İçeriğe atla

Geoteknik

Coulomb güdümlü toprak basıncı formülü.

Geoteknik, bilimsel metotlar ve mühendislik prensipleri kullanılarak zemin tabakasının ve malzemelerin özelliklerinin elde edilmesi, tahmin edilmesi ve bu bilgilerin mühendislik problemlerinde kullanılması uygulamasıdır. Zeminin ve çeşitli zemin malzemelerinin davranışlarını tahmin etmeye çalışarak, zemini insanlar için yaşanabilir hale getirme bilimidir. İnşaat mühendisliği disiplini içinde yer alır.

Geoteknik zemin mekaniği, kaya mekaniği ile jeoloji, jeofizik, hidrolojinin mühendislik yaklaşımlarını kapsar. Geoteknik, geoteknik mühendisleri tarafından uygulanır.

Uygulama alanları

Geoteknik; yerleşim projeleri ve konutlar, ulaşım sistemleri, köprüler ve sulama yapıları, enerji üretim tesisleri, limanlar ve deniz yapıları, tüneller ve yeraltı yapıları, atıkların uzaklaştırılması ve arıtma yapıları gibi inşaat mühendisliği uygulamalarında; etüt, tasarım ve yapım aşamalarında, inşaat alanın jeolojik ve zemin yapısının belirlenmesi uygulamalarını kapsar. Geoteknik bu uygulama alanları ile ekonomik ve güvenli yapılaşma için büyük önem taşımaktadır.[1]

Tarihçe

İnsanlar tarihsel olarak zemini, sel kontrolü, sulama amaçları, mezar alanları, bina temelleri ve binalar için inşaat malzemesi olarak kullanmışlardır. İlk etkinlikler, Antik Mısır, eski Mezopotamya ve Verimli Hilal'in yanı sıra erken yerleşim yerlerinde bulunan MÖ 2000 yılına kadar uzanan barajlar ve kanalların izleriyle gösterildiği gibi sulama ve taşkın kontrolü ile bağlantılıydı. Indus vadisinde Mohenjo Daro ve Harappa. Şehirler genişledikçe, biçimlendirilmiş temeller tarafından desteklenen yapılar inşa edildi; Eski Yunanlar özellikle tekil temeller ve şerit ve radye temeller inşa ettiler. Ancak 18. yüzyıla kadar zemin tasarımı için teorik bir temel geliştirilmemiştir ve bu disiplin, geçmiş deneyimlere dayanarak bir bilimden çok bir sanat olmuştur.[2]

Pisa Kulesi gibi temellerle ilgili çeşitli mühendislik problemleri, bilim adamlarını yeraltını incelemek için daha bilimsel tabanlı bir yaklaşım benimsemeye teşvik etti. En erken gelişmeler, istinat duvarlarının inşası için toprak basıncı teorilerinin geliştirilmesinde meydana gelmiştir. Fransız Kraliyet Mühendisi Henri Gautier, 1717'de farklı toprakların "doğal eğimini" tanıdı, bu daha sonra zeminin durma (repose) açısı olarak bilinir. Ayrıca, artık zemin türünün birim ağırlığına dayanarak -bugün için zemin türünün iyi bir göstergesi olarak kabul edilmeyen- bir zemin sınıflandırma sistemi de geliştirilmiştir.[3][4]

Mekanik ilkelerinin zeminlere uygulanması, Charles Coulomb'un (bir fizikçi, mühendis ve ordu Kaptanı) askeri surlara karşı toprak basınçlarını belirlemek için geliştirilmiş yöntemler geliştirdiği 1773'te belgelenmiştir. Coulomb, çökme durumunda, kayan bir istinat duvarının arkasında ayrı bir kayma düzleminin oluşacağını ve tasarım amaçları için kayma düzlemindeki maksimum kayma gerilmesinin; zeminin kohezyonu c, kayma düzlemindeki normal gerilme ve zeminin sürtünme açısı ile ilişkisi olduğunu ortaya koymutur. Coulomb'un teorisi Christian Otto Mohr'ın 2 boyutlu gerilme ile birleştirerek, teori Mohr-Coulomb teorisi olarak bilinir hale geldi. Her ne kadar kohezyon yani c temel bir zemin özelliği olmasa da, kesin kohezyonun belirlenmesinin imkânsız olduğu kabul edilse de, Mohr-Coulomb teorisi bugün hala pratikte kullanılmaktadır.

19. yüzyılda Henry Darcy, gözenekli ortamlarda sıvı akışını tanımlayan Darcy Yasası olarak bilinen teoriyi geliştirdi. Joseph Boussinesq (bir matematikçi ve fizikçi), zeminde çeşitli derinliklerdeki gerilmeleri tahmin etmek için, elastik katılarda gerilme dağılımı teorileri geliştirdi; Mühendis ve fizikçi William Rankine, Coulomb'un toprak basıncına ilişkin alternatif bir teori geliştirdi. Albert Atterberg bugün zemin sınıflandırması için kullanılmakta olan kil kıvam indekslerini geliştirmiştir.[5][6] Osborne Reynolds 1885'te gevşek granüler (taneli) malzemelerin sıkılaşma ve büzülmesine neden kayma gerilmelerini tanımladı.

Modern geoteknik mühendisliğinin, bir makine mühendisi olan Karl Terzaghi tarafından 1925 yılında Erdbaumechanik'in yayınlanmasıyla başladığı söylenir. Modern zemin mekaniği ve geoteknik mühendisliğinin babası olduğu düşünülen Terzaghi, efektif gerilme ilkesini geliştirdi ve zeminin kayma mukavemetinin efektif gerilme ile kontrol edildiğini gösterdi. Terzaghi ayrıca temellerin taşıma kapasitesi teorileri ve konsolidasyon nedeniyle kil tabakalarının oturma miktarının tahmin edilmesi için yaklaşımlar geliştirmiştir. 1948 tarihli kitabında Donald Taylor, sıkıca (yoğun şekilde) paketlenmiş zemin tanelerinin birbirine kenetlenmesinin ve genişlemesinin bir zeminin pik mukavemetine katkıda bulunduğunu fark etti. Hacimsel değişim davranışı (dilatasyon, büzülme ve konsolidasyon) ve kayma mukavemeti davranışı arasındaki ilişkilerin tümü, 1958'de Roscoe, Schofield ve Wroth tarafından kritik durum zemin mekaniği kullanılarak plastisite teorisi yoluyla 1958'de "On the Yielding of Soils" yayınıyla bağlandı. Kritik durum zemin mekaniği, zemin davranışını tanımlayan birçok çağdaş ileri modelin temelini oluşturur. Geoteknik santrifüj modelleme, geoteknik problemlerin fiziksel ölçekli modellerini test etme yöntemidir. Santrifüjün kullanımı, zemin içeren ölçekli model testlerinin benzerliğini geliştirir, çünkü zeminin mukavemeti ve elastik sertliği (stiffness) çevre basıncına çok duyarlıdır. Santrifüjlü ivme, bir araştırmacının küçük fiziksel modellerde büyük (prototip ölçekli) gerilmeler elde etmesini sağlar.

Kaynakça

  1. ^ "Geoteknik Anabilim Dalı Çalışma Alanları". 22 Mart 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Şubat 2017. 
  2. ^ Das, Braja (2006). Principles of Geotechnical Engineering. Thomson Learning.
  3. ^ Budhu, Muni (2007). Soil Mechanics and Foundations. John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-43117-6.
  4. ^ Disturbed soil properties and geotechnical design, Schofield, Andrew N., Thomas Telford, 2006. ISBN 0-7277-2982-9
  5. ^ Soil Mechanics, Lambe, T. William and Whitman, Robert V., Massachusetts Institute of Technology, John Wiley & Sons., 1969. ISBN 0-471-51192-7
  6. ^ Soil Behavior and Critical State Soil Mechanics, Wood, David Muir, Cambridge University Press, 1990. ISBN 0-521-33782-8

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Mekanik</span> kuvvetlere veya yer değiştirmelere maruz kalan fiziksel cisimlerle ilgilenen bilim

Mekanik, fiziğin fiziksel nesnelerin hareketleriyle, özellikle kuvvet, madde ve hareket arasındaki ilişkilerle ilgili alanıdır. Nesnelere uygulanan kuvvetler yer değiştirmeler veya bir nesnenin çevresine göre konumunda değişikliklerle sonuçlanır. Fizik'in bu dalının kökenleri Antik Yunanistan'da Aristoteles ve Arşimet'in yazılarında bulunur.. Erken modern dönem sırasında, Galileo, Kepler ve Newton gibi bilim adamları şimdiki klasik mekaniğin temellerini attılar. Klasik mekanik, duran veya ışık hızından çok daha düşük hızlarla hareket eden cisimlerle ilgili klasik fizikin bir dalıdır. Kuantum aleminde olmayan cisimlerin hareketini ve üzerindeki kuvvetleri inceleyen bilim dalı olarak da tanımlanabilir. Alan bugün kuantum teorisi açısından daha az anlaşılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Akışkanlar mekaniği</span>

Akışkanlar mekaniği, akışkanların davranışlarını ve onlara etkiyen kuvvetleri inceleyen fizik dalı. Makine, inşaat, kimya ve biyomedikal gibi mühendislik dallarının yanı sıra jeofizik, okyanus bilimi, meteoroloji, astrofizik ve biyoloji gibi farklı birçok disiplinde kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Hidrolik</span>

Hidrolik kelimesi (hydraulics) Yunan dilindeki ὑδϱαυλικός (hydraulikos) kelimesinden gelir. Bu kelime de kök olarak su (ὕδωϱ) ve boru (αὐλός) kelimelerinden gelmektedir.

<span class="mw-page-title-main">İnşaat mühendisliği</span> altyapıların tasarımı, planlanması, inşası ve yönetimi ile ilgilenen profesyonel disiplin

İnşaat mühendisliği, malzeme ve tekniği en iyi şekilde bir araya getiren, yapıların plan, proje, yapım ve denetlenmesiyle uğraşan temel mühendislik dalıdır. İnşaat mühendisleri her türlü bina, baraj, havaalanı, köprü, yol, su kemerleri, liman, kanalizasyon, su şebekesi, tünel, konvansiyonel ve yüksek hızlı demiryolu projeleri, metro vb. hizmet ve endüstri yapılarının planlanması, projelendirilmesi, yapımı ve denetimi konuları ile ilgili eğitim ve araştırma yapar. Mühendisliğin anası olarak da kabul edilen inşaat mühendisliği askerî mühendislikten sonra gelen en eski temel mühendislik dalıdır ve İngilizce kelime anlamı civil engineering ilk olarak 18.yy. da askerî olmayan mühendislik çalışmalarını askerî mühendislikten ayırabilmek için kullanılmıştır. İnşaat mühendisliği kurucu mühendislik alanlarının başında gelir. İnşaat mühendisliği geniş bir alanı kapsadığından çeşitli dallarda uzmanlaşma gereği duyulmaktadır. Bu alanların başlıcaları, çevre mühendisliği, geoteknik, belediye ya da kentsel mühendislik, kıyı mühendisliği, ölçme bilgisi, yapı mühendisliği, temel mühendisliği, su mühendisliği, malzeme bilimi, ulaştırma mühendisliği vb. konulardır.

<span class="mw-page-title-main">Dayanım</span>

Dayanım ya da mukavemet, cisimlerin çeşitli dış etkiler ve bu dış etkilerin neden olduğu iç kuvvetler karşısında gösterecekleri davranış biçimini inceleyen bilim dalıdır. Mekanik biliminin bir alt kolu olan mukavemet bilimi rijit olmayan cisimlerin mekaniği olarak da tanımlanabilir. Rijit cisimler mekaniği, cisimlerin üzerlerine etkiyen dış tesirler ile şekillerini değiştirmediğini kabul ederken, rijit olmayan cisimler mekaniği şekil değiştirmeleri de göz önüne alır. Teori, yapının bir ya da iki boyutlu öğelerinin incelenip, sonra bunların gerilim düzeylerinin iki boyutlu ve üç boyutlu olarak varsayılıp üç boyuta genelleştirilmesi ve maddelerin elastik ve plastik davranışları hakkında daha tam bir teori geliştirilmesiyle başlamıştır. Maddelerin mekaniğinin önemli kurucu ve öncülerinden biri Stephen Timoshenko’dur.

Jeoloji Mühendisliği, yerkürenin başlangıcından günümüze kadar geçirdiği yapısal değişmeleri, yerkabuğunun yüzeyinin ve altının bugünkü durumunu inceleyen, yerleşim alanlarının ve her türlü mühendislik yapılarının yer seçimi çalışmalarının yürütülmesiyle ilgili eğitim verilen mühendislik dalıdır.

Peyzaj mühendisliği, ekolojik ölçütler doğrultusunda araziyi ve suyu şekillendirmek için matematik ve bilimin uygulamasıdır. Ayrıca yeşil mühendislik diye tariflenebilir ama peyzaj mühendisliği için bilinen en iyi tasarım profesyonelleri peyzaj mimarıdır. Peyzaj mühendisliği, antropojenik peyzajın yaratılması ve tasarlanması için mühendislik ve diğer bilimlerin disiplinler arası uygulamasıdır. Bu farklılık geleneksel olarak alanın, arazinin yeniden ıslahı, iyileştirilmesi, yeniden kullanımını ve geri kazanımını kapsamaktadır. Bunu yaparken Peyzaj mühendisliği;

<span class="mw-page-title-main">Koni Penetrasyon Deneyi</span> zeminin geoteknik mühendislik özelliklerini belirleme ve zemin stratigrafisini resmetmede kullanılan bir yöntem

Koni Penetrasyon Deneyi (CPT) zeminin geoteknik mühendislik özelliklerini belirleme ve zemin stratigrafisini resmetmede kullanılan bir yöntemdir. İlk olarak 1950'li yıllarda yumuşak zeminleri araştırmak için Delft'te bulunan Zemin Mekaniği için Hollanda Laboratuvarında geliştirildi. Bu hikâyesinden dolayı Hollanda Koni Testi olarak da anılmaktadır. Günümüzde CPT en çok kullanılan ve tüm dünyaca kabul gören bir yöntemdir.

<span class="mw-page-title-main">Deprem mühendisliği</span>

Deprem mühendisliği, binalar ve köprüler gibi yapıları depremler göz önünde bulundurularak tasarlayan ve analiz eden disiplinler arası bir mühendislik dalıdır. Genel amacı, bu tür yapıları depreme karşı daha dayanıklı hale getirmektir. Deprem mühendisi, küçük sarsıntılarda hasar görmeyecek ve büyük bir depremde ciddi hasar veya çökmeyi önleyecek yapılar inşa etmeyi hedefler. Uygun şekilde tasarlanmış yapı mutlaka aşırı sağlam veya pahalı olmak zorunda değildir. Kabul edilebilir bir hasar seviyesini sürdürürken sismik etkilere dayanacak şekilde uygun tasarlanmalıdır.

Jeoteknik mühendisliği, inşaat mühendisliğin zemin ile ilgilenen branşıdır. İnşaat mühendisliği için önemli bir branş olmasının yanında İstihkâm, maden mühendisliği, petrol ve doğal gaz mühendisliği ve zemin yüzeyine veya altına inşa gerektiren diğer mühendisliklerde uygulamaları bulunmaktadır. Geoteknik mühendisliği; zeminin durumu ve içeriğini incelemek, bu içeriğin fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirlemek ve doğal ve yapay şevlerin stabilitesini değerlendirmek için zemin mekaniği ile kaya mekaniği ilkelerini kullanır. Geoteknik mühendisliği, bilimsel bir disiplin olarak 20. yüzyılın başından beri inşaat mühendisliğinde yeralan bir bölümdür. “Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği” uzmanlık alanının ortak adı olan “Geoteknik” inşaat mühendisliğinin en genç uzmanlık alanıdır.

<span class="mw-page-title-main">Temel</span>

Temel, mimari bir yapıyı yere bağlayan ve yükleri yapıdan zemine taşıyan öge. Temeller genellikle sığ temel ya da derin temel olarak nitelendirilirler. Temel mühendisliği zemin mekaniği ve kaya mekaniğinin yapılardaki temel ögelerini tasarlamadaki uygulamasıdır.

<span class="mw-page-title-main">Zemin mekaniği</span>

Zemin mekaniği, zemin davranışlarını inceleyen zemin fiziği ve mühendislik mekaniğinin bir dalıdır. Zemin akışkanların ve tanelerin heterojen karışımını içerdiğinden akışkanlar mekaniği ve katı cisim mekaniğinden ayrılır. Ancak zemin ayrıca organik katılar ve diğer maddeleri de içerebilir. Kaya mekaniğinin yanı sıra zemin mekaniği, bir inşaat mühendisliği alt disiplini olan geoteknik mühendisliği ve jeoloji alt disiplini olan mühendislik jeolojisinin teorik temellerinin analizini de sağlar.

<span class="mw-page-title-main">Zemin</span> Bir odanın üzerinde yürülen yüzeyi

Zemin ya da taban, geoteknik mühendisliğinde, kayaç döngüsü ile meydana gelen kaynaşmamış ya da zayıf kaynaşık olma özelliği gösteren mineral tanelerinden oluşmuş birikintilerdir. Bu taneler arasındaki boşluklar ya da gözenekler sıvı(genellikle su) ve/veya hava içerir. Zeminler jeolojik süreç boyunca, kayaç döngüsünün bir parçası olarak, kayaç tiplerinin kimyasal, fiziksel ve biyolojik aşınması, birikmesi ve yer değiştirmesi ile meydana gelmiştir.

<span class="mw-page-title-main">İstinat duvarı</span>

İstinat duvarı, arkasında kalan zemin hacmini tutmak amacıyla yapılan bir tutma yapısıdır. Sıklıkla derin kazılarda ve şevlerin stabilitesini tahkik etmek için inşa edilir.

Geosentetik mühendislik alanında klasik yöntemlerin alternatifi olarak geliştirilmiş tekstil ürünlerine verilen genel addır. Polimer malzemelerden üretilmiş ve mühendislik alanında kullanılan birçok malzemenin genel tanımıdır. 21. yüzyılda kullanımı giderek yaygınlaşan geosentetik ürünler özellikle İnşaat Mühendisliği alanını etkisi altına almıştır. Uygulanabilirliği zor İnşaat Mühendisliği Projelerinde mevcut İnşaat Teknolojisi ile çözülemeyen konularda geosentetiklere ihtiyaç duyulmaktadır. Geosentetikler; geotekstil, geogrid, geomembran ve geokompozit olmak üzere 4 ana başlıkta incelenmektedir.

Robert D. Holtz, Amerikalı bir inşaat mühendisidir. Holtz, Minnesota Üniversitesi'nde 1960'ta inşaat mühendisliği lisans ve 1962'de ise yüksek lisans derecesini aldı. 1966'da Harvard Üniversitesi'nde Arthur Casagrande ile zemin mekaniği üzerine yüksek lisans eğitimini tamamladı. 1970 yılında Northwestern Üniversitesi'nden doktorasını aldı. 1988'de Washington Üniversitesi'nde Profesör olmadan önce Sacramento'daki Purdue Üniversitesi ve şu anda Fahri Profesör olduğu California Eyalet Üniversitesi'nde ders verdi. Ayrıca İsveç Jeoteknik Enstitüsü, Kaliforniya Su Kaynakları Departmanı ve Kanada Ulusal Araştırma Konseyi için çalıştı. Milano, Paris ve Chicago'da danışmanlık mühendisi olarak çalıştı.

<span class="mw-page-title-main">Boşluk oranı</span>

Bir karışımın boşluk oranı, boşlukların hacminin katıların hacmine oranıdır.

Boşluk suyu basıncı, bir toprak veya kaya içinde, boşluklar arasındaki boşluklarda tutulan yeraltı suyunun basıncını ifade eder. Yeraltı suyunun serbest su seviyesinin altındaki boşluk suyu basınçları piezometreler ile ölçülür. Akiferlerdeki dikey boşluk suyu basınç dağılımının genellikle hidrostatiğe yakın olduğu varsayılabilir.

<span class="mw-page-title-main">Zemin sıvılaşması</span>

Zemin sıvılaşması ya da toprak sıvılaşması, kohezyonsuz, doymuş veya kısmen doymuş bir toprak, deprem sırasındaki sallanma veya gerilme durumundaki diğer ani değişiklikler gibi uygulanan bir gerilmeye tepki olarak mukavemetini ve sertliğini önemli ölçüde kaybettiğinde meydana gelir. Böylelikle normalde katı olan malzeme sıvı gibi davranır. Zemin mekaniğinde, "sıvılaştırılmış" terimi ilk olarak Allen Hazen tarafından Kaliforniya'daki Calaveras Barajı'nın 1918'deki başarısızlığına atıfta bulunmak için kullanılmıştır.

Katı mekaniği ; katı malzemelerin davranışını, özellikle kuvvetlerin etkisi altındaki hareketlerini ve deformasyonlarını, sıcaklık değişimlerini, faz değişimlerini ve diğer harici veya dahili ajanları inceleyen süreklilik mekaniğinin bir dalıdır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.