Presiyometre Raporlama / Hesaplama Programı ile ilgili detaylı bilgi için: www.gnrtest.com 

PRESİYOMETRE DENEYİ NEDİR?

Presiyometre Deneyi, özellikle zeminin taşıma gücü ve oturma parametrelerini hesaplayabilmek için genellikle çakıllı, kumlu, killi, siltli, alüvyon zeminler ile bozuşmuş, ayrışmış kayalar ile yumuşak kaya temellerde uygulanabilen bir arazi deneyidir.

 Aşağıda detaylı açıklamaları bulabilirsiniz.

 1. PRESİYOMETRE DENEYİ TARİHÇESİ:

Şişebilir bir silindirin sondaj kuyusunda şişirilmesi ile yapılan bu deney ilk kez 1956’da Menard tarafından geliştirilmiştir. Wroth (1975) tarafından ise İngiltere’de kendi kendine zemini delebilen Camkometre adlı aygıtın geliştirildiği bilinmektedir.

Menard aygıtında genelde iki (sonda ve hacim ölçer) ana bölümü vardır. Sondada, yatay gerilme su dolu merkez bir hücreden uygulanmakta, bu hücre alt ve üste su veya gaz dolu iki koruma hücresi ile çevrili bulunmaktadır. Zemin yüzünde basınca karşılık gelen hacim ölçümü yapılır. Basıncı taşıyan borular ve sonda, işyerinde kalibre edilirler. Koruma hücrelerinin görevi düzlem şekil değiştirme koşullarının sağlanmasıdır. En çok kullanılan sonda çapı 58 mm, boyu 420 mm’dir.

Menard presiyometreleri zeminde veya zayıf kayaçta uygulanabilirler, ancak sağlam kayaçlarda küçük deformasyonların neden olduğu hacimsel değişimleri ölçmek, boruların basınç altındaki kalibrasyonunun inceliği yetersiz kaldığı için güç olmaktadır. Bu durumda kayaç deformasyonu sonda içerisine yerleştirilmiş elektronik basınç ölçer yardımı ile ölçülebilir. 73 mm çaplı, yağ basıncıyla çalışan esnek tip ve düşey tip olarak ikiye ayrılmış çelik bir silindirden oluşan rijit tip sağlam kayaçlar için geliştirilmiş aygıtlardır. Zeminde veya zayıf kayaçlarda sondaj yapıldıktan sonra yapılan deneylerdeki örselenmenin etkisini en aza indiren cankometre ise gaz ile çalışmakta olup hacimsel değişim yine elektriksel olarak ölçülmektedir.

Basınçlar, basınç ölçer ile sonda arasındaki hidrostatik yük ve sonda membranının direnci için gerekli basınç nedeniyle düzeltilmelidir. Diğer yandan hacimler ise hacim ölçüm düzeneğinin ve boruların genişlemesi, sonda membranının sıkışması, ölçüm sıvısının sıkışması nedeni ile düzeltilmelidir. Delme ve deney zamanı arasında geçen süre, delme tekniği, sondaj deliği ve pressiometre sondası çapları oranı ile işçilik, deney sonuçlarını etkileyebilmektedir.

Günümüz mühendislik çalışmalarında zemin-kaya mekaniğinin önemi  herkes tarafından bilinmektedir. Bu önem ile beraber günümüzde laboratuarda ve arazide temel bazı parametreleri elde etmek amaçlı bir takım deneyler ve bu deneyleri yapabilecek cihazlar geliştirilmiştir. Kuyu içi yanal yükleme deneylerinin bir türü olan pressiyometre  deneyi geniş uygulama alanıyla bir çok jeoteknik problem çözümünde kullanmaktadır.

Presiyometre deneyinde temel fikir, zeminin basınç-deformasyon ilişkilerini ölçmek için zeminde açılan silindirik bir boşluğun genişletilmesidir. Zeminin deformasyon anlayışı, 1930 yollarında Batı Almanyalı Koegler tarafından ortaya konmasına rağmen presiyometrenin bulunuşu 1950 ortalarında Mr Louis Menard adlı bir Fransız tarafından bulunmuştur. Presiyometre ile elde edilen testlerin sonuçlarını doğruluğunun tespiti için Paris’in güneyinde Jeolojik Etüdler Merkezinde geniş bir program düzenlenmiş ve çok miktarda testler yapılmıştır.Şimdi hesaplamalarda kullanılan formüller doğrudan doğruya bu testlerden alınmış veya bu testlerle kontrol edilmiştir. Dr Louis Menard 1960 yılları başlarında pressiyometre cihazları imal etmeye başlamıştır. Ülkemizde ise ilk pressiyometre deneyleri 1969 yıllarında DSİ tarafından Menard firmasından alınan G tipi pressiyometre ile başlamıştır. 

2. PRESİYOMETRE TİPLERİ VE UYGULANABİLDİĞİ ZEMİNLER:

Teknolojik gelişmelerin ilavesiyle G tipi günümüzde GC tipi olarak kullanılmakta ve maksimum 2500-4000 kPa basınç verebilmektedir. Bir diğer model ise E tipidir. Bu model maksimum 2000-2500 kPa basıncı zemine iletebilmektedir. En fazla basınç veren GB tipi 10000 kPa’ ya ulaşabilmektedir.

1968 yılında kendi delen pressiyometreler (SBP) geliştirilmiştir. Bu tipler, Menard tipi pressiyometrelerin kullanımında kuyularda meydana gelen örselenmeye karşı geliştirilmiştir. Günümüzde en çok kullanılan pressiyometreler Menard pressiyometreleridir.

Uygulanabildiği basınç dayanımından da anlaşılabileceği gibi pressiyometre çok yumuşak ve yumuşak zeminlerden basınç dayanımı 10000 kPa (100 Mpa) kadar olan zayıf kayalarada uygulanabilmektedir.

3. PRESİYOMETRE DENEYİNİN KULLANIM ALANLARI:

1- Pressiyometre temel zemin etüdleri için kullanılır;

Yapılan deneyler neticesinde zeminin kayma mukavemeti parametreleri

a)       Pa (Akma Basıncı),

b)       P_L (Limit basıncı),

c)       E_M (Elastisite Modülü),

d)       C (Kohezyon),

e)       f (İçsel Sürtünme Açısı),

f)        G (Shear modülü) tespit edilir.

2- Pressiyometre deneyi ile yamaç, alüvyon, dolgu, ve her türlü dekapaj işlerinde hafriyat sınırı tespit edilir.

3- Pressiyometre ile şev stabilite etüdleri yapılabilir. Bunun için kayma zonları tespit edilir  ve pressiometrik verilerden faydalanarak şev analizleri yapılabilir.

4- Galeri ve tünellerde; bir kesit üzerinde sondaj delikleri açılarak her metrede bir deney yapılmak suretiyle galeri veya tünel etrafında meydana gelen gevşeme sınırı tespit edilerek gelen yükler hesap edilebilir.

5- Enjeksiyondan evvel ve enjeksiyondan sonra deney yapılmak sureti ile enjeksiyon etkilik sahası hesaplanabilir.

6- Dolguların sıkıştırılmasından sonra deney yapılarak ne kadar yük taşıyabileceği tespit edilir.

4. PRESİYOMETRE CİHAZI TANITIMI:

Pressiyometre aleti temel olarak 4 ana bölümden oluşmaktadır (Menard Pressiyometresi (GC))

a-Kontrol Ünitesi: Aletin ana kısmını oluşturur. Üzerinde sondaj kuyusuna indirilen prob’a verilen basınç değerlerini ayrıntılı olarak gösteren manometreler vardır. Yine su-gaz basınç farklarını düzenleyen bir dedantör mevcuttur. Deney sırasında, verilen basınç altında zeminde oluşan hacim değişikliklerini volumetreden giden su miktarıyla gösterir. Volumetredeki su gidişleri 0.5 cm³ kadar rahatlıkla gözlenebilir. İlave göstergelerle bu hassasiyet artırılabilir. 

b-Prob: Metalik bir silindirin iç içe geçirilmiş 2 lastik kılıf ile kaplanmasıyla oluşan probe, iki hücreden oluşur. Muhafaza Hücresi olarak adlandırılan dış kısmındaki koruyucu hücre kuru hava, CO₂, nitrojen gazı gibi tüpten gelen gazlarla dolar (deney enasında). İç kısımdaki Merkezi hücre ise su ile dolar. Bu iki hücre birbiri ile bağlantılı olup aynı basınç ile yüklenirler.

İstenen deney kotuna yerleştirilen ve radyal olarak genişleyen silindirik sondanın değişik çap ve uzunlukta olanları mevcuttur (Tablo1).

 Tablo 1: Standart Menard Probları

c-İletim Hortumları: Probe ile kontrol ünitesi arasındaki bağlantıyı sağlayan iletim hortumları iç içe iki ayrı boru halinde imal edilmiştir. İçteki boru saf su dıştaki boru gaz iletir.

d-Tüp: Sistemin sirkülasyon basıncı için sıkıştırılmış kuru hava, azot veya karbondioksit gazı kullanılabilir.

4.1. Cihazın Kalibrasyonu

a-) Probun Boşaltılması: Prob içerisinde, ve su hortumu içerisinde olabilecek havanın boşaltılması işlemidir.

b-) Basınç Kaybı Testi: Probun lastik kısmının az da olsa direnci vardır. Bu direnç için kullanılan basınç değerinin deneyin yapıldığı zemine verilen basınç içine dahil edilmemesi için kuyu içine prob sokulmadan, açık havada, toplam suyun (700 cm³) proba gidebileceği kadar basınç verilerek deney yapılır. Bu basınç değerleri daha sonra deneyde oluşturulan basınç deneylerinden çıkarılır.

c-) Hacim Kaybı Testi: Tüm su hattı boyunca oluşabilecek hacimsel bir genişleme deney sonuçlarını etkileyebilecektir.. Bu nedenden dolayı kuyu çapında yapılmış kalibrasyon cihazı içerisine prob sokularak, test, prob kuyuya sokulmadan önce deney yapılır. Çelik kalibrasyon cihazı içinde basınç karşılığında oluşan hacimsel genleşme verileri grafiklenir. Prob kuyu kotuna indirilir. Ve deney yapıldıktan sonra çelik muhafaza içinde alınan volumetre değerleri, deney volumetre değerlerinden çıkarılarak cihaza ait hacimsel genleşme elimine edilir.

d-) Diferansiyel Basınç Farkı: Merkezi Hücre (su) ve muhafaza hücreleri (gaz) arasındaki basınç farklılıkları ve etkileri elimine edilmelidir. Hatasız bir test konumunda merkezi hücrenin tamamıyla zemine yapışması gerekmektedir.

Yüzeyde (monitoring box seviyesinde) gaz hücresi basıncı ile merkez hücre basıncı arasındaki fark 0.5 bar olarak ayarlanmalıdır. Esas amaç prob ve hortumlardaki hidrostatik su basıncını elimine etmektir.

5. PRESİYOMETRE DENEYİNİN YAPILIŞI:

Genel kural olarak pressiyometre deneyi sondaj işleminden hemen sonra yapılmalıdır. Yapılacak araştırmanın niteliğine bakılmaksızın derinliğin bir fonksiyonu olarak direnç parametrelerinin değişimlerinin daha ayrıntılı olarak metre metre yapılmalıdır. Kural olarak etüd edilen üst yapının genişliğinin yaklaşık iki katı derinliğe kadar her metrede deney yapılır.

Kalibrasyonu daha önce yapılmış olan prob test zonuna yani kuyu içine indirilir ve basınçlı hava (CO₂, vb) ile şişirilir. Probun şişmesi dolayısıyla ile boşluğun genişlemesini sağlamak için gaz tüpünden dedantör yardımı ile ölçme hücresine eşit aralıklar ile (1,2,3 bar) arttırılan basınçlar uygulanır. Arttırılan her basınç seviyesinde, sabit bir zaman aralığına kadar (genellikle 1 dakika) beklenilir. Belirlenen bu zaman aralığında her basınç artışı (Pm) için ölçme hücresindeki hacim değişimleri (Vm) volumetreden kaydedilir. Boşluk hacminde oluşan bu artış kuyunun yalnız radyal olarak genişlemesi şeklindedir. Sonda, o şekilde dizayn edilmiştir ki boşluk boyunda değişme olmaz. Bir deney zonuna en az 10 kademelik basınç uygulanır. Böylece bir deney yaklaşık olarak 10-15 dakika sürer. Bu ise kilde drenajsız, serbestçe drene olan kum ve çakılda ise drenajlı deney yapmak anlamına gelmektedir. Bir yapının inşasını, temel zemininde süratli, yani drenajsız bir yükleme durumu yaratacağının kabul edilebileceği hatırlanırsa sonuçların önemi kavranabilir.

Kayıtların alımından sonra hacim ve basınç artan değerleri üzerinde gerekli düzeltmeler yapılır. XY Koordinat sisteminde X ekseni artırılan basınç kademelerini (bar, kg/cm²), Y ekseni de bu kademelerde oluşan hacim değişimlerini (cm³) gösterecek şekilde basınç-deformasyon eğrisi çizilir. Başlangıçtan sonra eğrinin ilk noktanın apsisi, verilen basınç artması ile sondanın zemine oturması ve zeminin Po basıncına tekabül eder. Daha sonra eğri lineer artış gösterir. Bu safhaya elastik safha olarak adlandırılır. Bu safhadan sonra eğri yükselmeye başlar ve P_L (Limit basınç) ile tariflenen sınır basıncına ulaşır. Bu safhaya da “plastik safha” denir. Limit basınç (P_L) hacim artışlarının sonsuza vardığı noktadır ki, zeminin teorik olarak “Nihai taşıma gücüne” tekabül eder. 30 ve 60 saniyelik aralıklardan hacim değişimleri aynı grafikte gösterilerek “Akma Eğrisi” (Creep Curve) elde edilir. Akma eğrisinin yukarıya doğru kırıldığı nokta (Pf) akma basıncıdır. Genellikle elastik safhanın üst sınırına tekabül eder.

6. PRESİYOMETRE DENEYİ SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ:

Elde edilen kayıtlardan basınç-deformasyon eğrisi çizilir. XY koordinat sisteminde X ekseni basınç kademelerini, Y ekseni de bu basınç kademelerinde oluşan hacim değişimlerini (cm3) göstermektedir.

Her deney için çizilen eğrilerden, zeminin ana mekanik özellikleri hesaplanır. Bunlar da Menard Elastisite Modülü (E_M) ve zeminin yenilmesi halinde Limit Basınç (P_L) dir. Başlangıçtan sonra eğrinin ilk kırılma noktasının ordinatı, verilen basınç ile probun zemine oturması ve zeminin Po basıncına karşılıktır. Daha sonra eğri lineer bir artış gösterir. Eğrinin bu kısmı elastik evreye aittir. Bu evreden sonra eğri yükselmeye başlar ve P_L olarak tanımladığımız Limit basınç ile son bulur. Bu evreye plastik evre adı verilir (Şekil 1).

Limit basınç (P_L) silindirik bir boşluğun çeperindeki artan üniform basıncın etkisi altında kalan bir zeminin yenilmesinin  sınır durumuna karşılıktır ve zeminin teorik olarak Nihai Taşıma Gücünü temsil eder. Bu değer temel karakteristik pressiyometre yöntemlerine göre yapılan duraylılık analizlerinde kullanılır.

6.1. Elastisite Modülü (E) nün hesaplanması

Elastik bir ortamda, silindirik bir boşluğun radyal genişlemesi sırasında P artması ile çapta meydana gelen r değişmesi ilkesinden hareketle, Menard Elastisite Modülü şu bağıntıdan hesaplanır.

                E=K. ∆P / ∆V

K=(1+μ)2(Vo+Vm) dir.

∆P, Pressiyometre deney eğrisinde, Elastisite Modülü hesaplamasında kullanılan, lineer kısmındaki basınç farkıdır, Basınç kalibrasyonu yapılmalı yani Pi değeri de hesaba katılmalıdır.

Vo; Probun şişirilmeden önceki ilk hacmi dir.

Vm; eğrinin lineer kısmında prob’a verilen ortalama hacimdir.

μ; Poisson oranıdır (0,33) alınabilir.

Böylece E=2,66 (Vo+Vm) ∆P- ∆Pi / ∆V bağıntısı bulunur.

6.2. Limit Basınç (P_L) nin bulunması

Limit basınç teorik olarak zeminde açılmış olan silindirik boşluğun volumetredeki maksimum düşümü sağladığı basınç değeridir. Limit basınç, jeoteknik bilginin çok önemli bir parçasıdır. Temel niteliklerinden üçü şunlardır;

Elastisite modülü (E_M) ve Limit Basınç (P_L) değerlerinin kayaçların ve zeminlerin türlerine göre genel değişim aralıklarının önceden bilinmesi yapılacak olan Pressiyometre deneylerinde kolaylıklar sağlamaktadır. Bu nedenle deney öncesi bazı ön fikirlere sahip olabilmek için bu değerlerin bilinmesi yararlıdır. Bazı litolojilerin Elastisite Modülü ve Limit Basınç değerleri Tablo-2 de görülmektedir.

Tablo 2: Yapılan deneyler neticesinde elde edilen veri aralıkları

7. PRESİYOMETRE VERİLERİ İLE TAŞIMA GÜCÜNÜN HESABI

Yapılarda aranan şartlardan birisi, yapıdan gelecek yüklerin zemin tarafından emniyetle taşınmasıdır. Zeminin taşıma gücü pressiyometre deneyinden elde edilen P_L yardımıyla doğrudan hesaplanabilir.

σz=kxP_L*

Emniyetli taşıma gücü ise

σzemin=σz* / GS

Denklemdeki P_L (limit basınç), pressiyometre deneyinden elde edilir. GS ise emniyet faktörü olup yapının önem ve büyüklüğüne bağlı olarak seçilir. Taşıma kapasitesi faktörü (k) ise, zemin cinsi, temel derinliği, zemin direnci ve temel şekli gibi değişenlere bağlı olarak bulunur. Genellikle zemin içerisindeki P_L değeri derinlikle değişir. Bir doğal zemin yapısı homojen olmadığı için kilden kuma her cins zemin ile karşılaşılabilir. Bununla birlikte zemin cinsi değiştikçe gerilmelerde değişir. Tasarımda tüm zemini temsil eden tek bir (P_L)c değerinin hesaplanması gereklidir. Burada P_L değerindeki değişimin çok büyük olmaması gereklidir. Menard tarafından önerilen bir yöntemde bir temelin içerisinde etki ettiği bölge temel tabanının 1,5 B aşağısı olarak kabul edilmekte ve (P_L)c nin değeri bu bölge içerisinde bulunan P_L* değerlerinin geometrik ortalaması olarak alınmalıdır. Bu durumda (P_L*)c değeri;

(P_L*)c=((P_L*)1x(P_L*)2…….x(P_L*)ix…….x(P_L*)n)1

k=Taşıma katsayısı faktörü aşağıda tablodan da bulunabilir;

Kohezyonlu zeminler    K=1,0 + 0,4(2R/L)

Az kompak taneli zeminler   K=1,1 + 0,45(2R/L)

Kompak taneli zeminler    K=1,2+ 0,8 (2R/L)

(R=B/2)’dir. B= Temel genişliğidir.

Örnek Hesaplamalar

1- Presiyometre elastisite modülü (Ep) hesabı için bir örnek:

Ep=2(1+μ)(Vo+Vm)∆P/∆V

K=2(1+μ)(Vo+Vm)

Ep=K∆P+ ∆V

μ= Poison oranı=0,33 alınır

Vo=probun hacmi=535 cm³ alınır.

Vm=elastik safha hacim artış ortalaması=(235+189)/2=212 cm³

∆V= Eğrinin elastik safhasındaki hacimler farkı=235-189=46 cm³

∆P*= Eğrinin elastik safhasındaki basınçlar farkı= 8-2=6 kg/cm²

∆Pi= Eğrinin elastik safhasındaki kalibrasyon basınçları farkı= 1,05-0,9=0,15 kg/cm²

Formule rakamları koyduğumuzda

Ep= 2(1+0,33)(535+212)(5,85/46)

Ep=2,66(747)(5,85/46)=1987,02(5,85/46)=252,69=253 kg/cm²

2 - Presiyometre deneyi verilerinden taşıma gücü hesabı için bir örnek;

B=2m  ve L=2.0 m olan ve Pl*=13.06 kg/cm² olarak hesaplanan bir temelin pressiyometre metodu ile taşıma gücü hesabı:

(P1*)c’nin hesabı

Limit Basınç=PL=17.6

Net Limit Basınç=Pl*=Pl-Po=15.06-2.00=13.06 bulunur.

K=(1.0+0.4(2R/L))

B=2.00 M, L=2.00 M

K=1.4 bulunur.

σz*=1.4*13.06=18.284

Zeminin taşıma gücü, qemn=18.284/3= 6.09

Presiyometre Deneyine Göre Taşıma Gücü Hesabı-2

Presiyometre deney sonuçlarına göre yapılan hesaplamalarda ilk önce eşdeğer limit basıncı hesabı yapılır;

                Eşdeğer Limit Basıncı Hesabı (P_Le);

                P_Le = Eşdeğer limit basıncı (P_L – P_o) (kg/cm²)

                P_L1 = Net limit basıncı (1. ölçüm)

                P_L2 = Net limit basıncı (2. ölçüm)

                P_Ln = Net limit basıncı (n. ölçüm)

                Daha sonra zeminin taşıma gücü hesabına gidilir;

                q = q_o + k (P_L – P_o)

                q_o = Df . g

                q = Zeminin taşıma gücü (kg/cm²)

                k = Df / B’ye bağlı katsayı (0,8 ile 1,2 arasında değişir, genelde 0,8 alınır)

                Df = Temel derinliği (cm)

                g  = Birim hacim ağırlığı (g/cm³)

                (P_L – P_o) = Eşdeğer limit basıncı

                Eğer yeraltı suyu temel seviyesinde ise 0,5 il çarpılır(yeraltı suyu düzeltmesi).

                q_em = q / Gs

                Gs = Güvenlik katsayısı (3 alınır)

                Örnek: Presiyometre sonuçlarına göre taşıma gücü hesabı

Keywords: Presiyometre, presiyometre, PRESİYOMETRE, pressiyometre, presiometre, pressuremeter, presiyometre deneyi, presiyometre deneyi pdf, presiyometre deneyi nedir nasıl yapılır yapan firmalar, presiyometre cihazı, presiyometre ile taşıma gücü hesabı, presiyometre deneyi yapılışı, presiyometre deneyi amacı, presiyometre sunum, presiyometre deneyi hangi zeminlerde yapılır, presiyometre deneyi sonuçları, presiyometre eğitimi, pressuremeter test, presiyometre deneyi avantajları, presiyometre deneyi hesaplamaları, presiyometre deneyi yapan firmalar, presiyometre deney föyü, presiyometre cihazı fiyatları,  presiyometre yazılım, presiyometre program, presiyometre hesaplama, pressuremeter software

KAYNAKLAR 

1-         Apageo Segelm (Menard Materials)., “Training on the Pressoremeter Test Principle” .

2-         Baquelin, F.,Jesequel,J.F.and Shields, D.H., “The Pressuremeter and Foundation Engineering”, 1^st Edition, Transtech,. Publications, Switzerland, 1978.

3-         Erdoğan , Hüseyin., “Zemin ve Kaya Mekaniği  Arazi Deneyleri”, Mühendislik Jeolojisi Toplantısı-5., 9-14 Haziran 1980, DSİ Yalova Tesisleri.

4-         Ervin, M.C.”In-situ testing for geotechnical Investıgatıonsé, safa 49-53.

5-         Gürsoy, N., Kayabaşı, A., “Mersin Belediyesi Kanalizasyon Projesi Arıtma Tesisleri Zemin Araştırma Sonuçları”. EİEİ Yayın No:95-4

6-         Mair, R,J. And Wood. D. M. “Pressuremeter Testing Methods and Interpretatıon” CIRIA Series, Butterworths, 1987.

7-         Menard, L., “The Determination Of The Bearing Capacity And Settlement Of Foundations From Pressuremeter Tests “, Proc. 6th Int.Conf.SMFE, Montreal, V.2,295 Sayfa,1965

8-         Menard, L., “The Interpratatıon and Applıcatıon of Pressuremeter Test Result”, Soil-Soils, V.26, sayfa 1-43, 1975.

9-         TMMOB, Jmo, Jeoteeknik Etüd Semineri III Presiyometre Deneyi Notları. Kasım 2001 

10-       Ülker, S.”Pressiiyometre Deneyleri” EİEİ, Nisan 1988

11-       Yıldız,A., Laman, M., “Pressiyometre Verilerinden Yararlanarak Temellerin Tasarımı”. Akdeniz Zemin 96. 28-30 Kasım, Akdeniz Üniversitesi Antalya.