1:1 ÖLÇEKLİ TEMEL YÜKLEME DENEYİ
Geoteknik mühendisliğinde yerinde deney yapılarak zemin yapılarının veya temellerin davranışının ve/veya taşıma kapasitelerinin belirlenmesi sıkça başvurulan bir yaklaşımdır. Kazık yükleme deneyleri, test dolguları ve iyileştirilmiş veya karmaşık tabakalaşmış zemin üzerinde temel yükleme deneyleri bunlara örnek gösterilebilir. Bu çalışmada karmaşık zemin koşullarına sahip bir liman sahasında temel taşıma gücü ve yük altında zemin davranışını belirlemek için gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilen dört boyutlu 1:1 ölçekli bir temel yükleme deneyi konu edinilmiştir. Bu temel yükleme deneyinde geoteknik gözlemlerde kullanımı oldukça yeni olan Shape Acceleration Array (SAA= ShapeAccelArray şekillendirilebilen ivme ölçer dizisi) aygıtlarının kullanılmış olması, onu diğerlerinde farklı kılmaktadır. SAA yeni geliştirilmiş bir teknoloji olup geoteknikte aletsel gözlem için gerçek zamanlı ve üç boyutlu yer değiştirme ve ivme ölçümünü bir hat boyunca alınmasını sağlayan kablolar üzerine döşenmiş Mikro Elektro-Mekanik (MEMS) sensörlerdir (Danish,1998 ve Danish, 2004). Bu sensörler geoteknik mühendisliğinde statik ve dinamik yükler altında bir çok uygulama için kullanılabilmektedir. Bu uygulamalara örnek olarak laboratuvar model deneyleri yanında arazide zemin-yapı etkileşimi, doğal şevlerin duraylılığının araştırılması, zemin yapılarının davranışı ve zemin tabakalarının sismik tepkisi verilebilir (Benneth vd., 2011, Abdoun vd, 2008).
DENEY SAHASI
Deney sahası Bursa İli Gemlik İlçesi Sazlık Mevkiinde Borusan Limanı’nda yer almaktadır. Temel yükleme deneyi yüzeyden 2 m derinlikte ve 4 m x 4 m boyutlarında yapılmıştır. Temel yükleme deneyinde temel taban basıncını ölçmek için toplam basınç ölçerler, yükleme sırasında oluşan ve zamanla sönümlenen artık boşluk suyu basınçlarını ölçmek için piyezometreler ve yer değiştirmeleri ölçmek için yatay ve düşey inklinometre ölçümü ile SAA’dan yararlanılmıştır. Deney sırasında oturmaları ölçmek için her iki doğrultuda 20 m uzunlukta inklinometre ve SAA ölçümlerini gerçekleştirebilmek için temel çukuru genişletilmiştir. Planda artı şeklinde görünen deney çukuru tabanda denize dik doğrultuda 3m, denize paralel doğrultuda 6 m genişliğinde 1 yatay: 2 düşey şevli olarak kazılmıştır. Yükleme temele uygulanan prekast betonarme elemanların zati ağırlıkları kullanılarak yapılmış ve ölü yük platformu olarak 50 cm kalınlığında geogrid destekli bir dolgu inşa edilmiştir.
Şekil 3. Temel yükleme deneyi plan ve kesitleri
Yükleme deneyinde zati yük olarak sahada bulunan 2 m x 2 m x 4 m dikdörtgen prizma geometrisine sahip betonarme bloklar (beher betonarme blok ağırlığı yaklaşık 384 kN, taban basıncı 47.5 kPa) kullanılmıştır. Deneyde nihai yükleme kademesinde, 3 sıra çift betonarme blok ve enüstte tekli betonarme blok yerleştirilerek yaklaşık (tahmin edilen teorik hesaplanan taban gerilmesi 164.75kPa) 180-210 kPa değerlerine ulaşılmıştır (Şekil 4).
Şekil 4. Deney yükleme düzeneğinden görünüş
2.1. Zemin Özellikleri
Bölgede metamorfik temelden güncel alüvyonlara kadar değişik birimlerinden oluşan bir jeolojik yapı ile karşılaşılmaktadır. İnceleme konusu liman tesisleri alanında, Kuvarterner boyunca birikinti konisi ortamında çökelmiş eski ve güncel kıyı kuşağı kalın alüvyon tabakaları yüzeylenmektedir. Alttaki sıkı/katı kum-kil ardalanmaları üzerinde denizel kil-kum-silt çökeltileri yer almaktadır. Arazide gerçekleştirilen zemin etüt çalışmaları kapsamında karada ve denizde sondajlar açılmış, sondaj derinlikleri boyunca periyodik aralıklarla Standart Penetrasyon Deneyleri (SPT) yapılmış, örselenmiş ve örselenmemiş zemin örnekleri alınarak üzerlerinde laboratuar deneyleri uygulanmıştır. Deney sahasında açılan sondajlarda yapılan arazi veyn deneylerinde, drenajsız kayma mukavemeti değerleri genellikle, 10.0-20.0m derinlikler arasında cu=20-30 kPa, 20-30 m derinlikler arasında cu = 30-40 kPa ve 30m derinlikten sonra cu=40-80 kPa arasında ölçülmüştür. Yapılan CPT deneylerinde ise, koni direnci değerleri genellikle, 10.20 m derinlikler arasında qc= 0.4-0.8 MPa ve 20-30 m derinlikler arasında qc =0.8-1.2 MPa arasında ölçülmüştür.
2.2. Ölçüm ekipmanı
Temel Yükleme Deneyinde uygulanacak yüklerin zeminde meydana getireceği gerilme ve boşluk suyu basıncı artışları ile deformasyonlar aletsel gözlem ile saptanmıştır. Deney öncesinde ölçüm için yerleştirilen aletlerin planı Şekil 5’de verilmiştir. Buna göre yük ve gerilme ölçümleri temel altına yerleştirilen titreşim telli toplam basınç ölçer (vibrating wire total earth pressure cell) vasıtası ile yapılmıştır. Basınç ölçerler temel altı kum dolgusu içine, temelin ortası ve köşeleri altına olmak üzere 5 adet yerleştirilmiştir. Yükleme dolayısı ile geçirimliliği düşük tabakalarda meydana gelen artık boşluk suyu basınçları -5.8, -8.6 ve -13.76 m derinliklerde yerleştirilen titreşim telli piyezometreler (vibrating wire piezometer) ile ölçülmüştür. Temelin altında meydana gelecek yüzey oturması profili (oturmanın temel altında düşey yönde değişimi) 4 hat boyunca belirlenmiş, ayrıca yüklenen temel altı zeminde oluşacak yatay yer değiştirmeler temelin dışında ve 2 noktada ölçülmüştür. Düşey ve yatay yer değiştirmelerin ölçülmesi için iki farklı system kullanılmıştır. Bunlar, SAA (Shape Accelerometer Array) ve İnklinometredir. 0.5 m aralıklarla 3B (3 Boyutlu) MEMS ivme ölçerlerle teçhiz edilmiş SAA (Shape Accelerometer Array) hem düşey hem yatay kullanılarak deney süresince dakikada 1 defa ölçülmüştür. İnklinometre kullanılarak yapılan düşey (oturma) ölçümlerinde düşey eksende açısal dönme ölçülerek Azimuth düzeltmesi yapılmıştır. Yatay hareket ölçümlerinde ise A/B çift yönlü sensor (bi-directional sensor) kullanılmıştır. Bütün inklinometrelerden (düşey & yatay) her yükleme kademesinde 1 set okuma alınmıştır. Temel altı oturma ölçümü, temelin ana okuma doğrultusuna (Kuzeydoğu-Güneybatı) paralel yatay olarak 3 kesitte (2 Yatay İnklinometre ve 2 SAA-H) ve sabit nokta yeterli uzaklıkta olacak şeklide yerleştirilecek muhafaza borusu konumlandırılarak yapılmıştır.
Şekil 5. Aletsel gözlem için aygıt konumu
Şekil 6. Ölçüm Aletleri Yerleşim ve Okuma Genel Görünüş
Şekil 7. Otomatik Veri Toplama Ünitesinden Genel Görünüş
Deneylerde bilgisayarlı bir veri toplama sistemi ile (Şekil 7) sensörlerden alınan ölçüm değerleri kaydedilmiştir.
3. DENEY SONUÇLARI
Temel altına yerleştirilen gerilme ölçerlerden elde edilen gerilme ölçümleri Şekil 8’de verilmiştir. Bu gerilme sonuçları uygulanan yüklerle uyumludur.
Şekil 8. Temel altında ölçülen Toplam Basınç/Sıcaklıl-Zaman Grafiği
Temel altında 8.06 ve 13.76 m derinlerde yerleştirilen piyezometrelerden ölçülen boşluk suyu basıncı değişimleri Şekil 9’da verilmiştir. Bu ölçüm sonuçları temel altındaki zemin tabakalarında yüklemeden dolayı oluşan artık boşluk suyu basınçlarının çok kısa sürede sömümlendiğini göstermektedir.
Şekil 9. Temel altında ölçülen Boşluk Suyu Basınç-Zaman Grafiği
Temel altında SAA ölçümleri ile alınan düşey yer değiştirmelerin mesafe ile değişimi Şekil 10-11’de, yatay yer değiştirmeler derinlikle ise Şekil 12-3’de verilmiştir. Bu şekillerden görüldüğü yer değiştirmeler her yükleme kademesinde zamanla değişimi ölçülmüştür.
Şekil 10. SAA ile ölçülen düşey yer değiştirmelerin mesafe ve zaman ile değişimi
Şekil 11. SAA ile ölçülen düşey yer değiştirmelerin mesafe ve zaman ile değişimi
Şekil 12. SAA ile ölçülen yatay yer değiştirmelerin derinlikle ve zaman ile değişimi
Şekil 13. SAA ile ölçülen yatay yer değiştirmelerin derinlikle değişimi
Düşey ve yatay yer değiştirme için alınan inklinometre ölçümleri sırası ile Şekil 14 ve Şekil 15’de verilmiştir.
Şekil 14. İnklinometre ile ölçülen düşey yer değiştirmelerin mesafe ile değişimi
Şekil 14. İnklinometre ile ölçülen yatay yer değiştirmelerin derinlikle değişimi
Yukleme deneyi kapsamında ortalama 190 kPA (Temel altında farklı noktalarda 180-210 kPA değerlerine ölçülmüştür) çıkılmıştır. Bu yük altında 4 m x4 m ebatlarındaki temelin ana zorlanma doğrultusu olan Kuzeydoğu-Güneybatı istikametinde maksimum oturma 90mm, maksimum yatay deplasman -3.80 kotlarında (temel altından 2 m derinlikte) 26 mm mertebelerine ölçülmüştür.
4. SONUÇLAR
Deniz çökelleri üzerinde yer alan bir hidrolik dolgu üzerinde gerçekleştirilen 1:1 ölçekli temel yükleme deneyinde toplam gerilme, boşluk suyu basıncı ve yer değiştirmeler ölçülerek temelin taşıma gücü ve yük altında davranışı belirlenmiştir. Bu deneyde derinlikle ve yatay mesafe ile alınan yatay yer düşey yer değiştirmeler geoteknik gözlemlerde sıkça kullanılan inklinometre ölçümleri yanında yeni geliştirilen shape acceleration array adı verilen mikro elektro mekanik sensörler kullanılarak alınmıştır. Deney sahasında yerleştirilen tüm ölçüm aygıtlarından genelde birbirleri ile uyumlu ve tamamlayıcı nitelikte değerler elde edilmiştir.
KAYNAKLAR
Danisch, L.A. (1998). “Fiber optic bending and positioning sensor. PCT 0702780, International PCT patent”.
Danisch, L. A., M. S. Lowery-Simpson and T. Abdoun. (2004). Shape-Acceleration Measurement Device and Method. Patent Application.
Abdoun, T., Bennet, V., Dobry, R, Thevanayagam S. ve Danisch, L. (2008). “Full-Scale Laboratory Tests using a Shape-Acceleration Array System”, Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics IV, ASCE GSP 181.
Bennett, V., Abdoun, T., Zeghal, M., Koelewijn, A. Barendse, M. ve Dobry, R. (2011). “Real-TimeMonitoring System and Advanced Characterization Technique for Civil Infrastructure HealthMonitoring” , Advances in Civil Engineering Volume 2011, Article ID 870383, 12 pages, doi:10.1155/2011/870383