EUROCODE 7’ NİN TEMEL MÜHENDİSLİĞİNE KATKISI · 2018-04-04 · EUROCODE 7’ NİN TEMEL...

EUROCODE 7’ NİN TEMEL MÜHENDİSLİĞİNE KATKISI

CONTRIBUTIONS OF EUROCODE 7 TO FOUNDATION ENGINEERING

Hüseyin MUNGAN1 Ersin AREL

*

2

ABSTRACT

The aim of this paper is to perform a comparative study by calculating the bearing capacity of

superficial foundations through the traditional methods such as Terzaghi, Meyerhof, Brinch-

Hansen as well as the new generation method recommended by Eurocode 7. Traditional

methods employ the concept of allowable bearing capacity by dividing the ultimate value by a

factor of safety. In contrast, Eurocode 7 does not consider a factor of safety but use three design

approaches. Design Process I considers two loading cases: Combination I and Combination II.

The strength parameters are divided by resistance factors and used in the calculations.

A study of the results provided by Eurocode 7 showed that the lowest bearing capacity for a

footing was provided by the design approach I- Combination II.

A comparison of the results obtained by resorting to the traditional methods with those

provided by Eurocode 7 revealed that it provides considerably higher results than those of the

traditional methods. This means that insistence in the use of the “old” methods could mean

highly conservative, hence uneconomical solutions.

Key word: Allowable ultimate, bearing capacity, factor of safety, load combinations.

ÖZET

Bu bildiride, yüzeysel temellerde taşıma güçlerinin Eurocode 7’nin yükleme durumları esasları

ile geleneksel yöntemler; Terzaghi, Meyerhof, Brinch-Hansen çözümleri 3 farklı örnek

üzerinde karşılaştırılmıştır.

Eurocode 7’de taşıma gücü hesaplanırken, üç farklı tasarım yaklaşımı kullanılır. Bunlar

Tasarım Yaklaşımı I, Tasarım Yaklaşımı II ve Tasarım Yaklaşımı III tür. Tasarım Yaklaşımı I

ayrıca kendi içinde Kombinasyon I ve Kombinasyon II olmak üzere iki yükleme durumuna

ayrılmaktadır. Geleneksel yöntemlerde, bulunan son taşıma gücü güvenlik sayısına bölünerek

güvenli taşıma gücü bulunur. Eurocode 7’de genel anlamda güvenlik sayısı kavramı yoktur.

Zemin parametreleri için geliştirilmiş sadeleştirme katsayıları ayrı ayrı direnç katsayısına

bölünerek taşıma güçleri hesaplanır.

Eurocode 7 taşıma gücü hesapları değerlendirildiğinde; tasarım yaklaşımları arasında en düşük

taşıma gücünü tasarım yaklaşımı I - kombinasyon II vermektedir. Burada, tasarım yaklaşımı I

1 Öğr.Gör., Bülent Ecevit Üniversitesi, [email protected] *2 Yrd.Doç.Dr., İstanbul Kültür Üniversitesi, [email protected] (Yazışma yapılacak yazar)

313

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

mailto:[email protected]

ve kombinasyon II ile temel boyutlandırılma ve zemin parametrelerinde sadeleştirme

katsayılarının olması bu yaklaşımın daha güvenli tarafta kalacağını göstermektedir.

Yüzeysel temel örneklerinde Eurocode 7 ile geleneksel yöntemlerin çözümleri ile temel taşıma

güçleri karşılaştırıldığında, drenajlı ve drenajsız durumda taşıma gücünün daha yüksek

değerleri elde edilmiştir. Buradan, daha düşük taşıma gücü sonuçları veren geleneksel

yöntemlerin aşırı güvenli ve ekonomik olmayan sonuçlar getirdiği bulgusuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Güvenlik sayısı, izin verilebilir taşıma gücü, tasarım yaklaşımları, taşıma

gücü.

1. GİRİŞ

Eurocode, Avrupa Standardizasyon Komitesi tarafından 57 parçadan oluşturulan 10 temel

başlık altında toplanmış standartlar grubudur. Belirsizliğin fazla olduğu geoteknik analizlerde

tek bir güvenlik sayısı yerine; belirsizliklerin her birini denetlemek üzere bir katsayı

önerilmektedir.

Eurocode 7, Geoteknik tasarım esaslarını kapsamaktadır. Bu standartın yapılmasındaki temel

amaç, yapı tasarımına ortak bir anlayış getirmektir. Böylece Avrupa Birliği’ne bağlı ülkelerde

farklı standartların kullanılmasının önüne geçilerek, bundan kaynaklanan ticari rantsal durumlar

da önlenmektedir (Çapar, Aydın ve Büyükbaş, 2009). Avrupa Standartları Komitesi tarafından

2004 yılında Eurocode 7-1, 2007 yılında Eurocode 7-2 revize edilmiştir. Ülkemizde ise, Türk

Standartları Enstitüsü (TSE) tarafından 2000 yılında TS ENV 1997-1 ve 2004 yılında TS ENV

1997-2 ve 3 nolu standartlar yürürlüğe girmiştir. Ancak bu standartlar 2005 ve 2007 yılında

iptal edilerek yerine güncellenen Eurocode 7 normları TS EN 1997-1 ve TS EN 1997-2 yerini

almıştır.

2. EUROCODE 7 İLE GEOTEKNİK TASARIM

Geoteknik tasarım üç ana değişkeni kapsamaktadır:

- Etkiler (A) : Zemin ağırlığı, kaya ağırlığı, temelin kendi ağırlığı, su basınçları yada dış

yüklemeler ile oluşan yükler,

- Malzeme Özellikleri (M) : Zemin parametreleri (ρ, c', cu ve ),

- Direnç Faktörü (R) : Temellerde taşıma gücü yada kayma durumları incelenirken,

karakteristlik durumdan tasarım durumuna geçişte kullanılan direnç katsayısıdır.

Hesaplama modelleri limit durumların aşılmadığını kanıtlamak için kullanılır ve tasarım

yaklaşımlarına göre sadeleştirmeler içerebilir. Tasarımda iki durum:

- Son Limit Durumu (ULS : Ultimate Limit State)

- Hizmet Görebilirlik Limit Durumu (SLS : Serviceability Limit States)

Önce, zemine gelen üstyapı yükleri (sabit yükler ve haraketli yükler) temel ağırlığı ve temel

üstü zemin ağırlığı da dahil olmak üzere tasarım temel taban basıncı ED (Design value of the

effect of actions) hesaplanır. Daha sonra tasarım yaklaşımlarından birine göre temelin tasarım

taşıma gücü RD (Design value of the resistance to an action) hesaplanır. ULS durumu

incelenirken, ED’ nin RD’ den küçük yada eşit olması gerekir. SLS durumu incelenirken,

314


hesaplanan ED’ye bağlı olarak toplam oturmalar, farklı oturmalar, açısal dönmeler ve eğilmeler

kontrol edilir. Böylece zemin yapı arasındaki etkileşim daha gerçekçi sağlanmaktadır.

Tasarım için, 3 ana tasarım yaklaşım metodu vardır. Bu metodlar her ülkenin ulusal normlarına

göre belirlenerek tasarımları yapılır. Ülkemizde hangi tasarım durumunun kullanılacağı

bilinmemektedir. Eurocode 7’ de tasarım yapılırken Tasarım Durumu I Kombinasyon II ile

yapılmasını ve uygunluğunu da Tasarım Durumu I Kombinasyon I ile teyid edilmesi

belirtilmiştir. Eurocode 7 ayrıca etki, malzeme ve direnç durumlarına göre ayrı ayrı direnç kat

sayılarının (sadeleştirme katsayılarını) kullanılmasını belirtmektedir. Tablo 1’de Eurocode 7

her tasarım yaklaşımları için ayrı ayrı etki, malzeme ve direnç faktörleri için sadeleştirme

katsayıları gösterilmiştir. Etki bölümünde, sürekli etkiler (G) ve geçici etkiler (Q) için, A1 ve

A2 olmak üzere iki etki durumu faktörü incelenir. Malzeme özellikleri bölümünde sürtünme

açısı, efektif kohezyon, drenajsız kayma direnci, serbest basma dayanımı ve birim hacim

ağırlığı için M1 ve M2 olmak üzere iki malzeme faktörü durumu incelenir. Direnç bölümünde,

taşıma direnci ve kayma direnci için 3 ayrı direnç faktörü durumu incelenir.

Tablo 1. Eurocode 7 Tasarım Durumlarına Göre Etki, Malzeme ve Direnç Faktörleri için

Sadeleştirme Katsayıları

ETKİ

MALZEME

ÖZELLİKLERİ DİRENÇ

A1 A2 M1 M2 R1 R2 R3

SÜREKLİ

ETKİLER (G)

Elverişsiz G 1.35 1

Elverişli G 1 1

GEÇİCİ ETKİLER

(Q)

Elverişsiz Q 1.5 1.3

Elverişli Q 0 0

Sürtünme Açısı tan

1 1.25

Efektif Kohezyon c' c 1 1.25

Drenajsız Kayma

Direnci cu uc 1 1.4

Serbest Basma

Dayanımı qu uq 1 1.4

Birim Hacim

Ağırlık ρ 1 1

Taşıma Direnci Rv RD

1 1.4 1

Kayma Direnci RH RE 1 1.1 1

2.1 Tasarım Yaklaşımları

Tasarım yaklaşımlarına göre ED ve RD hesaplanırken, etki bölümünden A1 veya A2, malzeme

özellikleri bölümünden M1 veya M2, direnç bölümünden ise R1 veya R2 veya R3 olarak Tablo

1’deki katsayılar ele alınmaktadır. Şekil 1’de ED ve RD hesabı için 3 farklı tasarım yaklaşımı

durumu vardır:

315


Şekil 1. ED ve RD Hesaplama Yaklaşımları

Tasarım Yaklaşım I : Kombinasyon I ve kombinasyon II olmak üzere iki farklı durumu

incelemektedir:

Kombinasyon I : A1+M1+R1

Kombinasyon II : A2+M2+R1

Tasarım Yaklaşım II : A1+M1+R2

Tasarım Yaklaşım III : A1+M2+R3 veya A2+M2+R3

3. EUROCODE 7 YÜZEYSEL TEMELLERDE TAŞIMA GÜCÜ

Eurocode 7 yüzeysel temeller için taşıma gücünü son limit durumu, (ULS) ve hizmet

görebilirlik limit durumu, (SLS) olarak iki ayrı aşamada hesap yapılarak incelemektedir.

3.1 Son Limit Durumu (ULS)

Son limit durumunda, (ULS) ED ≤ RD sağlanarak tasarım yapılmalıdır. Burada; ED, temel öz

ağırlığı da dahil olmak üzere, temel üstü dolgu ağırlığını da içeren zemin tabanına dik tasarım

temel taban basıncıdır. Drenajlı şartlarda genel olarak su basınçları ED hesabına dahil edilir.

RD, düşey yüklere karşı temelin tasarım taşıma gücüdür. Yük etkisinde, eğimli yada dış

merkezli yüklerde dahil edilmelidir. ED tasarım taban basıncı durumu bulunurken;

G G Q Q , olarak hesaplanır.

, G Q : Tablo 1’deki tasarım durumlarına göre sabit yük (G) ve haraketli yük (Q) için etki

katsayıları seçilir.

3.1.1 Drenajsız Durum İçin Taşıma Gücü

Drenajsız durum, kısa dönem taşıma gücünü belirtmektedir. Drenajsız durum için tasarım

taşıma gücü (RD):

/ ' 2 /D u cc c RR A c b s i q

olarak ifade edilir. Burada,

316


γR : Direnç faktörü sadeleştirme katsayısı

1 2 / 2cb

1 0.2 )'/ ( 'cs B L , Dikdörtgen temel için

sc = 1 veya 2, Kare veya dairesel temel içindir.

Yatay yük H’ın etkisi,

0.5 1 1'

c

u

Hi

A c

dir.

Şekil 2’de temel tabanının eğimli olma durumu ve Şekil 3’ te net temel alanı hesabı

gösterilmektedir.

Şekil 2. Temel Tabanının Eğimli Olması Şekil 3. Net Temel Alanı

(EN 1997-1, Annex D) (EN 1997-1, Annex D)

H: Yatay yük

V: Düşey yük

α : Temel taban eğimi

cu : Drenajsız kayma direnci

q : Temel taban seviyesine kadar etkiyen toplam gerilme

A ' : Net temel alanı

B ' ve L ' : Net temel boyutları

B ' = 2 , ' 2L BB e L L e

eL , eB = Yatay ve düşey yönlerdeki dış merkezlikler

ML , MB = Yatay ve düşey yönlerdeki momentler

3.1.2 Drenajlı Durum İçin Taşıma Gücü

Drenajlı durum için taşıma gücü, uzun dönem durumunu belirtmektedir. Burada efektif zemin

parametreleri kullanılmaktadır.

Drenajlı durum için tasarım taşıma gücü, (RD) :

/ ' ' ' 0.5 ' ' /D c c c c q q q g RR A c N b s i q N b s i B N b s i

ile bulunur. Burada;

317


c ' : Efektif kohezyon değeri

q ' : Temel taban seviyesine kadarki efektif gerilme

ρ ' : Batık birim hacim ağırlık

R : Direnç faktörü sadeleştirme katsayısıdır.

Boyutsuz faktörler için:

Taşıma gücü katsayıları;

. 2

45 / 2 dtan

q dN e tan

1 c q dN N cot

2 1 q dN N tan

Burada, /d olarak bulunmaktadır.

Temel taban faktörleri;

1 q db b tan

– 1 / c q q c db b b N tan

Şekil faktörleri;

1 '/ ' q ds B L sin , Dikdörtgen temel için

1 q ds sin , Dairesel yada kare temel için

1 0.3 '/ 's B L , Dikdörtgen temel için

s

= 0.7, Dairesel yada kare temel için

1 / 1c q q qs s N N , Dikdörtgen temel, dairesel ve kare temel için

Yük eğim faktörleri;

1 / c q q c di i i N tan

1 / ( ' 'm

q di H V A c cot

1

1 ( / ' ' m

di H V A c cot

Burada m katsayısı;

2 ' / ' / 1 ' / 'Bm m B L B L , H yatay yük B ' ne etkidiği zaman

2 '/ ' / 1 '/ 'Lm m L B L B , H yatay yük L ' ne etkidiği zaman

, G Q eğer bir açısıyla etkirse bu durumda m,

2 2 L Bm m m cos m sin olarak hesaplanır.

318


3.1.3 Geleneksel Yöntemler İçin Taşıma Gücü

Geleneksel yöntemlerle yapılan taşıma gücü hesaplarında; Terzaghi, Meyerhof ve Brinch

Hansen taşıma güçleri, 3 farklı yüzeysel temel örneği için ayrı ayrı hesaplanarak Tablo 2’ de

sonuçları gösterilmiştir.

Terzahgi taşıma gücü, (qd)

Şerit temel için,

0.5d c qq cN qN BN

Kare temel için,

1.3 0.4d c qq cN qN BN

Diktörtgen temel için,

1 0.2 / 0.5 0.1 /d c qq cN B L qN B N B L

Meyerhof Taşıma Gücü, (qd)

0.5d c c c f q q qq cN s d D N s d BN s d

2 45 / 2 , Kp tan Pasif toprak basıncı katsayısı

- Şekil faktörleri :

1 0 için ;

1 0.1 /qs s Kp B L

- Derinlik faktörleri:

10 için ;

1 0.1 / q fd d Kp D B

Brinch-Hansen Taşıma Gücü, (qd)

0.( ) ( ) ( )5d c c c c c c f q q q q q qq cN s d i b g D N s d i b g BN s d i b g

- Derinlik faktörleri:

2

; 1 2 1 /

f fB D için dq tan sin D B

319


herhangi değeri için;

1d

- Yük eğim faktörleri

V (yatay yük) = 0 olduğu için;

1

c qi i i

- Temel tabanı faktörleri :

Temel taban eğimi 0 olduğu için;

1c qb b b

- Zemin eğimi faktörleri :

Zemin eğimi 0 olduğu için;

1c qg g g

- Şekil faktörleri

0 olduğu için;

1 / qs B L tan

1 0.4 /s B L

olarak hesaplanır.

4. GELENEKSEL YÖNTEMLERLE KARŞILAŞTIRMA

Seçilen 3 örnek üzerinde; Terzaghi, Meyerhof ve Brinch-Hansen yöntemlerine göre taşıma

gücü hesaplanarak Eurocode 7 ile sonuçlar karşılaştırılmıştır. Şekil 4 ve Şekil 5’te kumlu

(drenajlı durum), Şekil 6’da killi zemine (drenajlı ve drenajsız durum) oturan yüzeysel temel

için güvenli taşıma güçleri, (qa) geleneksel yöntemler ve Eurocode 7’ ye göre hesaplanarak

Tablo 2’de sonuçlar gösterilmiştir.

320


Şekil 4. Örnek 1 Yüzeysel Temel Örneği (Das, 1995)

Şekil 5. Örnek 2 Yüzeysel Temel Örneği (Çapar, Aydın ve Büyükbaş, 2009)

Şekil 6. Örnek 3 Yüzeysel Temel Örneği (Çapar, Aydın ve Büyükbaş, 2009)

321


Ta

blo

2.

Yü

zeyse

l T

em

el

Taşı

ma G

üçle

ri K

arş

ılaşt

ırıl

ması

ÖR

NE

K 1

Ö

RN

EK

2

ÖR

NE

K 3

Yö

nte

m

Eu

roco

de 7

Dre

najl

ı

Yö

nte

m

Eu

roco

de 7

Dre

najl

ı

Yö

nte

m

Eu

roco

de 7

Dre

najs

ız

Eu

roco

de 7

Dre

najl

ı

Terz

agh

i

qa =

71

6.2

5 k

Pa

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

I

Ko

mb

inasy

on

I

RD/A

' = 2

03

9.6

1 k

Pa

Terz

agh

i

qa =

35

9.0

4

kP

a

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

I

Ko

mb

inasy

on

I

RD/A

' = 1

19

7.5

0

kP

a

Terz

agh

i

qa =

16

3.1

4 k

Pa

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

I

Ko

mb

inasy

on

I

RD/A

'

= 3

20

.71

kP

a

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

I

Ko

mb

inasy

on

I

RD/A

'

= 3

71

.48

kP

a

Meyerh

of

qa =

73

8.2

1 k

Pa

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

I

Ko

mb

inasy

on

II

RD/A

' = 7

74

.95

kP

a

Meyerh

of

qa =

45

9.3

0

kP

a

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

I

Ko

mb

inasy

on

II

RD/A

' = 5

50

.53

kP

a

Meyerh

of

qa =

18

6.3

kP

a

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

I

Ko

mb

inasy

on

II

RD/A

'

= 2

38

.08

kP

a

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

I

Ko

mb

inasy

on

II

RD/A

'

= 1

97

.33

kP

a

Bri

nch

-Han

sen

qa =

66

9.6

7 k

Pa

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

II

RD/A

' = 1

45

6.8

6 k

Pa

Bri

nch-

Han

sen

qa =

43

0.6

5

kP

a

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

II

RD/A

' = 8

55

.33 k

Pa

Bri

nch-H

anse

n

qa =

18

8 k

Pa

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

II

RD/A

'=

22

9.0

8 k

Pa

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

II

RD/A

'=

26

6.1

kP

a

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

III

RD/A

' = 7

74

.95

kP

a

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

III

RD/A

' = 5

50

.13 k

Pa

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

III

RD/A

'=

23

8.0

8 k

Pa

Tasa

rım

Yak

laşı

mı

III

RD/A

'=

19

7.3

3 k

Pa

322


SONUÇLAR

1. Güvenlik sayısı kavramı, zemin belirsizliklerinin hesaba katılmadığı durumlarda

kullanılır. Bulunan son taşıma gücü (qd), 3 gibi bir güvenlik sayısına bölünerek temel

güvenli gerilmesi (qa), elde edilir ve projelendirme bu yolla yapılır. Eurocode 7, diğer

yöntemlerdeki gibi genel bir güvenlik sayısı kullanmaz. Elde edilen karakteristlik taşıma

güçleri 1 veya 1.4 gibi bir direnç faktörüne ya da zemin parametreleri bazında sadeleştirme

katsayılarına bölünerek tasarım taşıma güçleri bulunur. Böylece Eurocode 7 ile geleneksel

yöntemlerin (Terzaghi,Meyerhof ve Brinch-Hansen) temel taşıma güçleri karşılaştırıldığında

Eurocode 7’ nin drenajlı ve drenajsız durumda taşıma gücü daha yüksek hesaplanır.

2. Eurocode 7 taşıma gücü tasarım yaklaşımları arasında en düşük taşıma gücünü, tasarım

yaklaşımı I kombinasyon II ve tasarım yaklaşımı III durumları vermektedir.

3. Tasarım yaklaşımı I kombinasyon II ile boyutlandırılmada; zemin parametrelerinin

sadeleştirme katsayıları içermesiyle bu yaklaşımın daha güvenli tarafta kalmasını

sağlamaktadır.

4. Elde edilen bulgular, temel taşıma gücünün artık geleneksel yöntemlerle hesaplanmaması

gerekeceğini göstermiştir.

KAYNAKLAR

[1] Çapar Ö. F. , Aydın H., Büyükbaş F., (2009) “Yüzeysel Temellerin Taşıma Gücü

Hesabında Eurocode 7 Kullanımı’’ 3. Ulusal Geoteknik Kongresi, Çukurova

Üniversitesi, Adana.

[2] CSN EN 1997-1 (2004): Eurocode 7: Geotechnical design - Part 1: General rules.

[3] CSN EN 1997-1 (2007): Eurocode 7: Geotechnical design - Part 2: Ground investigation

and testing.

[4] TS ENV 1997-1 (2000) Jeoteknik tasarım - Bölüm 1: Genel kurallar (Eurocode 7).

[5] TS ENV 1997-2 (2004) Jeoteknik tasarım - Bölüm 2: Lâboratuvar deneyleri ile

desteklenen tasarım (Eurocode 7).

[6] TS ENV 1997-3 (2004) Jeoteknik tasarım - Bölüm 3: Arazi deneyleri yardımıyla tasarım

(Eurocode 7).

[7] TS EN 1997-1 (2005) Eurocode 7: Jeoteknik tasarım- Bölüm 1: Genel kurallar.

[8] TS EN 1997-2 (2008) Geoteknik tasarım - Bölüm 2: Zemin etüdü ve deneyleri

(Eurocode 7).

[9] Das Braja M. (1995), “Principles of Foundation Engineering’’ PWS Publishing

Company.

323


324


EUROCODE 7’ NİN TEMEL MÜHENDİSLİĞİNE KATKISI · 2018-04-04 · EUROCODE 7’ NİN TEMEL...

Documents

Transcript of EUROCODE 7’ NİN TEMEL MÜHENDİSLİĞİNE KATKISI · 2018-04-04 · EUROCODE 7’ NİN TEMEL...