Bu çalışma, İnşaat mühendisliği alanında köprü ayakları ve binalardaki yapı-zemin etkileşimini incelemektedir. Yapı-zemin etkileşimi, zemin ve yapı arasındaki karşılıklı etkileşimleri ve bu etkileşimlerin yapıların güvenliği, dayanıklılığı ve performansı üzerindeki etkilerini ele almaktadır. Özellikle köprü ayakları ve binalar gibi taşıyıcı sistemlerin tasarımında zemin koşullarının büyük rolü bulunmaktadır. Çalışma, yapı-zemin etkileşiminin temellerini, etkileşimi etkileyen faktörleri ve bu etkileşimin mühendislik uygulamalarındaki önemini açıklamaktadır. Köprü ayaklarının ve binaların temellerinin zemin ile olan etkileşimleri detaylandırılmış, farklı zemin türlerine göre tasarım yaklaşımları sunulmuştur. Ayrıca, sismik etkiler ve zemin sıvılaşması gibi dinamik faktörlerin bu etkileşime etkileri tartışılmıştır. Binaların ve köprü ayaklarının temel tasarımında zemin özelliklerinin doğru analiz edilmesi, güvenli ve verimli yapıların inşa edilmesi için kritik bir öneme sahiptir. Yapı-zemin etkileşiminin modellenmesi için kullanılan sayısal yöntemler ve yazılımlar, doğru analizlerin yapılmasında mühendislik pratiği için önemli araçlar sunmaktadır. Sonuç olarak, bu çalışma, yapı-zemin etkileşiminin mühendislik tasarımı üzerindeki etkilerini ve bu etkileşimin analiz edilmesinin gerekliliğini vurgulamaktadır. Ayrıca, gelecekteki mühendislik projelerinde yapı-zemin etkileşiminin daha etkin bir şekilde kullanılması için öneriler sunulmaktadır.
YAZAN: Tuğberk Doğançay / Bitirme Tezi - İnşaat Mühendisliği Geoteknik Anabilim Dalı, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü
DANIŞMAN: Doç. Dr. Mustafa Vekli
1. GİRİŞ
Yapı-zemin etkileşimi, inşaat mühendisliğinde oldukça önemli bir konudur ve özellikle köprüler ile binaların tasarımında kritik bir rol oynamaktadır. Zemin, yapıların dayanıklılığı ve güvenliği üzerinde doğrudan etkiye sahiptir, çünkü zemin özellikleri yapının taşıma kapasitesini, stabilitesini ve davranışını şekillendirir. Zemin ve yapının karşılıklı etkileşimi, hem yapıların kısa vadeli hem de uzun vadeli performansını etkileyen önemli bir faktördür.
Bu çalışmanın amacı, köprü ayakları ve binalarda yapı-zemin etkileşiminin tasarım ve mühendislik uygulamaları üzerindeki etkilerini incelemektir. Köprü ayakları ve binaların temelleri, zeminle olan etkileşimleri nedeniyle yapıların güvenliğini doğrudan etkiler. Zemin türü, yer altı su seviyesi, zemin sıvılaşması gibi parametreler, bu etkileşimi şekillendirerek yapının davranışını etkiler.
Yapı-zemin etkileşiminin doğru bir şekilde anlaşılması, yapıların güvenliğini artırırken, inşaat maliyetlerinin de optimize edilmesine olanak tanır. Bu bağlamda, yapının zeminle olan etkileşimi, yalnızca statik yükler değil, aynı zamanda dinamik yükler, sismik etkiler ve çevresel faktörler gibi dinamik durumlar için de kritik bir değerlendirme alanıdır. Çalışma, bu etkileşimin temel prensiplerine odaklanarak, köprü ayakları ve binalar arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları incelemeyi amaçlamaktadır.
1.1 Yapı-zemin etkileşiminin tanımı
Yapı-zemin etkileşimi en genel ifade ile üstyapı-zemin ortam ve varsa kazıkların deprem etkisi altında karşılıklı olarak birbirlerini (zemin tepkisinin yapıyı, yapı tepkisinin de zemini) etkilemesi olarak tanımlanır. Şekil 1'de görüleceği gibi taban kayasında tanımlanan deprem hareketi zemin ortam içerisinde yayılarak yapı temeline ulaşır, deprem dalgalarının bir kısmı temelden yansıyarak zemin ortam içerisine tekrar yayılır bir kısmı ise üstyapıya geçerek üstyapı ve temelde eylemsizlik kuvvetlerine yol açar.
Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği ile kapsamı genişletilen ve belirli zemin, deprem tasarım ve bina yükseklik sınıfı kriterlerine göre yapılması zorunlu tutulan yapı-zemin etkileşim analizleri genel olarak deprem davranışının önemli olduğu rijit ve büyük ölçekli nükleer güç santralleri, yüksek binalar, barajlar, viyadükler, asma köprüler vb. yapılarda ve aynı zamanda makine temelleri, demiryolu-karayolu trafiğinin yoğun yerleşim bölgesinden geçmesi gibi durumlarda sürekli dinamik etkiye maruz kalınması ve yüksek seviyedeki titreşimlerin çevre yapılara etkilerinin değerlendirilmesi açısından gerekli olmaktadır.
Deprem etkisi altında yapılan geleneksel analiz yöntemlerinde: yapının taşıtıldığı zemin ortamın şekil değiştirmediği kabulü ile rijit temel varsayımı söz konusu olur. Bunun sonucu olarak yapı, temelinden zemine ankastre bağlı (fixed base) bir sistem, yer hareketi de (deprem verisi) yapının varlığından etkilenmeyen yatay bir rijit ötelenme olarak ele alınır. Yapı-zemin etkileşimi yapı elemanlarının zemin ortam içerisindeki varlığı nedeniyle temel tabanındaki deprem hareketinin serbest zemin hareketine göre değişimini içermektedir. Yapı-zemin etkileşiminin etkilerinin incelenmesi amacıyla bir yapının kaya veya zemin ortam üzerine oturtulduğu durumlarda deprem etkisine vereceği tepkiler incelenebilir.
Şekil 1.1 Yapı-Zemin Etkileşim (volkanatabey.com.tr,2013)
1.2 İnşaat mühendisliği açısından önemi
Tanım
Yapı-zemin etkileşimi, inşaat mühendisliğinde büyük bir öneme sahiptir çünkü bir yapının güvenliği, dayanıklılığı ve performansı, doğrudan zeminin özelliklerine ve yapının bu zeminle olan etkileşimine bağlıdır. Bunlardan en önemli olanları alt başlık olarak aşağıda belirtilmiştir ve açıklanmıştır.
✓Güvenli İnşaat: Zemin etüdü, zeminin taşıma kapasitesini ve diğer özelliklerini analiz ederek güvenli bir inşaat süreci için gerekli tedbirleri almayı sağlar.
✓Maliyet Tasarrufu: Zemin sorunları önceden tespit edilerek, ileri aşamalarda oluşabilecek hasar ve maliyetler minimize edilir.
✓Doğru Temel Tasarımı: Mühendislerin doğru temel tasarımı yapmalarını sağlayarak, inşaat sırasında karşılaşılabilecek sorunları minimize eder.
✓Deprem Performansı: Deprem yükleri altında zemin-temel-yapı etkileşiminin doğru modellenmesi, yapıların deprem performansını daha gerçekçi bir şekilde değerlendirmeye olanak tanır.
✓Zemin-Şev Stabilitesinin Sağlanması: Zemin, yapıyı taşıyan ortam olmasının yanı sıra, şevler gibi farklı topografik özellikleri de etkiler. Şev stabilitesinin sağlanması, özellikle köprü ayakları gibi yapıların yerleştirildiği alanlarda oldukça önemlidir. Zemin-şev etkileşimi, yapının temellerinin stabilitesini sağlayarak, yapının güvenliğini artırır.
✓Yeraltı Suyu ve Zemin Sıvılaşması:Yer altı su seviyesi ve zemin sıvılaşması, özellikle deprem gibi dinamik durumlar altında, yapıların güvenliğini tehdit edebilir. Yapı-zemin etkileşiminin doğru analizi, yer altı suyu ve zemin sıvılaşmasının etkilerini öngörerek, bu tür risklere karşı önlemler alınmasına olanak tanır.
1.3 Köprü ayakları ve Binalar için etkileşimin rolü
Tanım
Köprü ayakları ve binalar, zeminle doğrudan etkileşimde olan ve bu etkileşimden doğrudan etkilenen yapılar olup, inşaat mühendisliğinde büyük öneme sahiptir. Bu yapıların tasarımında ve güvenliğinde, zemin ve yapının karşılıklı etkileşimi kritik bir rol oynamaktadır. Zemin özellikleri, yapının stabilitesini, dayanıklılığını ve performansını doğrudan etkiler. Bu nedenle, köprü ayakları ve binalarda yapı-zemin etkileşimi, mühendislik projelerinin başarılı bir şekilde gerçekleştirilmesi için dikkatle ele alınmalıdır.
Köprü ayaklarında yapı-zemin etkileşiminin rolü şunlardır:
✓Hareketli yük dağılımı: Yapı-zemin etkileşimi, köprü ayaklarındaki hareketli yük dağılımını büyük ölçüde etkiler.
✓Uç-ayak tabliye sürekliliği: Bu etkileşim, özellikle kısa açıklıklı köprülerde hareketli yük dağılım katsayılarını önemli ölçüde değiştirir.
Binalarda yapı-zemin etkileşiminin rolü ise:
✓Temel hareketi: Temel, zemin hareketinden farklı şekilde hareket eder ve bu, temel dönme ve ötelenme bileşenlerini içerir.
✓Sönüm ve rijitlik: Yapı ve temelin eylemsizliği, yapıda sönüm ve rijitlik değişikliklerine yol açar.
✓Çevre yapılara etki: Yüksek seviyedeki titreşimler, çevre yapılara zarar verebilir.
2. YAPI-ZEMİN ETKİLEŞİMİ KAVRAMI
Tanım
Yapı-Zemin Etkileşimi deprem sırasındaki yapı davranışında ve tasarımında büyük etkiye sahiptir. Bu alanda bir çok çalışma yapılmış/yapılıyor olmasına rağmen bunların pratik mühendislikte uygulamaları son dönemde artan yazılım teknolojileri ve mühendislik tasarım bilgisinin yaygınlaşmasıyla artmaktadır.
Yatay katmanlı zeminler üzerinde yukarıya doğru olarak yayılan S (Kayma) dalgalarının oluşturduğu deprem yer hareketinin analizi, basit bir tek boyutlu kayma dalgası yayılma problemidir ve kolaylıkla çözülebilir.
Şekil 2.1 Tek Boyutlu Saha Tepki Analizi (SHAKE –Schnabel, Lysmer, & Seed, 1972).(DEEPSOIL Youssef Hashash, 2002)
Şekil 2.2 Tek Boyutlu Saha Tepki Analizi (TMMOB,2023)
2.1 Yapı-Zemin Etkileşiminin Tanımı ve Temel İlkeleri
Tanım
Yapı-zemin etkileşimi, bir yapının temeli ile altındaki veya çevresindeki zemin arasındaki karşılıklı etkileşimleri ve bu etkileşimin yapı üzerinde yarattığı etkileri ifade eder. Bu etkileşim, yapıların güvenliğini, dayanıklılığını ve performansını etkileyen çok önemli bir faktördür. Zemin, yapının üzerine uygulanan yükleri taşıyan ve ileten bir ortam olarak, yapının davranışını doğrudan etkiler. Yapının temeli, bu etkileşimin başladığı noktadır ve zeminle olan ilişki, yapıların inşa edilme sürecinden başlayıp, kullanımı ve uzun vadeli performansına kadar devam eder.
Yapı-zemin etkileşimi, özellikle büyük yapı projelerinde, köprüler, yüksek binalar, endüstriyel yapılar ve diğer taşıyıcı sistemlerin tasarımında kritik bir faktördür. Bu etkileşim doğru bir şekilde analiz edilmediğinde, yapılar stabilite sorunları, deformasyonlar, oturmalar, sıvılaşma veya daha büyük yapısal hasarlara neden olabilir.
Yapı-Zemin Etkileşiminin Temel İlkeleri:
• Zemin ve Yapının Karşılıklı Etkileşimi
Yapı-zemin etkileşimi, zemin ve yapı arasındaki karşılıklı bir etkileşimdir. Zemin, yapının üzerine uygulanan yükleri kabul eder ve bu yükleri zeminin taşıma kapasitesine bağlı olarak yer yüzeyine iletir. Yapı, zemin üzerine uyguladığı yükleri, zeminin deformasyon kapasitesine göre dağıtır. Bu süreç, her iki sistemin de karşılıklı olarak birbirini etkilemesine neden olur. Yapının davranışı, zemin özelliklerine ve zemin de yapının davranışına bağlı olarak değişir.
• Zemin Özelliklerinin Yapı Üzerindeki Etkisi
Zemin özellikleri, yapının davranışını doğrudan etkiler. Zemin türü, sertlik, kohezyon, yer altı suyu seviyesi, şev stabilitesi gibi faktörler, yapı-zemin etkileşimini şekillendirir. Bu nedenle, yapının zeminle etkileşimi doğru bir şekilde modellenmeli ve zemin özellikleri dikkate alınarak tasarım yapılmalıdır.
• Deformasyonlar ve Oturma
Yapı-zemin etkileşimi, zemin deformasyonları ve yapının oturması ile doğrudan ilişkilidir. Zemin, yük altında sıkışabilir ve deformasyonlar meydana gelebilir. Bu deformasyonlar, yapının temelinde oturma farklarına yol açabilir ve yapının stabilitesini etkileyebilir. Zemin oturması, yapının düzgün oturmasını engelleyebilir ve zamanla yapısal hasarlara neden olabilir. Bu nedenle, zemin etkileşimi analizleri, oturmanın en aza indirilmesi amacıyla önemlidir.
• Dinamik Yükler ve Sismik Etkiler
Yapı-zemin etkileşimi, sadece statik yükler değil, aynı zamanda dinamik yükler ve sismik etkiler altında da önemlidir. Zemin, yapı üzerinde hareket ettikçe, yapının taşıyıcı sistemine etki eder ve bu etkileşim, yapının sismik performansını belirler. Sismik etkiler farklı şekilde yayılabilir ve yapının davranışını önemli ölçüde etkileyebilir. Zemin-şev etkileşimi, özellikle deprem riski taşıyan bölgelerde daha fazla önem kazanmaktadır.
• Zemin Sıvılaşması ve Zemin-Şev Etkileşimi
Zemin sıvılaşması, özellikle deprem gibi dinamik yükler altında, zemin üzerinde bulunan ince taneli, su doygunluğu yüksek zeminlerin geçici olarak sıvı hale gelmesi durumudur. Bu durum, yapıların temellerinin stabilitesini ciddi şekilde tehdit eder. Zemin-şev etkileşimi ise, eğimli arazilerde, şevlerin ve zemin koşullarının birbirine etkisiyle oluşan hareketleri ifade eder. Zemin sıvılaşması veya şev kaymaları, yapıların güvenliğini riske sokabilir.
• Zemin İyileştirme ve Temel Tasarımı
Zemin iyileştirme yöntemleri, yapı-zemin etkileşiminin optimize edilmesinde kullanılır. Zemin iyileştirme, zemin özelliklerinin zayıf olduğu veya zemin taşıma kapasitesinin düşük olduğu durumlarda, zeminin taşıma kapasitesini artırmak için uygulanan çeşitli mühendislik yöntemleridir. Kazıklı temeller, radye temeller veya zemin stabilizasyonu gibi iyileştirme teknikleri, yapı-zemin etkileşimini güçlendirmek için kullanılır.
• Yapı ve Zemin Modellenmesi
Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM) gibi sayısal yöntemler, yapı ve zemin arasındaki etkileşimi modellemek için yaygın olarak kullanılır. Bu sayede, zemin ve yapının karşılıklı etkilerini analiz etmek ve farklı zemin koşullarındaki davranışı tahmin etmek mümkün olur. Bu analizler, tasarımın daha güvenli ve verimli olmasını sağlar.
2.2 Etkileşimi Etkileyen Faktörler
• Zemin Türü ve Özellikleri
Zemin türü, yapı-zemin etkileşimini etkileyen en önemli faktördür. Zemin, farklı türdeki taşlar, kayaçlar, kumlar, çakıllar veya kil gibi malzemelerden oluşabilir ve her zemin türü, farklı davranışlar sergiler. Zemin türlerinin, taşıma kapasitesi, deformasyon davranışı ve sıvılaşma gibi özellikleri, yapı-zemin etkileşimini doğrudan etkiler.
✓ Sert Zeminler: Yüksek taşıma kapasitesine sahip, daha az deformasyon gösteren zeminlerdir. Yapılar daha stabil olur.
✓ Yumuşak Zeminler: Zemin daha fazla oturma ve deformasyon yapabilir, bu da yapı üzerinde olumsuz etkiler yaratabilir.
✓ Kum ve Çakıl: Daha gevşek ve yüksek poroziteye sahip olan bu zemin türleri sıvılaşma riski taşıyabilir.
• Zemin Taşıma Kapasitesi
Zemin taşıma kapasitesi, zeminin üzerine uygulanan yükleri taşıma gücünü ifade eder. Taşıma kapasitesi, yapıların stabilitesini sağlamak için kritik öneme sahiptir. Zemin taşıma kapasitesinin düşük olması, yapının oturmasına ve hatta yapısal hasara yol açabilir. Bu nedenle, zemin taşıma kapasitesinin doğru bir şekilde belirlenmesi ve buna uygun temel tasarımı yapılması gereklidir.
• Zemin Deformasyonları ve Oturma
Yapı üzerine uygulanan yüklerin etkisiyle zemin deformasyona uğrar. Bu deformasyonlar, yapının oturmasına, yer değiştirmesine veya eğilmesine yol açabilir. Bu deformasyonlar, yapıların stabilitesini etkileyebilir ve zamanla yapısal hasarlara neden olabilir.
• Yer Altı Suyu Seviyesi
Zemin özelliklerinin yanı sıra, yer altı suyu seviyesi de yapı-zemin etkileşimini etkileyen önemli bir faktördür. Yüksek yer altı suyu seviyesi, zemin sıvılaşması riski yaratabilir ve bu da yapının temellerinin stabilitesini tehdit eder. Ayrıca, suyun zemin içerisinde hareket etmesi, zemin özelliklerini değiştirebilir ve yapıların güvenliğini etkileyebilir.
• Zemin Sıvılaşması
Sıvılaşma, özellikle deprem gibi dinamik yükler altında, su doygunluğu yüksek ve ince taneli zeminlerin geçici olarak sıvı hale gelmesidir. Bu durumda zemin, taşıma kapasitesini kaybeder ve yapıların temelleri stabil kalamayabilir. Sıvılaşma riski, özellikle kumlu ve gevşek zeminlerde görülür ve bu durum yapıların güvenliğini ciddi şekilde tehdit edebilir.
• Dinamik Yükler ve Sismik Etkiler
Dinamik yükler, rüzgar, trafik, deprem gibi hareketli yüklerdir. Zemin, yapı üzerindeki bu dinamik yükleri karşılamak için farklı şekilde tepki verir. Depremler gibi sismik etkiler, yapının stabilitesini ve zeminle olan etkileşimini daha da karmaşık hale getirebilir. Zemin, bu yükler altında hareket ederek yapının temeline etki eder.
• Zemin-Şev Etkileşimi
Zemin-şev etkileşimi, özellikle eğimli arazilerde önemli bir faktördür. Şev hareketleri, yer değişiklikleri veya zemin kaymaları, yapıların temellerini etkileyebilir. Zemin-şev stabilitesi, köprü ayakları ve yüksek binalar gibi yapılar için kritik bir unsurdur. Şev kaymaları, temel ve yapı üzerinde büyük deformasyonlara ve yapısal hasara yol açabilir.
• Çevresel Faktörler
Çevresel faktörler, yapı-zemin etkileşimini etkileyebilir. Örneğin, zemin yüzeyindeki su birikintileri, erozyon veya zemin üzerinde yapılan inşaat faaliyetleri, zemin özelliklerini değiştirebilir. Ayrıca, yer değiştirme, sıcaklık değişimleri, iklim koşulları ve uzun süreli çevresel etkiler de zeminin stabilitesini etkileyebilir.
• Zemin İyileştirme Yöntemleri
Zemin iyileştirme, zemin koşullarının uygun olmadığı durumlarda kullanılan mühendislik yöntemleridir. Bu yöntemler, zemin özelliklerini güçlendirmeyi ve yapı-zemin etkileşimini iyileştirmeyi amaçlar. Zemin iyileştirme teknikleri arasında kazıklı temeller, radye temeller, kompresyon ve enjeksiyon gibi yöntemler yer alır. Bu iyileştirmeler, zemin deformasyonlarını kontrol altına alır ve yapıların güvenliğini artırır.
• Bina Tasarımı ve Yapısal Elemanlar
Yapının tasarımı da zemin etkileşimini etkiler. Bina tipi, kullanılan inşaat malzemeleri, temel derinliği, yapı yüksekliği ve taşıyıcı sistemlerin özellikleri, zeminle olan etkileşimi belirler.
Şekil 2.2.1 Temel Türleri (Humbarahane,2017)
2.3 Zemin özelliklerinin yapı üzerindeki etkisi
• Zemin Taşıma Kapasitesi
Zemin taşıma kapasitesi, zemin tarafından taşınabilen yük miktarını belirler. Zemin türüne göre taşıma kapasitesi değişir ve yapının temel tasarımında büyük bir rol oynar. Taşıma kapasitesinin yeterli olması, yapının stabilitesini ve güvenliğini sağlar. Yüksek taşıma kapasitesine sahip zeminler (örneğin, sert kayaçlar) yapıların stabil olmasını sağlar. Bu tür zeminler, temel üzerinde minimum deformasyona yol açar. Düşük taşıma kapasitesine sahip zeminler (örneğin, yumuşak topraklar veya sıvılaşabilen zeminler) daha fazla oturma ve deformasyon yapabilir. Bu durum, temelin daha büyük oturma farkları veya yapının zayıf bir temel üzerine oturmasına yol açabilir.Zemin taşıma kapasitesinin düşük olduğu yerlerde, zeminin iyileştirilmesi (örneğin, kazıklı temel veya radye temel gibi çözümler) gerekebilir.
• Zemin Deformasyonları ve Oturma
Zemin, üzerine uygulanan yükler sonucu deformasyona uğrar. Bu deformasyonlar, özellikle farklı zemin türlerinin birleşim yerlerinde ve zemin üzerinde yapılacak farklı yüklemeler sonucu yapının oturmasına neden olabilir.
• Oturma Farklılıkları
Zemin türleri farklı deformasyon hızlarına sahip olabilir. Örneğin, yumuşak zeminler daha fazla otururken, sert zeminlerde bu oturma daha az olur. Eğer yapı temeli farklı türde zeminler üzerinde bulunuyorsa, zemindeki oturma farklılıkları yapıyı eğebilir veya çatlatabilir.
• Zemin Değişiklikleri
Zemin, uzun vadede yüklerin etkisiyle değişebilir ve bu değişiklikler yapı üzerinde deformasyonlara yol açabilir. Zemin, yapının temeline uygulanan yükleri zaman içinde taşımakta zorlanabilir ve bu da yapının oturmasına veya diğer yapısal problemlere neden olabilir.
• Zemin Sıvılaşması
Sıvılaşma, özellikle su doygunluğu yüksek, ince taneli (kumlu) zeminlerde, deprem veya dinamik yüklerin etkisiyle zemin partiküllerinin geçici olarak sıvı hale gelmesidir. Bu durumda, zemin taşıma kapasitesini kaybeder ve temel, oturabilir veya yer değiştirebilir.
• Yer Altı Suyu Seviyesi
Yer altı suyu seviyesi, zemin özelliklerini etkileyen bir diğer önemli faktördür. Yüksek yer altı suyu seviyesi, zemin özelliklerini ve taşıma kapasitesini değiştirebilir, yer altı suyu, yapıların temellerini olumsuz etkileyebilir.
• Zemin Stabilitesinin Azalması
Yüksek su seviyesi, zemin sıvılaşması riskini artırabilir ve bu durum, temelin stabilitesini tehdit edebilir. Ayrıca, suyun etkisiyle zemin erozyona uğrayabilir.
• Zemin Tipi ve Sertlik
Zemin tipi, yapı-zemin etkileşimini doğrudan etkileyen bir faktördür. Zemin tipi, zeminin taşıma kapasitesini ve oturmasını belirler. Zeminlerin farklı sertlikleri, yapı üzerinde farklı etkiler yaratabilir.
✓ Sert Zeminler: Sert zeminler (kaya, çakıl vb.) genellikle daha az oturur ve yapının stabilitesini daha iyi sağlar. Sert zeminler üzerinde yapılan binalar daha az deformasyon gösterir.
✓ Yumuşak Zeminler: Yumuşak zeminler (kil, organik maddeler içeren zeminler vb.) yapı üzerinde daha fazla oturma yapabilir ve bu da yapının zamanla çökmesine veya stabilitesinin bozulmasına yol açabilir.
• Dinamik Yükler ve Sismik Etkiler
Zemin, sadece statik yükler değil, aynı zamanda dinamik yükler (depremler, trafik yükleri, rüzgar etkileri vb.) altında da önemli bir rol oynar. Dinamik yükler, zeminin davranışını daha da karmaşık hale getirebilir ve yapı-zemin etkileşimini etkileyebilir.
• Zemin İyileştirme Yöntemleri
Zemin özelliklerinin kötü olduğu durumlarda, zemin iyileştirme yöntemleri kullanılarak yapı-zemin etkileşimi optimize edilebilir. Bu iyileştirmeler, zeminin taşıma kapasitesini artırmak ve yapının daha stabil olmasını sağlamak için yapılır.
✓Kazıklı Temeller: Zemin taşıma kapasitesinin düşük olduğu yerlerde, kazıklı temeller kullanılarak yapının yükleri derin zemin katmanlarına aktarılabilir.
✓Radye Temeller: Zemin deformasyonlarının homojen olması isteniyorsa, geniş alanlı radye temeller kullanılabilir.
• Zemin-Şev Etkileşimi
Eğimli arazilerde, şevlerin zemin özelliklerine bağlı olarak şekil değiştirmesi yapıyı etkileyebilir. Zemin-şev etkileşimi, özellikle yüksek yapılar için büyük önem taşır. Şev kaymaları veya zemin hareketleri, temelin oturmasını ve yapının güvenliğini tehdit edebilir.
3. KÖPRÜ AYAKLARI VE YAPI-ZEMİN ETKİLEŞİMİ
3.1 Köprü Ayaklarındaki Yapı-Zemin Etkileşimi
Giriş
Köprü ayakları (piyerler), köprü sisteminin yük taşıma sisteminin temel bileşenlerinden biridir ve üst yapıdan gelen düşey ve yatay yüklerin zemin aracılığıyla temele aktarılmasında görev alır. Bu süreçte, yapı-zemin etkileşimi, hem köprü ayaklarının hem de üzerine oturduğu zeminin birlikte çalışması anlamına gelir. Özellikle deprem, oturma ve taşıma kapasitesi gibi durumlarda bu etkileşim oldukça karmaşıklaşır. Yanlış tasarlanmış ya da dikkate alınmamış bir yapı-zemin etkileşimi, köprü sisteminin bütünsel stabilitesini tehdit eder.
Köprü Ayaklarında Yapı-Zemin Etkileşimi Mekanizması
• Yük Aktarımı
Köprü ayakları üst yapıdan gelen hem düşey (ölü ve hareketli yükler) hem de yatay (rüzgâr, fren kuvveti, deprem, ısıl genleşme) yükleri zemine iletir. Bu yük aktarımı sırasında:
✓ Zeminin rijitliği, yük dağılımını etkiler.
✓Temel tipi (derin veya sığ temel) ve geometrisi, yükün zemine nasıl dağıldığını belirler.
✓Zemin tipi (kil, kum, kaya vb.) yapısal davranışta belirleyici rol oynar.
• Zemin Türlerine Göre Davranış
✓Kohesif Zeminlerde (örneğin kil): Yük altında daha fazla oturma görülür, drenaj koşulları kritik öneme sahiptir.
✓Granüler Zeminlerde (örneğin kum): Daha az oturma, ancak sıvılaşma riski yüksek olabilir.
✓Kaya Zeminlerde: Rijit davranış gösterir; yapı-zemin etkileşimi daha az olur, ancak çatlaklar nedeniyle ani göçme riski olabilir.
• Deprem Anında Etkileşim
Deprem sırasında köprü ayaklarında zeminle olan etkileşim daha da kritik hale gelir:
✓Zemin hareketleri ayakları doğrudan etkileyerek devrilme ve yer değiştirme momentleri oluşturur.
✓Yumuşak zeminlerde periyod uzaması ve amplifikasyon etkisi görülebilir.
✓Yetersiz zemin-yapı uyumu nedeniyle ayaklarda eğilme, burkulma ve yatay deplasman artabilir.
Temel Sistemlerinin Etkisi
Köprü ayaklarının zeminle etkileşimi, temelin tipine doğrudan bağlıdır:
• Sığ Temeller (Ayak altı betonları veya radye temeller)
✓ Yük zemine doğrudan aktarılır.✓Yayılı gerilme etkisi vardır.
✓ Zemin taşıma kapasitesi sınırlıysa yaygın oturmalar görülebilir.
• Derin Temeller (Kazık temeller, kesonlar)
✓ Yük, taşıyıcı zemine daha derin seviyeden aktarılır.
✓ Yan direnç ve uç taşıma kapasitesi birlikte çalışır.
✓ Yanal yük taşıma kapasitesi artar.
Yapısal Davranışa Etkiler
Yapı-zemin etkileşimi göz ardı edildiğinde köprü ayaklarında:
✓Gereğinden büyük ya da küçük boyutlandırmalar yapılabilir.
✓Yetersiz oturma kontrolü nedeniyle köprü açıklıkları arasında düzensizlik oluşabilir.
✓Yanal deplasmanlar artarak köprünün sünekliği düşebilir.
✓Deprem performansı ciddi biçimde olumsuz etkilenebilir.
3.2 Etkileşimi Etkileyen faktörler
• Zemin Türü
Zemin, yapının temelini taşıyan ortamdır ve davranışı yapı-zemin etkileşiminde en kritik belirleyicilerden biridir.
• Zemin Sertliği / Rijitliği
✓Sert (rijit) zeminler (örneğin kaya): Yapı-zemin etkileşimi ihmal edilebilir düzeyde olabilir.
✓Yumuşak (gevşek) zeminler (örneğin kil, gevşek kum): Yapıdan gelen yükler zeminde daha büyük oturmalara ve yatay deplasmanlara neden olur.
• Zemin Homojenliği
Homojen zeminler daha öngörülebilir davranır. Tabakalı veya heterojen zeminler farklı oturmalara neden olarak yapı davranışını karmaşıklaştırır.
• Sıkışabilirlik
Sıkışabilir zeminlerde zamanla oturmalar meydana gelebilir (özellikle konsolidasyonla).
• Yer altı su seviyesi
Yüksek su seviyesi taşıma gücünü düşürür ve sıvılaşma riski oluşturabilir.
• Zemin sönümleme kapasitesi
Bazı zeminler (örneğin gevşek kumlar) deprem dalgalarını daha fazla sönümleyerek enerjiyi azaltabilir.
• Yapı Tipi
Yapının özellikleri de zeminle nasıl etkileşeceğini belirler.
• Kütle ve Rijitlik (Sertlik)
Ağır yapılar zemine daha fazla yük uygular. Rijit yapılar daha az şekil değiştirse de zayıf zeminlerde oturma problemleri yaşayabilir.
• Yapının Yüksekliği ve Kat Sayısı
Yüksek yapılar salınım eğilimindedir, dolayısıyla esnek zeminlerde rezonans riski artar.
• Temel Türü:
✓ Radye temel: Yükü geniş alana yayar, oturmayı azaltabilir.
✓ Kazıklı temel: Yükü daha derindeki sağlam zemine iletir.
✓ Münferit (ayak) temeller: Ucuzdur ama eşit olmayan oturmalara daha duyarlıdır.•Yapı formu ve simetrisiDüzensiz, asimetrik yapılar zeminle etkileşimde burulma ve düzensiz deformasyonlara daha açıktır.
• Yükleme Koşulları
✓ Statik Yükler: Sabit yükler (ölü yük, kar yükü) genellikle yavaş ve düzenli oturmaya neden olur.
✓ Dinamik Yükler (Deprem, Rüzgar, Trafik): Bu tür yükler ani ve titreşimli etkiler oluşturur. Zeminin sismik özellikleri (örneğin sıvılaşma potansiyeli) devreye girer. Zemin yapının doğal frekansını değiştirerek rezonans oluşumuna neden olabilir.
✓ Tekrarlı (Sürekli) Yükleme: Zamanla zeminde yorgunluk, oturma artışı ve taşıma gücü kaybına neden olabilir (özellikle zayıf zeminlerde)
Tablo 3.1 Zemin Özelliklerinin Yapı Üzerindeki Etkileri Tablosu
3.3 Zemin Türüne Göre Köprü Ayakları Tasarımı
• Kaya Zeminler (Sağlam Zeminler)
Özellikleri: Çok yüksek taşıma gücü, düşük deformasyon, sıvılaşma riski yok.
Tasarım Yaklaşımı:
✓ Temeller genellikle yüzeysel (sığ) temeller olarak tasarlanabilir.
✓ Ayaklar doğrudan ana kaya üzerine oturtulabilir.
✓ Deprem sırasında zemin deformasyonu çok azdır.
Avantaj: Ekstra iyileştirme gerekmez, oturma ihmal edilebilir.
• Orta Sert Zeminler (Sıkı kum, katı kil vb.)
Özellikleri: Orta-yüksek taşıma gücü, sınırlı oturma, stabilite açısından güvenli.
Tasarım Yaklaşımı:
✓ Radye veya ayak temeller tercih edilebilir.
✓ Zemin oturması dikkate alınmalı, diferansiyel oturmalar kontrol edilmelidir.
✓ Eğer köprü uzun açıklıklıysa, rijitlik farkları ve oturma farklılıkları özel önem taşır.
• Gevşek Kum / Siltli Zeminler
Özellikleri: Düşük taşıma gücü, yüksek oturma potansiyeli, sıvılaşma riski vardır.
Tasarım Yaklaşımı:
✓ Kazıklı temel sistemi kullanılır. Betonarme veya çelik kazıklar ile sağlam tabakaya yük aktarılır.
✓ Sıvılaşma riski varsa jet grout, taş kolon, vibroflotasyon gibi zemin iyileştirme yöntemleri uygulanmalıdır.
✓ Dinamik analizlerde zemin-yapı etkileşimi dikkate alınmalıdır.
• Yumuşak Killi Zeminler / Organik Zeminler
Özellikleri: Çok düşük taşıma gücü, uzun süreli konsolidasyon oturması, drenaj zayıf.
Tasarım Yaklaşımı:
✓ Derin temel (kazık) sistemi şarttır.
✓ Kazıklar sağlam zemine oturtulmalı veya sürtünme ile taşıma sağlanmalıdır (uç direnci yoksa).
✓ Oturma zamanla devam edebileceği için kademeli yükleme veya ön yükleme gerekebilir.
✓ Köprü mesnetleri hareketli olacak şekilde tasarlanabilir (örneğin pot mesnet, sarkaç mesnet vb.).
• Su Altı Zeminleri (Nehir, göl tabanı vb.)
Özellikleri: Yüksek yeraltı suyu, akıntı, erozyon ve taşıma gücü kaybı riski.
Tasarım Yaklaşımı:
✓ Keson temel, batırma kazık, çelik boru kazıklar tercih edilir.
✓Ayak çevresi erozyona karşı korunmalıdır (örn. kaya kaplama, şev koruması).
✓ Hidrostatik basınç ve yanal kuvvetler özel olarak analiz edilmelidir.
Tablo 3.2 Zemin Türü-Uygun Temel Türü Tablosu
4. BİNALARDAKİ YAPI-ZEMİN ETKİLEŞİMİ
4.1 Binalarda Zemin İle Etkileşim
Tanım
Binalarda zemin ile etkileşim, yapının taşıdığı yükleri zemine aktarması ve zeminin bu yüklere karşı verdiği tepkilerin yapının davranışını etkilemesi sürecidir. Bu etkileşim; binanın dayanıklılığı, oturma durumu, deprem performansı ve uzun ömürlü olması açısından kritik öneme sahiptir.
Binalarda Zemin ile Etkileşimin Temel Unsurları:
• Yük Aktarımı ve Temel Sistemleri
Binanın kendi ağırlığı (ölü yük), hareketli yükler (canlı yükler), rüzgar, kar ve deprem gibi dış etkiler temeller aracılığıyla zemine aktarılır. Temel sistemi, zeminin özelliklerine uygun seçilmezse, yükün eşit dağılmaması sonucu oturma ve çatlama problemleri yaşanabilir.
Şekil 4.1 Yük Türleri ve Gösterimleri (insaport.com 2020)
ŞANTİYE®
Daha iyi yapılar için...
1 Haziran 2025
Türkiye'nin en ESKİ ve en çok ZİYARET EDİLEN şantiyesi: ŞANTİYE®...
İnşaata dair "KAYDADEĞER" ne varsa... 1988'den bu yana...
Şantiye®nin ürettiği, derlediği ve yayınladığı içeriklerde öncelik “KAMUSAL YARAR”dır...
Ve yayınlanan içeriğin “ÖZEL” olmasına özen gösterilir...
BASILI DERGİ + E-DERGİ + SANTİYE.COM.TR + SOSYAL MEDYA + DİJİTAL PLATFORMLAR...
İnşaat sektörünün buluşma noktası Şantiye®, “Güven”i temsil eden “Basılı bir Yayın” olma özelliğinin yanı sıra yenilenen web sitesi, Turkcell Dergilik ve Türk Telekom E-Dergi gibi mobil uygulamalardaki varlığı, 42 bin E-Bülten abonesi ve 85 bin sosyal medya takipçisi-bağlantısıyla inşaat sektörünün en önemli iletişim platformlarından biri olmaya her ortamda devam ediyor... 1988'den bu yana...
Şantiye® ayrıca yapı sektörüne "Şantiye'nin Yıldızı Ödülü", "Yılın Yeşil Yapı Malzemesi / Teknolojisi Ödülü" ve "Şantiyeden Kareler Fotoğraf Yarışması" gibi farklı organizasyonlarla da katkı sunuyor.
Şantiye®nin son sayısı da dahil 1988 yılından bugüne kadar yayınlanan TÜM SAYILARINA E-Dergi olarak göz atmak için lütfen tıklayın...
Şantiye®, başta ABONELERİ olmak üzere 2020-2025 yıllarında ilan veren firmalar ABS Yapı, Akyapı, Alumil, Anadolu Motor (Honda), Alkur, Ak-İzo, Altensis, Arbiogaz, Aremas, Arfen, Artus, Assan Panel, Asteknik, Atos, Batıçim, Baumit, Betek, Betonblock, Borusan CAT, Bosch Termoteknik, Bostik, BTM, Buderus, Bureau Veritas, Chryso, Çimsa, Çuhadaroğlu, Çukurova Isı, Deutsche Messe, Duyar Vana, DYO, Efectis ERA, Ekomaxi, Elkon, Emülzer, Eryap, Filli Boya, Fixa, Fullboard, Form Endüstri Ürünleri, Form Endüstri Tesisleri, Form MHI (Mitsubishi Heavy Industries) Klima, Garanti Leasing, GF Hakan Plastik, Gökçe Brülör, Grundfos, Hannover Fairs, Hilti, IQ Alüminyum (by Deceuninck), İNKA, İntek, İpragaz, İstanbul Teknik, İzocam, İzoser, Kalekim, Knauf, Knauf Insulation, Komatsu, Köster, Kuzu Grup, LG, Marubeni, Masdaf, Master Builders Solutions, MBI Braas, Meiller Kipper (Doğuş Otomotiv), Messe Frankfurt, Messe München/Agora Tur., Mekon, Mitsubishi Chemical, Molecor, Nalburdayim.com, NETCAD, ODE, Ökotek, Özler Kalıp, Özpor, Panasonic, PERI, Pimakina, Polyfibers, Polyfin, Prometeon, Ravago, Rehau, Saint Gobain Türkiye, Samsung, Saray Alüminyum, Schüco, Selena (Tytan), Sentez Mekanik, Serge Ferrari, Shell, Siemens, Sistem İnşaat, Soudal, Sika, Şişecam, Temsa, TMS, Tekno Yapı, Türk Ytong, Tremco illbruck, Vaillant, Vekon, Viessmann, Wermut, Wielton, Wilo, Winsa, XCMG, Xylem ve ZF'nin değerli katkılarıyla hazırlanmaktadır.
ABONE OLMAK İÇİN
Bir yıllık abonelik bedelimiz olan 1.800 TL (6 Sayı, KDV Dahil)'yi TR70 0001 0008 5291 9602 1550 01 IBAN no’lu hesabımıza (Ekosistem Medya) yatırıp; ardından dekontu, açık adresinizi ve fatura bilgilerinizi (şahıs ise TC kimlik no; firma ise vergi dairesi-numarası) santiye@santiye.com.tr adresine e-posta veya 0532 516 03 29 no’lu telefona WhatsApp / SMS aracılığıyla ulaştırabilirsiniz.
