ÖNSÖZ
Herhangi bir yapının temel tasarımında ve inşasında karşılaşılacak problemleri öngörmek hem ekonomik hem de can ve mal kaybını önleyecektir. Bu bağlamda, güvenli ve ekonomik temel tasarımı yapmak
amaçlanır. Ülkemizde temel mühendisliği ile ilgili derli toplu tüm bilgileri içeren kaynak sıkıntısının mevcut olması, bu kitabın hazırlanmasında etken olmuştur. Bu kitap, temel mühendisliğini içeren hemen hemen her konuyu
kapsamaktadır. Kitabın, uygulamada çalışan mühendislere ve inşaat mühendisliğinde lisans ve lisansüstü eğitim gören öğrencilere faydalı olacağı düşünülmektedir.
Kitabın hazırlanmasında ulusal ve uluslararası geniş ve güncel kaynak taraması yapılmıştır. Geoteknik mühendisin ihtiyaç duyacağı bilgileri, güncel standartlar, yönetmelikler ve esaslar dikkate alınarak, teoriye boğmadan gerekli bilgileri bir arada bulacağı bir eser olması amaçlanmıştır. “İnşaat Mühendisliğinde Temel İnşaatı”, I ve II olmak üzere iki kitap olarak hazırlanmıştır. “İnşaat Mühendisliğinde Temel İnşaatı I” olan bu kitapta, Bölüm 1’de geoteknik tasarımla ilgili genel bilgiler verilmiştir. Bölüm 2’de yapı yapılacak inşaat sahasının ve zeminin incelenmesi ele alınmıştır. Bölüm 3’te özellikle ön tasarımda ve verilerin yetersiz olduğu veya kontrolü durumlarda kullanılacak zemin parametrelerinin değişim aralığı ve korelasyonlar verilmiştir. Bölüm 4’te temel türleri olan yüzeysel ve derin temellerin tipleri ve tercih sebepleri incelenmiştir. Bölüm 5’te yüzeysel temellerin taşıma gücü ve Bölüm 6’da ise yüzeysel temellerde oturma konuları ele alınmıştır. Bölüm 7’de yüzeysel temellerin geoteknik tasarımı incelenmiştir. “İnşaat Mühendisliğinde Temel İnşaatı II” Bölüm 1’de kazıklı temellerde taşıma gücü ve Bölüm 2’de ise kazıklı temellerde oturma konuları ele alınmıştır. Bölüm 3’te temel tasarımını ve inşasını etkileyen hususlar irdelenmiştir. Son olarak Bölüm 4’te ise zeminlerin stabilizasyonu ve iyileştirilmesi ele alınmıştır. Ayrıca, her konu sonunda konuyla ilgili örnek
problemler verilerek konu pekiştirilmeye çalışılmıştır. Kitap, hem pratik uygulamaları içeren örnek problemleri ve hem de ülkemizde 2019 yılında yürürlüğe giren Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğini içerecek şekilde ele almıştır.
Bu kitabın hazırlanması için fikir veren, yazılan her bölümü okuyup düzelten ve önerilerde bulunan, yetişmemde emeği olan, örnek aldığım, bilgi ve
tecrübesinden yaralandığım değerli hocam ve meslektaşım Prof. Dr. Ergün TOĞROL’a teşekkürü borç bilirim. Kitabın teknik, format ve dilbilgisi açısından gözden geçiren Prof. Dr. Erol ŞADOĞLU’na, Dr. Öğr. Üyesi Emel TÜRKER’e, Doktora öğrencim Kemal AYDIN’a ve yoğun, yorucu günlerde desteğini esirgemeyen eşime çok teşekkür ederim. Ayrıca, kitap kapaklarının hazırlanmasında ve tasarlanmasında emeği geçen kıymetli Fuat ÖZCAN’a teşekkür ederim. Kitap hakkındaki görüşlerini yazan Prof. Dr. Ergün TOĞROL’a sonsuz teşekkürler…
Bu kitaptaki olası hataların ya da kitap hakkındaki eleştirilerin tarafıma ulaştırılması arzu edilmektedir. Kitabın geoteknik mühendisliği ile ilgilenen mühendis ve öğrencilere yardımcı olması ümit edilmektedir.
Prof. Dr. Osman SİVRİKAYA
Ağustos 2021
İletişim için:
e-posta:
[email protected]
tel: 0462 377 2647
http://avesis.ktu.edu.tr/osivrikaya
İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ i
İÇİNDEKİLER iii
KISALTMALAR viii
SEMBOL LİSTESİ ix
ULUSLARARASI BİRİMLER SİSTEMİ xx
1. GİRİŞ ..................................................................................................1-1
1.1 YAPILARIN GEOTEKNİK TASARIMI ........................................................ 1-1
1.2 ÖN TASARIMDA KORELASYONLARIN KULLANIMI ................................... 1-2
1.3 ARAZİ VE LABORATUVAR DENEYLERİ İLE TASARIM ............................... 1-6
1.4 KAYNAKLAR ......................................................................................... 1-7
2. İNŞAAT SAHASININ VE ZEMİNİN İNCELENMESİ ...............................2-1
2.1 GİRİŞ .................................................................................................. 2-1
2.2 ARAZİ VE ZEMİN İNCELEMESİ AŞAMALARI ............................................ 2-3
2.3 ZEMİN İNCELEME METOTLARI .............................................................. 2-5
2.3.1 Muayene (İnceleme) Çukurları ........................................................ 2-5
2.3.2 Sondaj Kuyuları ............................................................................. 2-6
2.3.2.1 Sondaj Yeri, Aralığı, Sayısı ve Derinliği ...................................... 2-8
2.3.2.2 Numune Alma Yöntemleri ve Numune Türleri .......................... 2-14
2.3.2.3 Yeraltı Suyu .......................................................................... 2-17
2.4 LABORATUVAR DENEYLERİ ................................................................. 2-17
2.4.1 İndeks (Fiziksel) Deneyleri ............................................................ 2-18
2.4.2 Kompaksiyon ve CBR Deneyleri .................................................... 2-24
2.4.3 Permeabilite Deneyleri ................................................................. 2-27
2.4.4 Mukavemet Deneyleri .................................................................. 2-28
2.4.5 Konsolidasyon Deneyi .................................................................. 2-34
2.5 ARAZİ DENEYLERİ .............................................................................. 2-36
2.5.1 Standart Penetrasyon Deneyi (SPT) .............................................. 2-38
2.5.1.1 Deneyin Yapılışı ..................................................................... 2-40
2.5.1.2 SPT için Prosedür ve Ekipman Ayrıntıları ................................. 2-44
2.5.1.3 SPT Sonuçlarını Etkileyen Faktörler ve SPT-Narazi Değerinin
Düzeltilmesi ..................................................................................... 2-54
2.5.1.4 SPT-N ile Zemin Mühendislik Parametreleri Arasındaki İlişkiler .. 2-65
2.5.2 Koni Penetrasyon Deneyi (CPT) .................................................... 2-67
2.5.2.1 CPT Çeşitleri ......................................................................... 2-68
2.5.2.2 CPT Ekipmanı ve Uygulanışı ................................................... 2-71
2.5.2.3 CPT ile Ölçülen Parametreler .................................................. 2-74
2.5.2.4 CPT’de Yapılan Düzeltmeler ................................................... 2-74
2.5.2.5 CPT’de Verilerin Sunumu ....................................................... 2-76
2.5.2.6 CPT ile İlgili Korelasyonlar ..................................................... 2-78
2.5.3 Presiyometre Deneyi (PMT) .......................................................... 2-79
2.5.3.1 PMT Çeşitleri ......................................................................... 2-80
2.5.3.2 PMT Ekipmanı ve Deney Prosedürü ........................................ 2-82
2.5.3.3 Deneyin Kalibrasyonu ............................................................ 2-84
2.5.3.4 Ölçülen Deney Sonuçları ve Değerlendirilmesi ......................... 2-84
2.5.3.5 PMT’den Elde Edilen Zemin Parametreler ................................ 2-86
2.5.4 Plaka Yükleme Deneyi (PLT) ......................................................... 2-86
2.5.4.1 Deneyin Uygulanması ............................................................ 2-87
2.5.4.2 Deney Sonuçlarının Gösterilmesi ............................................ 2-89
2.5.4.3 Deney Sonuçlarından Elde Edilen Parametreler ....................... 2-90
2.5.5 Arazi Veyn Deneyi (FVT) .............................................................. 2-90
2.5.5.1 FVT Ekipmanı ve Deneyin Uygulanışı ...................................... 2-90
2.5.5.2 FVT ile Drenajsız Kayma Mukavemeti ve Hassaslık .................. 2-92
2.5.5.3 FVT ile İlgili Korelasyonlar ...................................................... 2-95
2.5.6 Sismik Deneyler ........................................................................... 2-95
2.6 VERİ RAPORU VE GEOTEKNİK RAPOR ................................................. 2-97
2.6.1 Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine (2018) Göre Zemin İncelemesi2-100
2.6.2 Zemin ve Temel Etüdü Uygulama Esasları ve Rapor Formatı (2019)2-102
2.7 ÖRNEK PROBLEMLER: ARAZİ VE ZEMİN İNCELEMESİ .......................... 2-103
2.8 KAYNAKLAR ...................................................................................... 2-115
3. ZEMİN PARAMETRELERİ: DEĞİŞİM ARALIĞI VE KORELASYONLAR...3-1
3.1 GİRİŞ .................................................................................................. 3-1
3.2 İNDEKS ÖZELLİKLERİ ........................................................................... 3-1
3.2.1 Birim Hacim Ağırlıkları ile İlgili Değerler ve İlişkiler ........................... 3-1
3.2.2 Kıvam Limitleri ile İlgili Değerler ve İlişkiler ...................................... 3-1
3.2.3 Rölatif Sıkılık ile İlgili Değerler ve İlişkiler ......................................... 3-5
3.3 KOMPAKSİYON VE CBR ÖZELLİKLERİ .................................................... 3-9
3.4 PERMEABİLİTE (GEÇİRİMLİLİK) ÖZELLİKLERİ ...................................... 3-12
3.5 MUKAVEMET ÖZELLİKLERİ .................................................................. 3-13
3.5.1 Serbest Basınç Mukavemeti ile İlgili Değerler ve İlişkiler ................. 3-13
3.5.2 Drenajsız Kayma Mukavemeti ile İlgili Değerler ve İlişkiler .............. 3-15
3.5.3 Kayma Mukavemeti Açısı ile İlgili Değerler ve İlişkiler ..................... 3-23
3.6 OTURMA ÖZELLİKLERİ ....................................................................... 3-31
3.6.1 Deformasyon Modülleri ile İlgili Değerler ve İlişkiler ....................... 3-32
3.6.2 Konsolidasyon Parametreleri ile İlgili Değerler ve İlişkiler ................ 3-43
3.7 ŞİŞME VE BÜZÜLME ÖZELLİKLERİ ....................................................... 3-49
3.8 DİNAMİK ÖZELLİKLERİ ...................................................................... 3-53
3.8.1 Kayma Dalgası Hızı ile İlgili Değerler ve İlişkiler ............................. 3-53
3.8.2 Dinamik Kayma Modülü ile İlgili Değerler ve İlişkiler ....................... 3-54
3.9 DİĞER ÖZELLİKLER ............................................................................ 3-55
3.9.1 Zemin Yatak Katsayıları ile İlgili Değerler ve İlişkiler ....................... 3-55
3.9.2 Sükünetteki Yanal Zemin Basınç Katsayısı ile İlgili Değerler ve İlişkiler ....
........................................................................................................... 3-58
3.10 ZEMİNLERİN SINIFLANDIRILMASI VE ÖZELLİKLERİ ............................ 3-59
3.10.1 Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırması .............................................. 3-60
3.10.2 Karayolu Zemin Sınıflandırması ................................................... 3-62
3.10.3 Arazi Deney Sonuçlarına Göre Zemin Sınıflandırması .................... 3-63
3.11 ÖRNEK PROBLEMLER: ZEMİN PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ ..... 3-56
3.12 KAYNAKLAR ..................................................................................... 3-81
4. TEMEL TÜRLERİ: YÜZEYSEL VE DERİN TEMELLER .............................4-1
4.1 GİRİŞ .................................................................................................. 4-1
4.2 Yüzeysel Temeller ................................................................................. 4-3
4.2.1 Tekil Temeller................................................................................ 4-4
4.2.2 Birleşik Temeller ............................................................................ 4-5
4.2.3 Şerit ve Sürekli (Mütemadi) Temeller .............................................. 4-6
4.2.4 Radye Temeller ............................................................................. 4-8
4.3 DERİN TEMELLER ............................................................................... 4-11
4.3.1 Kazık Temeller ............................................................................. 4-12
4.3.1.1 Malzeme Türüne Göre Kazıklar ............................................... 4-12
4.3.1.2 İmalat Yöntemlerine Göre Kazıklar ......................................... 4-16
4.3.1.3 İnşa Yöntemlerine Göre Kazıklar ............................................ 4-17
4.3.1.4 İnşa Amacı (İşlevi) Açısından Kazıklar ..................................... 4-24
4.3.1.5 Yüke Karşı Koyma Açısından Kazıklar ...................................... 4-25
4.3.2 Ayak (Şaft, Kuyu) Temeller ........................................................... 4-26
4.3.3 Keson (Kutu) Temeller ................................................................. 4-27
4.3.3.1 Açık Uçlu Kesonlar ................................................................. 4-28
4.3.3.2 Kapalı Uçlu (Yüzen, Batırma) Kesonlar .................................... 4-28
4.3.3.3 Pönomatik Kesonlar ............................................................... 4-29
4.4 KAZIK GRUPLARI VE KAZIKLI RADYE TEMEL ........................................ 4-29
4.5 ÖRNEK PROBLEMLER: TEMEL TİPİ SEÇİMİ .......................................... 4-32
4.6 KAYNAKLAR ....................................................................................... 4-35
5. YÜZEYSEL TEMELLERİN TAŞIMA GÜCÜ ..............................................5-1
5.1 GİRİŞ .................................................................................................. 5-1
5.2 TAŞIMA GÜCÜNÜ ETKİLEYEN FAKTÖRLER ............................................. 5-1
5.3 TAŞIMA GÜCÜ YENİLME TÜRLERİ ......................................................... 5-2
5.4 TAŞIMA GÜCÜ BELİRLEME YÖNTEMLERİ ............................................... 5-5
5.4.1 Tablo Yöntemi ile Taşıma Gücünün Belirlenmesi .............................. 5-5
5.4.2 Plaka Yükleme Yöntemi ile Taşıma Gücünün Belirlenmesi ................. 5-5
5.4.3 Arazi Deney Sonuçlarına Dayanan Ampirik/Yarı-Ampirik Yöntemler ile
Taşıma Gücünün Belirlenmesi ....................................................... 5-7
5.4.3.1 SPT ile Taşıma Gücü Hesabı ..................................................... 5-8
5.4.3.2 CPT ile Taşıma Gücü Hesabı..................................................... 5-9
5.4.3.3 PMT ile Taşıma Gücü Hesabı .................................................. 5-12
5.4.4 Teorik Yöntemler ile Taşıma Gücünün Belirlenmesi ........................ 5-14
5.4.4.1 Terzaghi Taşıma Gücü Yöntemi .............................................. 5-14
5.4.4.2 Skempton Taşıma Gücü Yöntemi ............................................ 5-17
5.4.4.3 Meyerhof Taşıma Gücü Yöntemi ............................................. 5-18
5.4.4.4 Hansen Taşıma Gücü Yöntemi ............................................... 5-19
5.4.4.5 Vesic Taşıma Gücü Yöntemi ................................................... 5-22
5.4.5 Taşıma Gücü Hesap Yöntem Seçimi .............................................. 5-25
5.4.6 Tabakalı Zeminlerde Temelin Taşıma Gücü .................................... 5-27
5.4.7 Şevli Zemin Üzerinde ve Tepesindeki Temelin Taşıma Gücü ............ 5-34
5.4.8 Eksantrik Yüklenen Temelin Taşıma Gücü ...................................... 5-36
5.5 KAYACA OTURAN TEMELİN TAŞIMA GÜCÜ ........................................... 5-38
5.5.1 RQD ve qur’yi Dikkate Alan Yöntem ............................................... 5-38
5.5.2 Taşıma Gücü Katsayılarını Dikkate Alan Yöntem ............................. 5-39
5.6 ÖRNEK PROBLEMLER: YÜZEYSEL TEMELLERİN TAŞIMA GÜCÜ HESABI .. 5-41
5.7 KAYNAKLAR ....................................................................................... 5-79
6. YÜZEYSEL TEMELLERDE OTURMA.......................................................6-1
6.1 GİRİŞ .................................................................................................. 6-1
6.2 DÜŞEY GERİLME ARTIŞI HESABI ........................................................... 6-2
6.2.1 Elastisite Teorisine Göre Düşey Gerilem Artışı Hesabı ....................... 6-2
6.2.2 Yaklaşık Yöntem ile Düşey Gerilme Artışı Hesabı .............................. 6-7
6.2.3 Düşey Gerilme Artışı Hesabına Genel Bakış ...................................... 6-9
6.3 OTURMA TÜRLERİ ............................................................................. 6-11
6.4 KUMLU ÇAKILLI ZEMİNLERDE OTURMA HESABI ................................... 6-13
6.4.1 Teorik Yaklaşımla Oturma Hesabı .................................................. 6-13
6.4.2 Yarı-Ampirik Yaklaşımla Oturma Hesabı ......................................... 6-19
6.4.2.1 Deformasyon Etki Faktörü Yöntemi ile Oturma Hesabı ............. 6-19
6.4.2.2 PMT ile Oturma Hesabı .......................................................... 6-22
6.4.3 Ampirik Yaklaşımla Oturma Hesabı ................................................ 6-25
6.4.3.1 PLT ile Oturma Hesabı ........................................................... 6-26
6.4.3.2 SPT ile Oturma Hesabı ........................................................... 6-26
6.4.3.3 CPT ile Oturma Hesabı .......................................................... 6-30
6.5 KİLLİ ZEMİNLERDE OTURMA HESABI .................................................. 6-30
6.5.1 Elastik Oturma ............................................................................. 6-30
6.5.2 Konsolidasyon Oturması ............................................................... 6-32
6.5.3 İkincil Sıkışma Oturması ............................................................... 6-37
6.5.4 Ampirik Yaklaşımla Kohezyonlu Zeminlerde Oturma Hesabı ............ 6-37
6.5.4.1 PLT ile Oturma Hesabı ........................................................... 6-37
6.5.4.2 CPT ve PMT ile Oturma Hesabı ............................................... 6-37
6.6 KAYAYA OTURAN TEMELLERDE OTURMA ............................................. 6-38
6.7 DEPREM YÜKLERİ ALTINDA OTURMA .................................................. 6-39
6.7.1 Sıvılaşmaya Karşı Güvenlik Sayısı (Gs) ile Oturma İlişkisi ................. 6-40
6.7.2 Sıvılaşma Kökenli Yer Hasarı ......................................................... 6-44
6.7.3 Kuru Kumlarda Hacimsel Sıkışma Sonucu Oturma .......................... 6-46
6.7.4 Sallanmanın Neden Olduğu Dinamik Yüklerden Dolayı Oturma ........ 6-49
6.8 ÖRNEKLER PROBLEMLER: YÜZEYSEL TEMELLERDE OTURMA HESABI.... 6-51
6.9 KAYNAKLAR ....................................................................................... 6-77
7. YÜZEYSEL TEMELLERİN GEOTEKNİK TASARIMI ................................7-1
7.1 GİRİŞ .................................................................................................. 7-1
7.2 TEMELLERİN TABAN BASINCI HESABI VE TAŞIMA GÜCÜ KONTROLÜ ...... 7-1
7.2.1 Rijit Temelde Taban Basıncı (Geleneksel Yöntem) ............................ 7-3
7.2.1.1 Temelin Merkezi Yüklenmesi .................................................... 7-3
7.2.1.2 Temelin Eksantrik Yüklenmesi .................................................. 7-4
7.2.1.3 Meyerhof (Alan Azaltma) Yöntemi .......................................... 7-10
7.2.1.4 Birleşik Temelde Taban Basıncı .............................................. 7-11
7.2.2 Esnek Temellerde Taban Basıncı ................................................... 7-14
7.2.2.1 Winkler Hipotezine Dayanan Yöntem ...................................... 7-16
7.2.2.2 Yaklaşık Yöntem.................................................................... 7-17
7.2.3 Emniyetli Taşıma Gücü ................................................................. 7-20
7.3 TEMELLERİN OTURMA KONTROLÜ ...................................................... 7-21
7.4 TEMELLERİN KESME VE ZIMBALAMA KONTROLÜ ................................. 7-23
7.4.1 Temellerin Kesme Kontrolü ........................................................... 7-23
7.4.2 Temellerin Zımbalama Kontrolü .................................................... 7-24
7.5 TEMELLERİN KESİT TESİRLERİ VE EĞİLME KONTROLÜ ........................ 7-26
7.5.1 Tekil Temelde Kesit Tesirleri, Eğilme Kontrolü ve Donatı Yerleşimi .. 7-27
7.5.2 Birleşik ve Mütemadi Temellerde Kesit Tesirleri, Eğilme Kontrolü ve
Donatı Yerleşimi ........................................................................ 7-31
7.5.3 Radye Temelde Kesit Tesirleri, Eğilme Kontrolü ve Donatı Yerleşimi .7-36
7.6 DEPREME GÖRE TEMEL TASARIMI ...................................................... 7-39
7.6.1 Yüzeysel Temelin Taşıma Gücü ve Yatayda Kayma Kontrolü ........... 7-39
7.6.2 Temel Bağ Kirişleri ....................................................................... 7-42
7.6.3 Mütemadi Temel Kirişleri .............................................................. 7-43
7.7 ÖRNEK PROBLEMLER: YÜZEYSEL TEMEL GEOTEKNİK TASARIMI ........... 7-43
7.8 KAYNAKLAR ....................................................................................... 7-67