1TMMOB TMMOB NNAAT MAAT MHENDHENDSLERSLER ODASIODASIMESLEK MESLEK EETTM SEMM SEMNERNER

ZEMZEMNN MEKANMEKAN VE TEMEL MVE TEMEL MHENDHENDSLSLNNNNTEMEL TEMEL LKELERLKELER

Mehmet Mehmet krkr ZZOBANOBANYYldldz Teknik z Teknik niversitesiniversitesi

nnaat Fakaat Fakltesi ltesi Geoteknik Anabilim DalGeoteknik Anabilim Dal

MayMays 2006s 2006

2NNAATAAT MMHENDHENDSLSLNDE NDE ZEMZEMNNPROBLEMLERPROBLEMLER

Temellerle ilgili problemler.Zeminlerin inaat malzemesi olarak kullanlmas.Kazlar ve evlerstinat yaplarYeralt yaplar

31.ZEMNLERN DAVRANIIZeminler: Kayalarn farkl (mekanik ve kimyasal) etkenlerle ayrmas ve paralanmas sonucu oluan kat paracklarn (danelerin) ayrt yerde veya deiik (su, rzgar, buzullar) etkiler altnda tandktan sonra, ok farkl ortamlarda kelmesi sonucu olumaktadr.

4Genel Zemin zellikleri Zeminler daneli yapya sahiptir. Daneler arasnda boluklar

vardr. Boluklar tamamen veya ksmen su ile dolu olabilir. Ayrca organik maddeler ierebilirler.o Zemin fazl (kat, sv,gaz) bir madde olarak dnlebilir. Doada farkl zelliklerdeki kayalarn deiik etkenler altnda ayrmas ve farkl koullarda kelmesi sonucu oluan zeminlerin birbirinden ok farkl zellikler gstermesi beklenilebilir. Zeminlerin yk altnda ekil deitirmesi daneler arasetkileim (zellikle daneler aras kayma) tarafndan kontrol edilmektedir.

5 Zemin daneleri arasnda suyun mevcudiyeti, su basnlar(boluk suyu basnc) olumasna ve daneler aras kuvvet aktarmnn sudan etkilenmesine yol aar.

Zemin iindeki su hareket edebilir, fakat su hareketinin hz deiik zeminlerde birbirinden ok farkldr.

Zemine yk uyguland anda, uygulanan yk zemin iskeleti ve boluk suyu tarafndan ortaklaa tanr. Boluk suyu basncndaki art suyun zeminin iinden darkmasna, danelerin birbirine yaklamasna ve hacimsel ekil deitirmelerin meydana gelmesine yol aar, buna bal olarak zemin zellikleri deiir.

Zeminlerde gme (krlma) kritik bir yzey boyunca (kayma yzeyi) kayma direncinin almas eklinde meydana gelir.

6z Zeminlerin ndeks zellikleri

z zellikleri ok geni bir aralk iinde deien zeminlerin nce baz basit zelliklerine gre snflandrlmas

z ve daha sonra mhendislik zelliklerinin aratrlmasyoluna bavurulmaktadr.

z Zeminlerin indeks zelliklerini iki ayr grup iinde dnlebilir:

z a. Dane zellikleri danelerin boyutu, biimleri, younluklar ve minerolojik zellikleri

z b. Ktle zellikleri kat, sv ve gaz ksmlarn birbirine gre hacim veya arlk oranlar, zeminin dokusu, kvam ve i yaps gibi bnyesel zellikleri

7ekil 1.1. ri daneli ZeminlerinDane Biimleri

Dane Biimi

Tablo 1. Balca Kil Minerallerinin Dane zellikleri

Dane SpesifikKalnl Dane ap Yzey

Kil Minerali (x10-6mm) (x10-6mm) (km2/kg)Kaolin 50-2000 300-4000 0.0015Klorit 30 10000 0.08llit 30 10000 0.08Montmorillonit 3 100-1000 0.8

8Tablo 2. Zemin Danelerinin Boyutlarna Gre Snflandrlmas

Zemin Cinsi Dane boyutuakl 2.00 (veya 4.75-75.0)Kum 0.075-2.00 (veya 4.75)Silt 0.002(veya 0.005)-0.0075Kil

9ekil 1.2. Tipik Bir Dane ap Dalm

Dane ap ve Dalm

10

Ktle zellikleri

ekil 1.3. Zemin Prizmas

11

ZEMZEMNLERNLERN ENDEKS N ENDEKS ZELLZELLKLERKLER

Ktle zellikleri

Dane zellikleri

12

ZEMZEMNLERNLERN KN KTLE TLE ZELLZELLKLERKLER

Zemin, 3 fazl bir malzemedirKat + sv + gaz (hava)

Su

Hava

Dane

Va

Vw

Vs

Vb

V

Wa

Ww

Ws

W

13

BBRRM HACM HACM AM AIRLIKLARIRLIKLAR

Tabii (Doal ) Birim Hacim Arlk

Kuru Birim Hacim Arlk

VWk

k =

VW

n =

14

Doygun Birim Hacim Arlk

Su Altndaki Birim Hacim Arlk

Dane Birim Hacim Arlk

VWd

d =

= dA

s

ss V

W=

15

BOBOLUK ORANILUK ORANIBoluk hacminin, dane hacmine orandr.

PorozitePoroziteBoluk hacminin, tm hacme orandr.

SuSu MuhtevasMuhtevasSu arlnn, kuru arla orandr.

s

b

VVe =

VVn b=

kWW =

16

Doygunluk DerecesiDoygunluk DerecesiSu hacminin, boluk hacmine orandr. Doygun zeminlerde 1, kuru zeminlerde ise 0 snr deerini alr.

RelatifRelatif SSkkllkkKaba daneli zeminlerde, zeminin sklk durumunu yanstan bir terimdir.

bVVS =

minmax

max

eeeeDr

=

17

Zeminlerin (DZeminlerin (Drr) de) deerlerine gerlerine gre re ssnnflandflandrrlmaslmas

ok sk85 - 100

Sk65 85

Orta sk35 65

Gevek15 35

ok gevek0 15

ZEMNN SIKILIKDURUMU

RELATF SIKILIK

(Dr), (%)

18

ZEMZEMNLERNLERN KN KTLE TLE ZELLZELLKLERKLERARASINDAKARASINDAK LLKKLERLER

Temel zellikler arasndaki bantlar iin iki yaklam vardr.

Tm Hacmi 1 Birim Kabul Eden Yaklam

Dane Hacmini 1 Birim Kabul Eden Yaklam

19

POROZPOROZTEYETEYE BABALI ZEMLI ZEMN N PRPRZMASIZMASI

Su

Hava

Dane1-n

n

1

0

(1-n) s w

(1-n) s

W

20

YapYaplan lan tantanmlaramlara ggre re babantntlarlar

Tabii (Doal ) Birim Hacim Arlk

Kuru Birim Hacim Arlk

Suya Doygun Birim Hacim Arlk

SSn nn )1()1( +=

Sk n )1( =

nn Sd += )1(

21

Su Altndaki Birim Hacim Arlk

Boluk Oran

Doygunluk Derecesi

+= ])1[( nn Sd

nne = 1

nnS S )1( =

22

BOBOLUKLUK ORANINA BAORANINA BALI ZEMLI ZEMN N PRPRZMASIZMASI

Su

Hava

Dane1

e

1+e

0

w.s

s.1e.S

23

YapYaplan lan tantanmlaramlara ggre re babantntlarlar

Tabii (Doal ) Birim Hacim Arlk

Kuru Birim Hacim Arlk

Suya Doygun Birim Hacim Arlk

eSS

n ++=1

eS

k +=1

eeS

d ++=

1

24

z Su Altndaki Birim Hacim Arlk

z Porozite

z Doygunluk Derecesi

+

+= ]1

[eeS

A

een +=1

eS S =

25

DANE BDANE BRRM HACM HACM AM AIRLIIRLIININ ININ BELBELRLENMESRLENMES

)( 12 WWWW

k

kS =

PKNOMETRE DENEY

26

SU MUHTEVASININ BELSU MUHTEVASININ BELRLENMESRLENMES

w=[KAP+YA NUMUNE) - (KAP+KURU NUMUNE)]

kWW =

27

MAKSMAKSMUM BOMUM BOLUK ORANININ BELLUK ORANININ BELRLENMESRLENMESZeminin en gevek (en ok boluklu) durumundaki boluk orandr. Zemin en gevek durumda minimum kuru birim hacim arla sahiptir.

Zeminin dane birim hacim arl da belirlendikten sonra,

VW

k =min

1min

max =k

Se

28

MMNNMUM BOMUM BOLUK ORANININ BELLUK ORANININ BELRLENMESRLENMESZeminin en sk (en az boluklu) durumundaki boluk orandr. Zemin en sk durumda maksimum kuru birim hacim arla sahiptir.

Zeminin dane birim hacim arl da belirlendikten sonra,

VW

k =max

1max

min =k

Se

29

W

S

MS u M u h t e v a s w x 1 0 0M

=b

S

VB o l u k O r a n , eV

= bVPorozite, nV

=S

sS

MDane Younluu, V

=MToplam Younluk, V

=

k w100% Doygun olmas , w e S = i i i

W

b

VD o y g u n l u k D e r e c e s i , S = x 1 0 0V

k W bd

M VDoygun Younluk, V+ =

A d wSu Altnda Younluk, =

kk

MKuru Younluk, V

=

30

Kvam (Atterberg) Limitleri

Likit Limit Plastik Limit Bzlme (Rtre) Limiti Plastisite ndisi, =

( )Lw ( )Pw ( )RwPI )PL ww (

ekil 1.4. Zeminlerde Su Muhtevas-Hacim Deiimi ve Kvam Limitlerinin Tanmlanmas

31

ekil 1.5. Cassagrande Plastisite Kart

32

33

Likitlik ndisi, =

Relatif Konsistans, =

LIP

P

Iww )(

CIP

L

Iww )(

Tablo 1.3. nce Daneli Zeminlerin Kvam

Tablo 1.4. nce Daneli Zeminlerin Katlk Derecesi

34

Zeminlerin Snflandrlmas

Zeminleri baz basit zelliklerine gre gruplandran standart snflandrma sistemleri gelitirilmitir. Birletirilmi Zemin Snflandrma Sistemi (USC) Karayollar Zemin Snflandrma Sistemi (AASHTO)Tablo 1.5. Zeminlerin Dane Boyutlarna Gre Snflandrlmas

35

Tablo 1.6. Birletirilmi Zemin Snflandrma Sistemi (USCS)

36

Tablo 1.6. Birletirilmi Zemin Snflandrma Sistemi (USCS)

37

Tablo 1.7. Karayollar (AASHTO) Zemin Snflandrma Sistemi

38

Zemin Gerilmeleri

Zemin tabakalarnn kendi arlndan kaynaklanan (jeolojik/in-situ) gerilmeler

Uygulanan d ykten kaynaklanan (jeolojik/in-situ) gerilmelerJeolojik Dey Gerilmeler

ekil 1.5. Birim Zemin Eleman zerine Etkiyen Dey Gerilmeler ve Boluk Suyu Basnc

= zwk + (z-zw) u = Hww = (z-zw) w

ekil 1.6. Boluk Suyu Basncnn Derinlikle Deiimi

39

Efektif Gerilme Kavram

Q = Toplam ykQ= Daneler tarafndan tanan ykA= Toplam alan ( daneler + boluklar)

= = Efektif Gerilme Boluk Suyu Basnc = u =Ntr Gerilme Av= Boluk Alan( ykle temas eden)uAv= Boluk suyu tarafndan tanan yk

A Q

Q= Q+ uAv

= +)A()A(u

A Q

AQ v+=

)A()A(u v

AAv

Toplam Gerilme = Efektif Gerilme + Boluk Suyu Basnc

( 1 )

Suya Doygun Zemin

= +u

ekil 1.8

40

Yzey Yklemelerinden Kaynaklanan Gerilmeler

Zemin yznde uygulanan yklerden dolay zemin iinde Gerilme Artlarmeydana gelir.

Boussinesq, homojen, izotrop,lineer elastik bir yar sonsuz ortam iin, bir nokta kuvvet altnda gerilme artlarn veren zm gelitirmitir. niform ykl, dzgn geometrik alanlar altnda meydana gelecek gerilme artlarBoussinesq zmnn entegrasyon ile elde edilebilmektedir (sper pozisyon kuralgeerli ) Dey gerilme artlar zeminin elastik zelliklerinden bamsz ve arazide llen deerlere olduka yakn.

ekil 1.9. Bir Temel Altnda Meydana Gelen Dey Gerilme Artlar

41

Zeminlerin Skmas, Konsolidasyon ve Oturmalar

Zeminlerin Skmas : Danelerin skmas boluklardaki hava ve suyun skmas ile daneler aras boluk hacminin azalmassonucu meydana gelen toplam hacim azalmas.

Konsolidasyon : Sabit bir yk altnda boluklardaki su ve havann darkmas ve danelerin birbirine yaklamas sonucu zamana bal olarak meydana gelen hacimsel ekil deitirme .

Oturma : Zemin tabakalarnn skmasndan dolay temel altnda meydana gelen toplam dey yer deitirme (kme)

42

Laboratuar Deneyi : dometre (konsolidasyon deneyi)

ekil 1.10. dometre Deney Aleti

43

Zamana bal skma : Uygulanan yk altnda oluan boluk suyu basncartlar sonucunda zemin iinde su dar kar, su ktka boluk suyu basnc der ve akm hzazalr, dolays ile skma hz azalr. Boluk suyu basnc tamamen snmlenince skma sona erer.

ekil 1.11. dometre Deneyinde Gzlenen Skma Davran

44

Skma-Basn likisi:

dometre deneyinde kademeli olarak yklenen zemin numunesinin her bir yk kademesindeki nihai skma miktar ile uygulanan basn arasndaki ilikiyi gsteren grafiklerden arazideki zeminin skabilirlii ile ilgili parametreler elde edilmektedir.

ekil 1.12. dometre Sonularndan Elde Olunan Skma- Basn Erileri

45

Skma Parametreleri:

Hacimsal skma katsays, mv= =

Skma indisi= Bakir skma erisinin eimi , Cc=

mv=

ime( Tekrar skma) indisi = ime erisinin eimi, Cs (veya Cr)

v

H/H

v

)e1/(e+

vloge

12 vv

1 )log()e1(

C

1

2

v

vC

+

e1e

HH

+=

46

Oturma Hesaplar

Arazideki bir tabaka zerinde etkiyen dey gerilme artlarnn yol aaca toplam skma miktar zemin yznde oturmalara yol amaktadr.

a.Nihai Oturma Miktar

Primer (birincil) konsolidasyon sonunda oluan nihai oturma miktarSc= H (mv arazideki gerilme seviyesine gre seilmeli)veya,

Sc= ) (Normal konsolide zeminler iin)

Sc= (Ar konsolide zeminler iin)

= tabakadaki ortalama jeolojik gerilmeH = skan tabaka kalnlp= nkonsolidasyon basnc (zeminin gemite maruz kald en byk basn)

vvm

vo

vvo

o

c log(e1

CH

++

)log(e1

CH)log(

e1C

Hp

vvo

p

c

vo

p

o

s

+++

+

vo

47

Normal konsolide Zemin: p= Ar konsolide Zemin: p>

vovo

ekil 1.13. nkonsolidasyon Basncnn dometre Erisinden Bulunmas

48

b.Konsolidasyon Sresi

Yk uygulandktan sonra nihai(birincil) konsolidasyon oturmasnn belirli yzdelerinin meydana gelmesi iin geecek sre.

Sc(t)= Sc

= tabaka iin ortalama konsolidasyon yzdesit = konsolidasyon balangcndan itibaren geen sre

T = zaman faktrcv = konsolidasyon katsaysHd = skan tabakann drenaj uzakl

= H (tek tarafl drenaj)

= (ift tarafl drenaj)

)t(U)t(U

v

d2

cHTt =

vw

ov a

)e1(kc +=

2H

49

ekil 1.14. Ortalama Konsolidasyon Yzdesinin Zaman Faktr (T) ile Deiimi

Zaman Faktr

50

ekil 1.15. Konsolidasyon Katsaysnn (cv) Cassagrande Logaritma ZamanYntemi ile Saptanmas.

cvnin bulunmas (laboratuar konsolidasyon deneyinden)

51

Zeminlerin Kayma Mukavemeti

Zeminlerde gme (krlma) kritik bir yzey (kayma yzeyi) boyunca kayma direncinin almas eklinde oluur.

Kayma direncinin bileenleri(i) Daneler aras srtnme Srtnme direnci(kayma yzeyine etkiyen(ii) Daneler aras kilitlenme normal gerilmeye baml)(iii) Kohezyon- killi zeminlerde

Kayma direnci boluk suyu basncndan etkilenir.

}

52

Mohr-Coulomb Gme Hipotezi

Gmeye yol aacak normal ve kayma gerilmesi bileenlerinin konumu yaklak olarak bir doru ile gsterilebilir. Gme durumunu gsteren Mohr gerilme dairelerine izilecek ortak teet(doru) gme zarf olarak nitelendirilmektedir.

ekil 1.16.Gme Durumunu Gsteren Gerilme Daireleri

tan+= cf (kayma mukavemeti)

c= Kohezyon katsays= sel srtnme as= kayma yzeyine etkiyen normal gerilmef= Kayma yzeyinin eimi

+= tan)( ucfu= boluk suyu basnc

ve = efektif gerilmelere gre kayma mukavemeti parametreleric

53

Kayma mukavemeti parametreleri (c ve ) zemin cinsi yannda yklenme drenaj durumlarndan etkilenmektedir.

ri daneli zeminlerde (akllar ve kumlar) kohezyon yoktur.c= 0 Kohezyonsuz zeminler

nce daneli zeminler (siltler ve killer) Kohezyonlu zeminlerKohezyonlu zeminlerde ykleme ve drenaj durumuna gre:c>0, =0 Drenajsz kayma mukavemeti (Konsolidasyonsuz-drenajsz)c=0, >0 Normal konsolide zeminlerc>0, >0 Ar konsolide zeminler

Sktrlm zeminlerKumlu killer

Zeminin mukavemet parametreleri kesme anndaki zgl hacmine (dolaysylabalang konsolidasyon basncna ) baml.

Kumlu zeminlerde statik yklemeler altnda her zaman drenajl koullarn geerli olduu kabul edilebilir.

Killi zeminlerde drenaj durumunu ykleme hz ile birlikte dnmek gerekir. Normal konsolide killerde genellikle drenajsz durum(ksa sreli

stabilite) daha kritiktir. Ar konsolide killerde drenajl durum (uzun sreli stabilite) daha

kritik olabilir.

54

ekil 1.17. Drenajsz Kayma Mukavemeti Zarf

ekil 1.18. Konsolidasyonlu- Drenajsz Durumda Kayma Mukavemeti Zarflar