Zeminin taşıma gücü nedir ?

Zeminin taşıma gücü , basitçe ifade etmek gerekirse; zeminin, üzerine inşa edilen yapının ağırlığını (yükünü) göçmeden veya aşırı oturma yapmadan taşıyabilme kapasitesidir.

Geoteknik mühendisliği açısından değerlendirirsek

1. Temel Kavramlar

Zeminin taşıma gücünü anlamak için iki temel tanımı birbirinden ayırmak gerekir:

• Nihai Taşıma Gücü (q_ult - qk): Zeminin kayma kırılması  yaşamadan hemen önce taşıyabileceği maksimum birim yük değeridir. Bu noktada zemin artık yükü taşıyamaz ve göçme meydana gelir.
• Emniyetli Taşıma Gücü (q_emn - qt): Nihai taşıma gücünün belirli bir Güvenlik Sayısına (Gs) bölünmesiyle elde edilen, projelendirmede kullandığımız değerdir.

        qt=qk/Gs

(TBDY2018’e göre bu değer en az 1.4 olarak alınır.)

2. Zemin Yenilme (Kırılma) Mekanizmaları

Bir temele aşırı yük bindiğinde zemin üç farklı şekilde yenilir. Mühendis olarak zemin türüne (sıkı kum, gevşek kum, yumuşak kil vb.) göre hangi kırılmanın beklendiğini öngörmemiz gerekir.

1. Genel Kayma Kırılması (General Shear Failure): Sıkı kumlarda ve sert killerde görülür. Yük altında net bir kayma yüzeyi oluşur ve zemin aniden göçer. Temel etrafında zemin kabarması gözlenir.
2. Yerel Kayma Kırılması (Local Shear Failure): Orta sıkılıkta kumlarda görülür. Kayma yüzeyleri tam olarak yer yüzüne ulaşmaz. Belirgin bir kabarma yerine, temel zemine gömülmeye başlar.
3. Zımbalama Kırılması (Punching Shear Failure): Gevşek kumlarda ve yumuşak killerde görülür. Temel, bir zımba gibi zemini delerek aşağı iner. Etrafta kabarma olmaz, sadece düşey bir çökme yaşanır.

3. Taşıma Gücünü Etkileyen Parametreler (Terzaghi Yaklaşımı)

Karl von Terzaghi'nin geliştirdiği ve halen temel alınan teoriye göre, taşıma gücü şu üç ana bileşene bağlıdır:

qt = c Nc + q Nq + 0.5 γ B Nγ

Bu formüldeki parametrelerin mühendislik yorumu şöyledir:

• Kohezyon (c): Killi zeminlerin birbirine tutunma gücüdür. Kil oranı arttıkça bu terim taşıma gücüne büyük katkı sağlar.
• İçsel Sürtünme Açısı (φ): Kumlu ve çakıllı zeminlerde tanelerin birbirine sürtünme direncidir. Bu açı ne kadar yüksekse (Nc, Nq, Nγ katsayıları buna bağlı artar), zemin o kadar çok yük taşır.
• Birim Hacim Ağırlık (γ): Zeminin yoğunluğudur.
• Temel Geometrisi (B ve Df): Temel genişliği (B) ve temel derinliği (Df) arttıkça taşıma gücü artar. Yani daha geniş ve daha derin temeller daha güvenlidir.
• Yeraltı Su Seviyesi: Mühendislik açısından en kritik dış etkendir. Su seviyesinin temel tabanına yükselmesi, efektif gerilmeyi düşürür ve taşıma gücünü yaklaşık %50 oranında azaltabilir.

4. Geoteknik Mühendisliği Açısından Kritik Yorumlar

A. Taşıma Gücü vs. Oturma

Mühendislikte sık yapılan bir hata, sadece taşıma gücüne odaklanmaktır. Bir zemin, yapının yükünü kırılmadan taşıyabilir  ancak bu sırada 10 cm oturma yapabilir.

Zemin yükü rahatlıkla taşısa bile, yapacağı milimetrik hareketler binanızı kullanılamaz hale getirebilir. Bu yüzden temelinizi tasarlarken sadece zeminin taşıma gücüne değil, oturma limitlerine göre karar veriyoruz

Önemli Not: Üstyapı için aşırı oturma kabul edilemez. Bu nedenle, projelendirmede kullanılan değer, genellikle taşıma gücü sınırı ile değil, izin verilen oturma sınırı (örneğin 25mm) ile belirlenir.

B. Zemin İyileştirme İhtiyacı

Eğer hesaplanan zemin taşıma gücü değeri, yapının temel taban basıncından düşükse, zemin bu yükü taşıyamaz. Bu durumda üç yol izlenir:

1. Temel boyutlarını büyütmek: Yükü daha geniş alana yayarak basıncı düşürmek (Radyo temel kullanımı vb.).
2. Derin temel (Kazık) kullanımı: Yükü yüzeydeki zayıf tabakadan alıp derindeki sağlam tabakaya aktarmak.
3. Zemin iyileştirme: Jet grout, taş kolon veya enjeksiyon yöntemleriyle zeminin c ve φ değerlerini artırmak.

C. Arazi ve Laboratuvar Deneylerinin Önemi

Taşıma gücü masa başında tahmin edilemez. Mutlaka şu verilerle desteklenmelidir:

• SPT (Standart Penetrasyon Testi): Arazide zeminin sıkılığını ölçer. N darbe sayısı arttıkça taşıma gücü artar.
• CPT (Koni Penetrasyon Testi): Daha hassas zemin profili verir.
• Üç Eksenli Basınç Deneyi: Laboratuvarda c ve φ değerlerini en gerçekçi simüle eden deneydir.