Temeller;
yapı yüklerini zemine ta ıma gücü a ılmadan,
kabul edilebilir oturmalarla
aktaran yapı elemanlarıdır.
En uygun temel ortamı: kaya Ana kayanın bulunamadı ı durumlarda “sa lam zemin”e ula ılması amacıyla
temel çukuru olabildi ince derin kazılmakta
L
B Df
Temelin küçük boyutu B büyük boyutu L gömme derinli i Df
Df
B
yüzeysel temel
Df > B ise derine oturtulmu bir yüzeysel temel
Yapı temellerinin tasarımında ilk seçenek:
yüzeysel temeller
Yüzeysel temellerin ta ıma gücü ve oturma ölçütlerini sa layamayaca ı ko ullarda: derin temeller
artan yapı yükleri yerle imin yetersiz zemin bölgelerine yayılması yüzeysel temeller
derin temeller daha pahalı ileri teknolojiler gerektiren
derin temeller boy/geni lik oranı (L/B>>) uç direnci + çevre sürtünmesi/yapı ması
TEMELLER N GENEL AYIRIMI
Y端zeysel ve Derin Temeller
YÜZEYSEL TEMEL TÜRLER Kare Temel
Temel mühendisinin ana kuralı binada çözümü yüzeysel ve kare temellerle sa lamaktır
Kare temel kullanamama nedenleri: * üst yapıda kolonların birbirine yakınlı ı * binanın parsel sınırına yapı ık olması * kolon yüklerinde farklılıklar * A ırı yüksek momentler * duvar ve perde kullanma zorunlulu u * zeminde tabakaların zayıflı ı * zeminin yatayda de i kenlik göstermesi * yeraltı suyunun yüksekli i Deprem bölgelerinde tekil temellerin ba kiri leri ile birbirine ba lanması gerekmektedir
Temeller betonarme, ancak betonarme veya çelik kolon ta ıyabilir. Çelik Kolon Altında Dikdörtgen Tekil Temel
Halka Temel
Birle ik Temeller (L<5B) iki veya en fazla üç kolonu ta ırlar
e it yük/momentli
içteki yük büyük parsel kenarı-dı taki yük büyük
Sürekli Temeller (L>5B)
Tek Yönde
Çift Yönde
erit Temeller (L>>B)
Kolon Temeli
Duvar Temeli
Yayılı Temeller
Düz Plaklı
Kolon Altları Kalınla tırılmı
Düz Kiri li Yayılı Temel
Yayılı Temelin Uygulama Ko ulları * Zemin özelliklerinin bina yüklerini tekil veya birle ik/sürekli temellerle ta ıyamayacak kadar kötü olması * Yapı yükünün yüksekli i nedeniyle ayrık temel boyutlarının bir di eri ile kesi ecek denli a ırı büyümesi * Alandaki zeminin de i ken özelliklerine ba lı olarak binanın ayrık kolon temelleri yükleri altında farklı oturma gösterme olasılı ı * Bina yüklerinin de i ken ve belirsiz olması * Yanal yüklerin de i kenli i * Y.A.S.S.’nden kaynaklanan kaldırma kuvvetlerinin büyüklü ü * Su yalıtma gereksinimleri
DER N TEMEL TÜRLER
sa lam katman çok a a ıda
gökdelen-enerji santrali geni lik 2.5-3.0 m
Kazıklı Temellerin Kullanım Ko ulları * Yüzeysel temellerin ta ıma gücünün üst yapı yükünden gelen gerilmelerden küçük olması, * Yapı altındaki zeminin sıkı abilirli inin çok yüksek olması, yüzeysel temellerin kullanımı halinde olu acak oturmaların kabul edilemez düzeye eri mesi, * Zeminin sıkı abilirli inin ve üst yapı yükü da ılımının farklılık göstermesi sebebiyle ayrık yüzeysel temellerde a ırı farklı oturmaların ortaya çıkması, •Temel sisteminin deprem sebebiyle yatay yük etkisi alması. Yayılı temel kullanılmasının oturma ölçütlerini sa layamayaca ı durumlarda kazıkların hem ta ıma gücünü artırıcı hem de oturmaları azaltıcı olarak kullanılması akla gelmektedir.
TEMEL S STEM N N SEÇ M Mimari proje + zemin incelemeleri
olası yapı-zemin etkile imi bilgileri
* Yapının a ırlı ı * Kenar boyutları * Yükseklik ve derinli i * Temel hareketlerine duyarlılı ı * Kaya/zeminin özellikleri * Yeraltı suyunun konumu-özelli i * Anakayanın düzeyi-kalitesi * Alanın depremsellik ve di er afetlerden etkilenme durumu * Çevre etkileri
TEMEL ÇÖZÜMLER için SEÇENEKLER
YASS
anakaya (a) Tekil/birle ik/sürekli: Zemin yeterli, bina çok a ır de il ve yeraltı su seviyesi etkin de il (b) Yayılı-bodrumlu: Zemin çok iyi de il, bina yüksek, izin verilen oturma kısıtlı (c) Zemin iyile tirmeli: Zemin zayıf, bina hareketlere çok duyarlı de il (d) Kazıklı tekil temelli: Zemin a ırı zayıf, Y.A.S.S. yüksek ve/veya yapı a ır, anakaya makul derinlikte (e) Kazıklı-bodrumlu-yayılı temelli: Bina yüksek/a ır, çok derin yumu ak kil Sf86
Temelde statik-sismik/dinamik yĂźklerden dĂź ey, yatay, moment zorlamalarÄą
Sf11
DURUM
ULS (Avustralya)
ULS (TS500)
SLS (Avustralya) Kısa vade
Kalıcı+hareketli
1.25G+1.5Q 0.8G+1.5Q
1.4G+1.6Q 1.0G+1.2Q+1.2T
1.0G+0.7Q
Kalıcı+hareketli+rüzgar
1.25G+W+0.4Q 0.8G+1.0W
1.0G+1.0Q+1.3W 0.9G+1.3W
1.0G+Ws G+0.7Q+Ws
Kalıcı+hareketli+deprem
1.25G+1.6E+0.4Q 1.0G+1.0Q+1.0E 0.8G+1.6E 0.9G+1.0E
Kalıcı+hareketli+toprak basıncı
Uzun vade
G+0.4Q
1.4G+1.6Q+1.6H 0.9G+1.6H
G kalıcı (ölü), Q hareketli ,T ısıl, W rüzgar, E deprem, H yatay (toprak basıncı), F akı kan, K kar, R ya mur yükü, Ws hizmet görebilirlik durumunda rüzgar yükü. TS500, SLS durumunda katsayıların 1.0 alınmasını istemektedir. Sf 13
A.B.D. ANSI/ASCE standardı a a ıdaki kombinasyonlardan en büyük toplamı veren (U) son yük ifadesinin kullanılmasını önermekte U=1.4G U= 1.2(G+F+T)+1.6(Q+H)+0.5(Q veya K veya R) U= 1.2G+ 1.6(Q veya K veya R)+(0.5Q veya 0.8W) U= 1.2W+1.3W+0.5Q+0.5(Q veya K veya R) U= 1.2G+1.0E+0.5Q+0.2K U= 0.9G+(1.3W veya 1.0E)
Sf 13
TEMELLER N PROJELEND RMES Son Limit Durum (ULS) Hizmet Görebilirlik Limit Durumu (SLS) Eurocode 7 – Part 1; Genel stabilite kaybı Ta ıma gücünün a ılması Kayma ile i levin yitirilmesi Zemin ve ta ıyıcı sistemde bile ik yenilme Temel hareketinden kaynaklanan yapı göçmesi A ırı oturmalar Kabul edilemez yükselme/kabarmalar A ırı titre imler Kazıkta çekme direncinin a ılması Kazık malzemesinin yetersizli i Kazı ın a ırı yanal yüklenmesi ile zemin yenilmesi Sf 15
TEMELLER N PROJELEND RMES Son Limit Durum (ULS: Ultimate Limit State) Yapı veya zeminin herhangi bir nedenle göçmesi, kayması gibi son direncin a ılması ko ullarını kapsar. Güvenlik kaybı olasılı ı %o 1
Hizmet Görebilirlik Limit Durumu (SLS: Serviceability Limit States) Binada a ırı toplam ve farklı oturmalar, çatlama ve titre imlerin belirmesi gibi kabul edilemez ekil ve yer de i tirmelerle beliren durum olarak tarif edilmektedir.
Sf 16
ULS’ye göre Projelendirme (Son Limit Durum ) Son limit durum yakla ımı ULS, temel hesaplamalarını ta ıma gücü kavramına dayanarak yapmaktadır.
Temel Ta ıma Gücü Bir temelin son ta ıma gücü (qd) zemine gözle görülür biçimde batmadan ta ıyabilece i en yüksek gerilmeyi gösterir (kPa). Bir yüzeysel veya derin temelin almakta oldu u ya da alaca ı yükler altında tatminkar hizmet verebilmesi için hiçbir durumda son ta ıma gücünün a ılmaması gerekmektedir. Ancak birçok durumda bu ta ıma kapasitesine varılmasa dahi kısa ve uzun vadede temel ve bina için izin verilebilir hareketlerin üst limitine ula ıldı ı hatta bu sınırın geçildi i görülmü tür.
Klasik yakla ımda Global Güvenlik Katsayısı olarak nitelendirilen G.S., zeminin parametrelerini yeterince büyük bir sayı ile azaltarak en olumsuz ko ullarda dahi ta ıma gücü ve oturma limitlerinin a ılmamasını garanti altına alma amacına yöneliktir. Örne in, son ta ıma gücü (qd) bilinen bir temelde bu temele uygulanacak en büyük gerilme σem ile arasında genellikle G.S.=3 gibi bir oran olması aranmı tır. Genel e ilim sı temellerde 2.5-4,
derin temellerde 2-3.5
Yakın geçmi te Türkiye’de bu kavramın ço un a ırı muhafazakar bazen de gerçek dı ı özelli i ortaya çıktı ında de i ikli e gidilme ihtiyacı duyulmu tur. Örne in, kazık kapasitesi hesabında uç direnci için 2.5, çevre sürtünmesi için 3 gibi farklı iki de er kullanılmı , böylece kısmi G.S. kavramına yönelinmi tir.
Temel Güvenli Gerilmesi (Temelin Emniyetli Ta
ıma Gücü)
Temel güvenli gerilmesi (σem); son ta ıma gücünün (qd) önceden verilen bir güvenlik sayısına bölümüyle bulunur. . σem= qd/GS Temellerde Ta ıma Gücü için Önerilen Güvenlik Sayıları Tekil, Birle ik Temeller 2.0-3.0 Yayılı Temeller 1.7-2.5
Zemin Emniyet Gerilmesi Kavramı “Zemin emniyet gerilmesi” sanki her zeminin kendine özgü bir ta ıma gücü de eri oldu u izlenimini vermektedir. Zeminde yumu ak killer dı ındaki ortamlarda “zemin emniyet gerilmesi” kavramı yanıltıcıdır. Daha basit deyi le, bir zeminin de il bir “temelin ta ıma gücü” oldu u birçok ki i tarafından bilinmemekte veya görmezden gelinmektedir.
Kabul Edilen (Presumed) Güvenli Ta ıma Gücü “Kabul edilen güvenli ta ıma gücü” (presumptive bearing capacity) söz konusu bölge ya da kent için üstüne çıkılamayacak gerilmeleri gösterir. Bir ba ka deyi le, olabilecek en yüksek düzeyi temsil eder. Projelendirmede bunlardan büyük de er kullanmak isteyenler arazi ve laboratuvar deneyleri ile daha yüksek de erlerin geçerlili ini kanıtlama durumundadırlar.
Kabul Edilen (Presumed) Güvenli Ta ıma Gücü (BS8004:1986) Zemin Türü
σ (kPa)
Magmatik Kaya ve Gnays
10000
Tortul
4000
ist
3000
eyl-Siltta ı
2000 Sıkı
Çakıl
Kum
Orta Sıkı
200-600
Gev ek ve Çakıl+Kum
<200
Sıkı
>300
Orta Sıkı Gev ek
Kil
>600
100-300 <100
Katı-Sert
300-600
Sert
150-300
Orta Sert
75-150
Yumu ak ve Silt
<75
Zeminin Temel Altında Davranı ı
(Yüklenen Yüzeysel Temel Altında Güvenli in De i imi) Üç katlı yapı Yüklemeyle artan b.s.b.ları Efektif gerilmeler hızla azalıyor Son ta ıma gücü? uw-hidrostatik Kısa ve uzun vadedeki direnç ve uw de i imi
Sf 33-34
Üç katlı bir yapının yüzeysel temellerinden biri altında, hızlı yapılmı in aat süresince ve in aatın bitimini izleyerek zeminde bo luk suyu basınçları ve ta ıma gücüne kar ı güvenlik sayısının durumu temsil edilmektedir. Her katta betonlamadan sonra taban basıncı yükselmekte ve in aatın tamamlanması ile q yataya yönelmektedir. Bu yükleme sırasında temelin altında herhangi X noktasında bo luk suyu basınçları da zeminin bo luk suyu parametresine (A) ba lı olarak artmaktadır. Efektif gerilmeler bu etkiyle hızla azaldı ından temelin ta ıma gücüne kar ı güvenlik sayısı da yükleme sürdükçe dü mektedir. Bu süreçte temelin son ta ıma gücü a ılırsa temel zemine batarak i levini yitirecek, a ılmamı sa bo luk suyu basınçlarının sönümlenmesi ile efektif gerilmeler yükseli e geçece inden bu a amadan sonra güvenlik sayısı GS, ekilde gösterildi i gibi uw hidrostatik de erine dü ene de in sürekli artı gösterecektir. Bu benze tirme derin temeller için de geçerlidir. Bu durumda zeminin artan gerilmeler altında hem kısa hem de uzun vadede gösterece i direnç ve bo luk suyu de i imlerinin bilinmesi önem kazanmaktadır.