yıldız teknik Üniversitesi - yildiz

Doç. Dr. Saadet Berilgen

Ders:1 Zemin İncelemeleri ve Tasarım Parametreleri

Yıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Bölümü

Temeller

Zemin araştırmasıTünel

Arazi İncelemeleri

Tüm İnşaat Mühendisliği yapılarında yapımdan önce arazinin incelenmesi gerekmektedir.

Bazı genel amaçlar/hedefler

Yüzey koşullarının yerinde tanımlanması

Zemin tabaka kalınlıklarının belirlenmesi

YASS su seviyesinin yerinin belirlenmesi

Laboratuar deneyleri için numune alınması

Arazi ve laboratuar deneylerinin yapılması

Özel problemler varsa tanımlanması

Zemin Araştırmalarının Maliyeti

Zemin araştırmaları, kabaca yapım maliyetinin %0.5 ile %l arasında değişir.

Zemin araştırması yapmamanın sağlayacağı ekonominin, bundan vazgeçmenin getireceği risk yanında bir hiç kalacağı söylenebilir.

ARAZİ İNCELEME PROGRAMI

Zemin araştırmasının boyutu

Arazinin yapısı

Tasarlanan işin büyüklüğü ve özelliğine bağlı olarak değişir.

ARAZİ İNCELEME PROGRAMI

Bir zemin incelenmesinde genelde izlenen sıra

Büro çalışması,

Arazinin tanınması,

hidrolojik

topografik

Zemin incelemesini içeren ayrıntılı inceleme,

Bu aşamalar birbiriyle iç içe olabileceği gibi gerektiğinde sırada değişiklik de yapılabilir.

Örneğin arazinin tanınması işi büro çalışmasının tamamlanmasından çok önce gerçekleştirilmiş olabilir.

Zemin Araştırmaları

Zemin araştırmasının maliyeti iyi bir planlama ile en aza düşürülebilir.

Araştırmada teknik gereklilik ekonomiden daha önce tutulmalıdır.

Asıl arazi araştırmaları başlamadan önce ön zemin incelemesi ve büro çalışmasının yapılması, asıl araştırmanın boyutu ve niteliğinin saptanması için bir gerekliliktir.

Geoteknik Veri Kaynakları

Ofis çalışmaları

Arazi çalışmaları

Laboratuvar çalışmaları

Geoteknik Verilerin Değerlendirilmesi

Büro Çalışması

Arazinin harita ve krokilerdeki yeri,

Hava fotoğrafı,Eşyükselti çizgilerini içeren

harita, Yer üstü ve yer altı engelleri,Röper noktaları bu aşamada

belirlenir.

Büro Çalışması

Planlama ile ilgili bilgiler,

Yerel yönetimin yerleşim ve endüstriyel yapılaşma ile ilgili kararları,

Temeller ve maden yatakları,

Anıtlar ve eski eserlerle ilgili bilgiler toplanır.

Büro Çalışması

Yapım sırasında kullanılacak yol, demiryolu, su ve hava yolu bilgileri,

Jeolojik haritalar, sel, erozyon, heyelan ve çökmelerle ilgili bilgiler,

Yakın yapılar için tutulmuş yapımla ilgili tutanaklar ve sismik bilgiler,

Drenaj ve kanalizasyon sistemleri, su-elektrik-gaz-telefon-ısınmaya ilişkin bilgiler bu aşamada sağlanmalıdır.

Ön Araştırmalar

Zemin araştırmasına başlamadan önce zemin koşulları hakkında bir ön bilgi edinilmeli, olası mühendislik sorunları önceden kestirilmeye çalışılmalıdır.

Bu bilgiler zemin araştırmasının türü ve sayısını planlamada yardımcı olacaktır.

Ön Araştırmalar

Araştırmalar sonucunda tasarımda değişiklikler oluyorsa ek zemin araştırması da gerekebilir.

Bazı durumlarda iş başladıktan sonra ek araştırma gerekebilir.

Zemin özelliklerinin ve yeraltı suyunun mevsimsel değişebileceği düşünülmelidir.

ZEMİN ARAŞTIRMASI

Zemin ve/veya kaya profilinin ortaya çıkarılması,

Yeraltı suyu koşullarının saptanması

Zeminin ve yeraltı suyunun özellik ve değişikliği, proje türü ve eldeki bilgilerin niteliği ve sayısı genelde zemin araştırmasının kapsamını belirleyen etkenlerdir

Tasarımla ilgili olarak

taşıma gücü ve temel oturmaları,

şev duraylılığı,

dayanma yapılarında zemin etkisi, değerlendirilmelidir.

Tasarımda dikkat edilecek hususlar

Mevcut yapıların güvenliği, Kazıların yapılar için olan desteği azaltacağı, Yeni yapıların gerilmelerde değişiklik

yaratacağı, Yapım için gerekli trafik, titreşimle veya

çakarak yerleştirilen kazık ve patlatmanın neden olacağı sarsıntı ve yer hareketleri,

Yeraltı suyu seviyesinin indirilişinin hem ince danelerin yıkanması hem artan efektif gerilmelerle aşırı oturmalara neden olacağı

ZEMİN ARAŞTIRMASINDA YAPILACAK İŞ

Kazı,

Sondaj,

Sondalama ve jeofizik yöntemlerden yararlanılır.

Araştırma Noktaları Yerleri

Tüm sahanın genel jeolojik yapısını ortaya koyacak biçimde sondaj, sondalama ve araştırma çukurları yerleştirilmelidir.

Önemli yapılar, toprak işleri yerleri, önemli mühendislik sorunlarının beklendiği yerler ve karmaşık zemin yapısı olan yerlerde daha ayrıntılı bilgi edinilmelidir.

Araştırma çukuru, sondaj ve sondaj yerleri, katı bir düzende yerleştirilip uygulamak yerine yapı yerindeki bulgulara göre değişebileceğini de göz önüne alan esnek bir düzende olmalıdır.

Araştırma çukuru

Görsel incelemeye uygun, tabaka sınırlarını gösteren ve örselenmemiş numuneler için erişime uygun.

Çok geniş bir araştırma (muayene) çukuru

Araştırma Aralıkları

Kesin ve hızlı bir kural olmamakla birlikte

binalarda l0-40 m aralık yeterli olmaktadır.

Baraj, tünel ve büyük kazılar gibi bazı işler özellikle jeolojik koşullara çok duyarlı olduklarından araştırma aralıkları ayrıntılı jeolojiyi ortaya çıkaracak kadar sık düzenlenmelidir.

Yol ekseninde 250-500 m, yerleşime açılacak bölgelerde 300-400 m aralıklar normal koşullar için uygun sayılmaktadır.

Kaç adet sondaj çukuru?

Sondaj çukurlarının sayısı aşağıdaki faktörlere bağlıdır.

projenin tipi ve boyutu

Zemin değişkenliği

Zemin araştırmaları bütçesi

Konut olmayan binalar için tipik olarak 20-40 m aralıkta

Beklenen yüklerin yerlerine göre sondaj çukurlarını yerleştir.

Planlanan bina


120 m

Çok katlı bir alışveriş merkezi için planlanan saha

Yeterli sondaj çukuru yoksa zemin profili ve özellikleri yeterince belirlenemez

Sondaj

çukuru


120 m

Çok fazla sondaj çukuru ve deney bütçeyi artırır.


120 m

Yaklaşık kabul?

Araştırma

çukuru

Ne kadar araştırma derinliği?

Gerilme değişiminin önemsiz olduğu zemin derinliğine kadar araştırma yap!

Araştırma Derinliği

Yeni yapının zeminde ve yeraltı suyunda yapacağı etki derinliğine kadar olmalıdır.

Genelde araştırma, temel için uygun olmayan tüm formasyonların (dolgu, zayıf sıkışabilen zeminler) altına kadar devam etmelidir.

Araştırma Derinliği

Yapılacak yapının oturmasına katkıda bulunacak sıkışabilir zeminde, gerilmelerin belirli bir değere düştüğü derinliğe kadar araştırma yapmalıdır.

Bu derinlik geçilirken kayaya rastlanıyorsa ve yerel jeolojik bilgiler de açık değilse en az 3 m ilerlenmedikçe araştırma kesilmemelidir.

Dayanma Yapıları

Düşünülen kazı tabanından başlayarakduvarın serbest yüksekliğinin 0.75 - l.5katı bir derinliğe kadar ulaşılmalıdır.

Derin bir göçme olasılığı varsaaraştırmalardan bazıları sert zeminüzerine kadar ilerlemelidir.

ZEMİN KOŞULLARININ

ARAŞTIRMA YÖNTEMİNE ETKİSİ

Zemin yapısı ve karakteri zeminde yapılacak sondaj ve sondalamada,

alınacak örnekler,

arazide ve sondaj sırasında yapılacak deneylerde en uygun yöntemin belirlenmesinde önemli bir etkendir.

Zemin cinsi kadar olmamakla birlikte yeraltı suyu koşullarının da bu kararda önemli etkisi olabilir.

Gerekli zemin verileri:

- Zemin profili

- Tabaka kalınlığı ve zemin tanımı

- Indeks özellikleri

- Su muhtevası, Kıvam Limitleri, Birim hacim ağırlık,...

- Mukavemet ve Sıkışabilirlik parametreleri

- c’, cu, ’, Cc, Cr, OCR, …

Zemin

Sondaj deliği75 mm çap10-30 m derinlik

Muayene çukuru1-2 m genişlik2-4 m derinlik

Kepçe Delgi

Kil zeminlerde…

İnce cidarlı tüplerle kil numuneler alınır.(örn. shelby tube)

Kil

Sondaj deliğiKonsolidasyon, üç eksenli deneyler

Arazi Deneyleri

Standart Penetrasyon Deneyi (SPT)

Standard Penetrasyon DeneyiYine de bir

anlamı var

AR = 112%; sınıflandırma için

kullanılır

Çoğunlukla granüler zemin; Killerde güvenilmez

Yarık kaşık numune alıcılarla örselenmiş numuneler aşınır.

Sondaj çukurlarında 1.5 m aralıklarla yapılır

N-değeri ’, E … parametrelerine korole edilir

zemin

Standard Penetrasyon Deneyi

SPT Hammers

PINWEIGHT

DONUT

AUTO

SAFETY

Calibration of SPT Hammer & System

Modified after Kulhawy and Mayne (1990)

HammerType

Operation Method

TypicalRange of Energy Ratios

Pinweight Manual 30 - 40

Donut Manual 40 - 55

Safety Manual 50 - 75

Automatic Auto 45 - 95

Standard Penetration Test (SPT) in Uniform Sand

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40 50

Measured N-values

Dep

th (

mete

rs)

Donut

Safety

Sequence

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40 50

Corrected N60

Dep

th (

me

ters

)

Donut

Safety

Trend

ER = 34 (energy ratio)

45

40

41

41

39

47

56

55

60

56

63

63

63

64

69

Data modified from from Robertson, et al. (JGE 1983)

Northwestern UniversityNational Geotechnical Experimentation Site (Finno 2000)

SP Sand Layer0.15 < D50 < 0.30 mm

SP Sand Layer0.15 < D50 < 0.30 mm

corrected= N60

Northwestern UniversityNational Geotechnical Experimentation Site (Finno 2000)

SPT Granüler Zeminlerde Korelasyon

SPT N - ° korelasyonları Wolf (1989) düşey efektif gerilmeye

göre düzeltilmiş SPT değeri N1 ’ e göre

° = 27.1 + 0.3 N1 – 0.054 N1²

bağıntısı ile içsel sürtünme açısının bulunabileceğini belirtmektedir.

SPT-N Düzeltmeleri

15.10.2020 YÜZEYSEL VE DERİN TEMELLER 49

SPT deney düzeneğindeki farklılıklar ölçülen arazi 𝑁değerlerini etkilemektedir.

Ayrıca siltli kum ve ince kum zeminlerde penetrasyon esnasında yükselen boşluk suyu basınçları darbe sayılarını değiştirmektedir. Bu nedenlerle deney sonuçlarının yorumlanması öncesinde SPT-𝑁 değerlerinde bir seri düzeltmeler

yapılması gereklidir.

A- Siltli Kum/İnce Kum Düzeltmesi:


Dinamik yüklemelere maruz kalan suya «doygun siltli veya ince dane oranı yüksek kumlu zeminlerde düşük geçirgenlikten dolayı su aniden drene edilememekte ve boşluk suyu basınçları yükselmektedir. Drene olmayan suyun varlığı zeminin mukavemetini geçici olarak arttırmakta ve SPT-𝑁 değerini

yanıltıcı olarak yükseltmektedir.

Bu nedenle 𝑁 değerlerine, aşağıdaki

koşulların tamamı geçerli olması durumunda siltli kum düzeltmesi yapılır

B-Enerji Düzeltmesi-CE


SPT tüpüne uygulanan dinamik enerji her darbe için 63.5 kg ağırlığındaki bir kütlenin 76.2 cm’den düşürülmesi olarak standartlaştırılmış olmakla birlikte, deney esnasında yapılan ölçümler tüpün ucuna transfer edilen enerjinin, tatbik edilen 473.4 Jül enerjinin %40’larına kadar inebildiğini göstermiştir.

Enerji düzeltmelerinde, emniyetli şahmerdan sisteminde elde edilebilen %60 enerji transferi standart olarak alınmış, ve diğer sistemlerdeki enerji transfer değerlerine oranlanmıştır.

Farklı ülkelerde kullanılan farklı sistemlerdeki enerji oranları Tablo 1.4’teverilmektedir.

C-Delgi Çapı, Tüp Tipi, Tij Uzunluğu ve Darbe Hızı için Düzeltmeler: CR, CS, CB, CBF


D-Örtü Yükü Düzeltmesi: CN

Zeminin homojen, derinlikle değişmeyen birim ağırlık ve su içeriğine sahip olması durumunda SPT-𝑁 değerleri derinlikle artmaktadır.

Bunun nedeni derine inildikçe örtü yükü gerilmelerinin (overburden stress) artması, dolayısıyla da deneyin daha yüksek düşey ve yatay çevre basınçları altında gerçekleştirilmesidir.

Sonuçta aynı penetrasyonu sağlayan darbe sayısı artmaktadır. Örtü yükü düzeltmesi yapılmış SPT-𝑁 değeri 𝑁1 olarak gösterilmektedir.


Burada, (𝑁1)60: %60 enerji ve örtü yükü düzeltmesi yapılmış SPT değeri ve 𝐸𝑅:Tablo 1.4’te verilen enerji oranıdır.

Örtü yükü düzeltmesi (𝐶𝑁) uygulanmamış SPT değeri, 𝑁60 sembolü ile

gösterilmektedir.



Df < B için Parry (1977)

Tassias (1983)

Bu eşitliklerde qu son taşıma gücü qa ise izin verilebilirtaşıma gücünü göstermektedir.

Diğer yandan SPT deneyine bağlı olarak içsel sürtünmeaçısını tahmin etmek, daha sonra bunu taşıma gücüeşitliklerinde kullanmak şeklinde araştırmalar vardır.

Parry (1977)

Burada N1 düzeltilmiş SPT değeri, P0′ deney yapılanyerdeki efektif düşey gerilme (kPa) dır.

M su altında M 100 150

a

N Nq Pa Pa

30 uq N kPa

1

0

25 28N

P


2-Koni Penetrasyon Deneyi (CPT) ile Taşıma Gücünün belirlenmesi

Koni penetrasyon deneyi sunduğu olanaklarnedeniyle zemin özelliklerinin dolayısıylataşıma gücünün ölçümü için en uygundeneylerden biri olarak nitelenebilir.

Deney yöntemi kumlar için geliştirilmiş olmaklaberaber ince daneli zeminler için dekullanılmaktadır.

Yüzeysel temellerde taşıma gücü,konsolidasyon katsayısı ve oturmalar için degerekli veriler elde edilebilmektedir.

SPT N - ° korelasyonları

Arazide ölçülmüş ve düşey efektif gerilmelere göre düzeltilmiş N değerleri ile Kulhawy ve Mayne (1990)

bağıntısını önermektedirler. Burada Pa atmosferik basınç, ’0 deney yerinde düşey jeolojik efektif gerilmedir.

SPT N - ° korelasyonları

Son yıllardaki bir araştırmaya göre Hatanaka ve Uchida (1996)

° =

bağıntısını önermektedirler.

20N20 1

SPT N - Cu korelasyonları

Hara ve diğerleri (1971)

cu = 29 N 0.72 ( kN/m²)

eşitliğini önermişlerdir.

SPT N - Cu korelasyonları

Mayne ve Kemper (1988)

doğal killer için

OCR = 0.193 (N/o’)0.689

önermişlerdir.

Burada o’ (MN/m²) olarak efektif

düşey gerilmedir.

yıldız teknik Üniversitesi - yildiz

Documents