=1 ise zemin suya doygun, S=0 ise zemin kurudur). 12. Porozite-boşluk oranı ilişkisi n e = veya 1 + e n 13. G s =γ s / γ w γ D γ w n e = 1