KABUK TEMELLERİN TAŞIMA GÜCÜŞekil 5. Deneysel çalımada kullanılan yükleme tasarımı (a) düey kesit (b) plan görünümü Model deneylerde Ceyhan nehir yatağından elde

_____________________________________________________

1 Arş. Gör., İskenderun Teknik Üniversitesi, [email protected] *2 Doç. Dr., İskenderun Teknik Üniversitesi, [email protected] (Yazışma yapılacak yazar) 3 İnşaat Müh., İskenderun Teknik Üniversitesi, [email protected] 4 İnşaat Müh., İskenderun Teknik Üniversitesi, [email protected]

KABUK TEMELLERİN TAŞIMA GÜCÜ

BEARING CAPACITY OF SHELL FOUNDATIONS

Yakup TÜREDİ1 Murat ÖRNEK

*2

Salih KUNDUZ3 Hıdır ALTUNKAYNAK

4

ABSTRACT

Shell foundations are an altenative to for the flat foundations due to the especially transfer

of heavy structural loads to soils with low bearing capacity and economic advantage. In

this study, the bearing capacity behavior of two different shaped and sized shell

foundations rested on loose sand soil was investigated with laboratory model tests.

Additionaly two circular foundations similar diameter with the shell foundations are used.

Load displacement curves were plotted and compared according to the circular

foundations. According to the test results, the bearing capacity of the shell foundation is

greater than the circular foundations. The reason for these differences is accepted as the

geometry of the foundation and its rigidity.

perform better in the compared to flat foundations.

Keywords: Shell foundation, circular foundation, bearing capacity, loose sand.

ÖZET

Kabuk temeller özellikle ağır üstyapı yüklerinin, taşıma gücü yetersiz zeminlere

aktarılmasında ve ekonomik avantaj sağlaması yönünden düz temeller için bir alternatif

olmaktadır. Bu çalışmada, gevşek kum zemine oturan iki farklı şekil ve boyuttaki kabuk

temellerin taşıma gücü davranışı laboratuvar model deneyleriyle araştırılmıştır. Ayrıca

kabuk temeller ile aynı çapa sahip iki tane dairesel temel kullanılmıştır. Yük deplasman

eğrileri çizilerek dairesel temellere göre karşılaştırma yapılmıştır. Deney sonuçlarına göre,

dairesel temele göre kabuk temellerin daha fazla yük taşıdığını göstermiştir. Bu

farklılıkların nedeni temelin geometrisi ve rijitliği olarak kabul edilmektedir.

Anahtar Kelimeler: Kabuk temel, dairesel temel, taşıma gücü, gevşek kum.

1. GİRİŞ

Temeller, yapı yükünü (normal kuvvet, moment, vs.) yer yüzeyine (zemine) aktaran yapı

elemanlarıdır. Diğer bir deyişle temeller, yapının ayakları olarak tanımlanmaktadırlar.

Temeller yapıdan gelen yükleri emniyetle zemine aktaracak şekilde tasarlanırlar. Temeller

aynı anda taşıma gücü, oturma ve ekonomi gibi kıstasları sağlamak zorundadırlar. Başka

bir ifadeyle bir temel göçmeye karşı yeterli güvenlikte olmalı ve muhtemel maksimum

toplam ve farklı oturmalar, kabul edilecek değerleri geçmemelidir. Aynı zamanda, sadece

amaç temel sisteminin zeminde oluşan gerilmeyi zeminin taşıyabileceği seviyeye indirmek

325

7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul

değil, kolon veya perdenin altındaki zeminde oluşacak çökmeyi (oturma) sınırlı bir

seviyede tutarak üst yapının farklı oturmalarından zarar görmesini de önlemektir.

Diğer boyutları ile karşılaştırıldıklarında farklı bir temel çeşidi olan kabuk temeller, küçük

kalınlığa sahip olan, üç boyutlu eğrisel veya katlanmış plaklardan oluşan yapı

elemanlarıdır. Kabuk temeller zayıf zeminlerde ağır üst yapıları zemine en iyi aktaran ve

yüksek maliyet ve işçilik gerektiren bu gibi yerlerde ekonomiklik sağladığı gözlenen

yapılar olduğu kabul edilmektedir. Avantajlarından dolayı kabuk temeller 1970’li yıllardan

sonra dünya çapında birçok bilim adamının ilgisini çekmiştir (Shin vd. 2002, El-kady M.

S. ve Badravi E. F. 2017, Esmaili D. ve Hataf N. 2008, Kurian 2006). Kabuk temellerin

taşıma gücü yetersiz zeminlerde, ağır üstyapı yüklerinin, aktarılmasında düz temele göre

daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. Kabuk temellerin geometrik şekli ve rijitliği

bu derece farklılığın oluşmasının nedeni olarak ifade edilmektedir. Teorik, sayısal ve

laboratuvar ve arazi deney sonuçları ile elde edilen veriler ışığında bu değerlendirmeler

yapılmaktadır.

Colmenares vd. tarafından yapılan

Kurian 2006 tarafından yapılan çalışmada kabuk temellerin altında zeminde oluşan gerilme

yayılışı gösterilmiştir. (Şekil 1). Ayıca kabuk temellerin sınıflandırılması, taban basıncı

dağılımı ve altında oluşan taşıma gücüne esas kırılma mekanizmaları Şekil 2-4’te

verilmektedir (Aksoy vd. 2014, Rinaldi 2012).

Şekil 1. Düz ve içbükey kabuk temeller altında zeminde gerilme dağılışı (Kurian, 2006)

Şekil 2. Kabukların sınıflandırılması (Rinaldi, 2012)

326


Şekil 3. Düz ve kabuk temel altında zeminde oluşan kırılma yüzeyleri (Rinaldi, 2012)

Şekil 4. Rijit temeller altında taban basıncı dağılımı (Rinaldi, 2012)

Azzam ve Nasr (2014) tarafından kum zemine yerleştirilmiş kabuk temellerin kullanıldığı

tek donatılı ve donatısız olmak üzere model deneyler yapılmıştır. Ayrıca model deneyler

sonlu elemanlar programı PLAXIS ile analiz edilmiştir. Kabuk temellerin düz temele göre

daha fazla yük taşıdığı görülmüştür.

Hanna ve Abdel-Rahman (1998) tarafından laboratuvarda farklı sıkılıkta kuru kum zemine

oturan düz ve kabuk temel modellerle yapılan yükleme deneyleri ile geoteknik açıdan

performansını yansıtan η kabuk kazanım faktörü (%) tanımlanmıştır. η kabuk temelin düz

temele göre taşıdığı (% olarak) nihai yükteki artışı olarak tarif edilmiştir. Kabuk kazanım

faktörü;

us uf

uf

Q Q

Q

1

olarak tanımlanmıştır.

Burada; Qus kabuk temelin taşıdığı nihai yük, Quf ise düz temelin taşıdığı nihai yüktür.

Bu çalışmada, gevşek kum zemine oturan iki farklı şekil ve boyutlardaki kabuk temellerin

taşıma gücü değerine etkisi laboratuvar deneyleriyle araştırılmıştır. Her bir deneyin

327


ardından yük-oturma bağıntıları çizilerek taşıma kapasitesi değişimleri belirlenmiş, göçme

mekanizmaları yorumlanmıştır.

2. MATERYAL VE METOD

Model deneyler, İskenderun Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliği

Bölümü, Geoteknik Laboratuvarı’nda yapılmıştır. Model deneyler, ebatları 125cm x

100cm x 100cm (uzunluk, genişlik, derinlik) olan dikdörtgen kesitli bir kasa içerisinde

gerçekleştirilmiştir. Deneylerde kullanılan yükleme düzeneği tasarımı Şekil 5’te yer

almaktadır.

Şekil 5. Deneysel çalışmada kullanılan yükleme tasarımı (a) düşey kesit (b) plan görünümü

Model deneylerde Ceyhan nehir yatağından elde edilen üniform, yıkanmış, ince kum

zemin kullanılmıştır. Kullanılan kuma ait elek analizi, kesme kutusu, sıkılık, piknometre

deney sonuçları Tablo 1’de ve dane çapı dağılımı Şekil 6’da verilmiştir.

Tablo 1. Deney Kumunun Mühendislik Özellikleri

Özellik Değer

İri kum yüzdesi (%) 0.00

Orta kum yüzdesi (%) 65.00

İnce kum yüzdesi (%) 35.00

D10 (mm) 0.13

D30 (mm) 0.28

D60 (mm) 0.58

Üniformluk katsayısı, Cu 4.46

Derecelenme katsayısı, Cc 1.04

Özgül ağırlık 2.72

Maksimum kuru birim hacim ağırlık (kN/m3) 17.11

Minimum kuru birim hacim ağırlık (kN/m3) 15.44

Kohezyon, c (kPa) 0.00

İçsel sürtünme açısı, (derece)

Zemin sınıfı (USCS)

36.00

SP

328


Şekil 6. Deney kumunun dane çapı dağılım eğrisi

Deneylerde kullanılan kubbe, silindirik kabuk ve dairesel model temellere ait ölçüler

sırasıyla Tablo 2 ve Tablo 3’te verilmiştir. Temellerin model tasarımları ise Şekil 6 ve

Şekil 7’de yer almaktadır. Burada; K kubbe kabuk temel, S silindirik kubbe temel, R

temellere ait çap, t ise temellerin et kalınlıklarıdır.

Tablo 2. Kubbe Kabuk Model Temellerin Boyutları

K-Daire K-1 K-2 K-3

R – h (cm) R – h - t (cm) R - h – t (cm) R – t (cm)

18 - 3 18 - 11 - 3 18 - 11 - 2 18 - 11 - 1

Şekil 7. Kubbe Model Kabuk Temeller Tasarımı

Tablo 2. Silindirik Kabuk Model Temellerin boyutları

S-Daire S-1 S-2

R2 – h (cm) R2 – h - t (cm) R2 – h - t (cm)

15 - 3 15 - 6.5 - 2.5 15 – 6.5 - 1.5

Şekil 7. Silindirik Model Kabuk Temeller Tasarımı

329


Kum zemin, kasa içerisine tabakalar halinde ve gevşek şekilde yerleştirilmiştir. Bu amaçla,

gerekli kum ağırlığı 5cm’lik her tabaka için hesaplanmış ve bu şekilde yerleştirme

yapılmıştır. Kum zemin yerleştirme işlemi tamamlandıktan sonra zemin üst yüzeyinin

düzgünlüğü su terazi ile kontrol edilmiş ve model temel zemin yüzeyine yerleştirilmiştir.

Uygulanan yükün, model temel merkezine düşey yönde ve üniform olacak şekilde etki

ettirilmesine özen gösterilmiştir. Deneyler sırasında, yükleme hızı sabit tutulmuştur. Elde

edilen değerler veri işleme ünitesi ile toplanmış ve verilere ait yük oturma grafikleri

çizilmiştir.

3. ARAŞTIRMA VE BULGULAR

Kubbe ve silindirik kabuk temellere ait yükleme düzeneği ve yapılan yükleme deneyleri

sonucunda elde edilen yük-oturma grafikleri aşağıda sunulmuştur (Şekil 8 ve Şekil 9).

Şekil 8. Model deneylerde yükleme aşaması

a) Kubbe kabuk temel

330


b) Silindirik kabuk temel

Şekil 9. Yük-Oturma İlişkisi

Şekil 9a ve Şekil 9b’de de görüldüğü gibi her iki farklı boyut ve kalınlıklara sahip kabuk

temel için de aynı deplasman altında nihai taşıma gücü değerlerinin düz temele göre daha

fazla olduğu görülmektedir. Örneğin 4mm deplasmanda taşınan yük değerleri K-1 ve S-1

kabuk temelleri için sırasıyla yaklaşık olarak 5kN ve 1.8kN; aynı çapa sahip dairesel K-

daire ve S-daire temellerde ise yaklaşık olarak 2kN ve 1kN olmaktadır.

Kum zemin üzerine oturan K-1 ve S-1 kabuk temeller ile yapılan model deneylerde eşitlik

1 kullanılarak elde edilen η kabuk kazanım faktörü aşağıdaki Tablo 4’de verilmiştir.

Tablo 4. Kabuk Temel Kazanım Faktörü

Kabuk Kazanım

Faktörü

Temel

K-1 S-1

η 1.50 0.80

K-1 ve S-1 kabuk temelleri için aynı deplasman değerinde düz temellere göre kazanım

faktörü yaklaşık olarak sırasıyla %150 ve %80 seviyelerinde olmuştur. Elde edilen

kazanımları incelendiğinde önemli mertebelerde artışların meydana geldiği görülmektedir.

SONUÇLAR

Bu çalışmada, farklı boyuttaki kubbe ve silindirik kabuk temellerin dairesel temeller ile

taşıma gücü değerine etkisi laboratuvar model deneyler yapılarak değerlendirilmiştir. Elde

edilen sonuçlar aşağıdaki ifade edilmiştir.

Aynı plan oturumuna sahip kabuk temellerin taşıma yükü değerlerinin, düz temele

göre daha fazla değerler aldığı görülmüştür.

Taşıma yükü değerlerinde yaklaşık olarak 2-3 kata varan artışlar meydana gelmiştir.

Kabuk temellerin taşıma gücü performansı incelendiğinde kazanım faktörünün

özellikle K-1 temeli için yaklaşık olarak %150’e seviyelerine ulaştığı gözlenmiştir.

Benzer şekilde S-1 temeli içinde %80 civarında gelişerek ciddi bir kazanım elde

edilmiştir.

331


KAYNAKLAR

[1] Shin E. C., Das B. M., Lee E. S., Atalar C. (2002), “Bearing capacity of strip

foundation on geogrid-reinforced sand” Technical Note Geotechnical and

Geological Engineering, 20, 169-180.

[2] El-kady M. S. and Badravi E. F. (2017). “Performance of Isolated and Folded

Footings”, Journal of Computational Design and Engineering, 4(2), 150-157.

[3] Esmaili D. and Hataf N. (2008). “Experimental and Numerical Investigation of

Ultimate Load Capacity of Shell Foundations on Reinforced and Unreinforced

Sand”, Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Civil

Engineering, 32(5), 491-500.

[4] Kurian, N. P. (2006). “Shell foundations, geometry, analysis, design and construction”,

Harrow, U.K., 379.

[5] Aksoy İ. H., Gündüz A. N. ve Tan A. O. (2014). “Elastik Zemine Oturan Kabuk

Temellerin Statik Yükler Altında Davranışı”, Zemin Mekaniği ve Temel

Mühendisliği II. Özel Konulu Sempozyumu, 24-25 Nisan 2014, Antalya.

[6] Rinaldi, R. (2012). “Inverted Shell Foundation Performance in Soil”, (PhD Thesis),

Montreal, Quebec, Canada., 332.

[7] Azzam W.R. and Nasr A.M. (2014). “Bearing Capacity of Shell Strip Footing on

Reinforced Sand” Journal of Advanced Research, 6(5): 727-737.

[8] Hanna, A. and Abdel-Rahman, M. (1998). “Experimental Investigation of Shell

Foundations on Dry Sand”, ASCE Journal of Geotechnical Engineering, 116(12),

1851-1863.

332


Documents

KABUK TEMELLERİN TAŞIMA GÜCÜŞekil 5. Deneysel çalımada kullanılan yükleme tasarımı (a) düey kesit (b) plan görünümü Model deneylerde Ceyhan nehir yatağından elde