Bu yazımızda derin temellerden biri olan; kazıklı temelleri genel olarak tanıtacağız ve yüzeysel olarak temel taşıma gücü prensiplerinden bahsedeceğiz. Daha sonraki yazılarımızda ise kayaya soketlenen kazıklar, kazıklarda negatif çevre sürtünmesi, tekil ve blok oturma gibi hususları ele alacağız.
İçindekiler
Temel Kazıkları
Temel kazıklarının başlıca fonksiyonu; üst yapı yüklerini ihtiyaca cevap vermeyen zemin tabakalarını atlayarak daha derinde bulunan tabakalara transfer etmek, bu sayede derindeki zeminlerin yüksek kayma mukavemeti ve rijitliğinden faydalanarak bilhassa ağır ve kritik yapılar için söz konusu olabilecek taşıma kapasitesi ve oturma problemini çözerek bunlar için yeterli güvenliği sağlamaktır.
- Kazıklar eksenel (basınç-çekme) ve/veya yatay yüklere maruz kalırlar.
- Yatay yükler statik durumda iken kazıklar aktif (şekil1.a) veya pasif (şekil1.b) durumda olabilirler.
- Yatay yükler(dinamik) altında iken atalet ve kinematik yükler oluşur.(şekil2)
- Vs2>>Vs1 ise tabakalar arası kontrast bölgesinde iç kuvvetler artar buna kinematik etkileşim denir. Bu bölge bilhassa plastik mafsal oluşumu için önem arz etmektedir.
Kazıklı Temellerin Sınıflandırılması
Kullanılan Malzemeye Göre
- Ahşap Kazıklar
- Betonarme Kazıklar
- Prekast(önceden dökme) Betonarme Kazıklar
- Çelik Kazıklar
- Kompozit Kazıklar
Yapım Şekline Göre
- Çakma Kazıklar (Şekil3.a)
- Çakma Yerinde Dökme Kazıklar(Vibro,vibreks,franki vs) (Şekil3.c)
- Fore(sondaj) Kazıklar (Şekil3.b)
Kazıklı Temellerin Kullanım Alanları Ve Amaçları
Kazıklı temeller genellikle şu amaçlar ve hedefler doğrultusunda kullanılmaktadır:
- Yapı yüklerinin güvenli bir şekilde zemine aktarılması(şekil4.a)
- Oturmaların sınırlandırılmasında
- Şev hareketlerinin engellenmesinde
- Kaldırma kuvveti ve yatay zemin hareketlerinin karşılanmasında(şekil4.b)
- Su içerisinde yapılan köprü ayakları ve liman yapılarında(şekil4.d)
- Sıvılaşmanın olduğu zemin tabakasının altındaki zemin tabakasına yüklerin aktarılmasında
- Rüzgar ve deprem etkilerine karşı dayanma yapılarında bu etkilerin karşılanması amacıyla
- Gevşek zeminlerin daha sıkı hale getirilerek iyileştirilmesinde
- Rüzgar türbinlerinde ve petrol platformlarında(şekil4.c)
Kazıklı Temellerin Temel Analiz Prensipleri
Kazıklı temellerde temel olarak dikkate alınacak iki husus vardır. Birincisi taşıma gücü, ikincisi oturma hususudur. Ayrıca oluşacak farklı oturmalarında izin verilen sınırlar içinde olmasına mutlaka dikkat edilmelidir.
Tekil Kazıklar İçin Taşıma Gücü Hesap Prensipleri
Kazıkların taşıma gücünü belirleyen iki direnç vardır. Bunlar; sürtünme direnci ve uç dirençleridir. Zeminin özelliklerine göre literatürde hesap için farklı yöntemler bulunsa da temel prensip birim sürtünme direnci ile sürtünme alanını çarparak sürtünme direncini, birim uç direnci ile uç direncin etkiyeceği alanı çarparak uç direnci bulmaya dayanır.
Kohezyonsuz Zeminler İçin Sürtünme Direnci
Sürtünme direnci: Qsi=qsi . Asi
qsi: Herhangi bir kohezyonsuz zemin tabakasında birim sürtünme direnci
Asi: Tabaka içinde kazık yüzey alanı
qsi=Ksi*σ’vi_ort*tanØsp_i
Ksi : Yanal zemin basıncı katsayısı
σ’vi_ort: Tabaka içinde ortalama efektif düşey gerilme
tanØsp_i: Tabaka içinde kazık-zemin sürtünme açısı
Yanal zemin basıncı katsayısı kazık yapım yöntemine ve zeminin başlangıç sıkılığı ile türüne bağlıdır. Tabaka içindeki ortalama efektif düşey gerilme ise üstte yer alan tabakaların birim hacim ağırlığı ile yeraltı su seviyesine (YASS) bağlıdır. Kazık-zemin arasındaki sürtünme açısını kazığın imal edildiği malzeme ve zemin türü belirler.
Birim sürtünme direnci kazık-zemin ara yüzünde mobilize olan kayma mukavemeti olarak tanımlanabilir. Bunun hesaplanabilmesi için öncelikle tabaka ortasındaki efektif gerilmenin yatay gerilmeye çevrilmesi gerekir. Bunun için ise Tablo.1’deki değerler kullanılabilir :
K0=(1-sinØ)*OCR^ sinØ ‘dir!
Kazık-zemin arası sürtünme açısı ideal olarak kesme kutusu deneyinden belirlenir. Deney hücresinin alt yarısına kazık malzemesi, üst yarısına ise zemin örneği arazideki sıkılıkta yerleştirilir. Sahada beklenen yatay gerilme seviyelerinde normal kuvvetler uygulanarak kesme kutusu deneyleri yapılır. normal gerilme-kayma gerilmesi grafiğinden Øsp belirlenir.
Bu yol takip edilmek istenmezse literatürde bulunan Tablo2.a ve Tablo2.b deki değerler kullanılabilir.
Çakma kazıklar ve çakma-yerinde dökme kazıklar gevşek ve orta-sıkı kohezyonsuz zeminlerde sıkışma etkisi yaparlar (büyük deplasman kazığı etkisi). Sıkı kumlara ise kazık çakımı çoğunlukla mümkün olmaz.
Kumlu zeminlerde imal edilen sondaj kazıkları zeminde önemli ölçüde gevşeme ve örselenme meydana getirir. Bu nedenle gerek uç gerekse sürtünme direnci hesabında zeminin kazık yapımı öncesi sıkılık durumuna bakılmaksızın içsel sürtünme açısının 28-30 dereceyi geçmemesi geçiyorsa bu civarda alınması tavsiye olunur. Sondaj muhafaza borusu ile değil de foraj süspansiyonu ile yapılırsa aşağıdaki hususlara riayet edilir:
Bentonit süspansiyonu : q*s=(0.7-0.9)qs
Polimer süspansiyonu : q*s: bentonitli forajdan daha yüksek olması beklenir.
Kohezyonlu Zeminler İçin Sürtünme Direnci
Sürtünme direnci: Qsi=qsi*Asi
qsi: Herhangi bir kohezyonlu zemin tabakasında birim sürtünme direnci
Asi: tabaka içinde kazık yüzey alanı
qsi= α*su
α : Amprik adhezyon faktörü
su : drenajsız kayma mukavemeti
α nın bulunası için Şekil.6 daki abak kullanılabilir;
Drenajsız kayma mukavemeti(Su) üç eksenli basınç deneyinden (UU), tek eksenli basınç deneyinden, arazi Veyn deneyinden ve korelasyonlardan bulunabilir. Bu korelasyonlar içinde suya doygun normal konsolide killer (NC kil) için en uygunu (su/ σ’vi_ort =0.2-0.45 σ’vi_ort:tabaka içinde ortalama efektif düşey gerilme) bağıntısıdır. Katı killer için laboratuvar deney sonucunu veya SPT/CPT korelasyonlarını kullanmak gerekir. Katı killer için presyometre deneyi de yapılabilir.
Kohezyonsuz Zeminler İçin Uç Direnci
Kazık uç direnci sürtünme direncine benzer şekilde birim uç direnci ve kazık ucunun alanı ile çarpılarak bulunur:
Qb=qb*Ab
qb: Birim uç direnci olup qb=N*q*σ’v_uç
Ab: Kazık ucunun kesit alanı
Birim uç direnci incelendiğinde bunun taşıma kapasitesi faktörü (N*q) ve kazık ucundaki efektif gerilmenin (σ’v _uç) çarpımına eşit olduğu görülür. İlk bakışta doğrusal bir ilişki izlenimi veren bu yaklaşımda kapasitedeki artışın derinlikle doğrusal olmayan bir tarzda azalışı taşıma kapasitesi faktörüne yansıtılmaktadır.
Uç direncinin doğrusal olmayan artışı suya doygun ve kuru kumlar için aşağıda şekil.7 vasıtasıyla gösterilmektedir:
Taşıma kapasitesi faktörü(N*q) Berezantsev veya Brinch-Hansen eğrileri kullanılarak (Şekil.8)bulunabilir:
Kohezyonlu Zeminler İçin Uç Direnci
Qb =Nc*su_ort *Ab
Nc*su_ort gerçekte birim uç direncidir. Kazık kil tabakasına 5B soketlendiği takdirde kazık ucundan 5B yukarıya, 5B aşağıya doğru olan kısımdaki ortalama drenajsız kayma mukavemeti (su_ort) hesaplarda kullanılmalıdır.
Uç direnci hesabında kullanılan taşıma kapasitesi faktörü Nc=9.0 alınır. Bu parametre bilindiği üzere temel derinliği arttıkça asimptotik olarak 9.0’a yakınsamaktadır.(Şekil.9)
Taşıma Gücünün Bulunması
Tüm bu durumlar incelendikten ve hesaplandıktan sonra tekil kazığın taşıma gücü güvenlik faktörü yaklaşımına göre şu şekilde ifade olunabilir;
Burada ;
Qp: Tekil Kazık Taşıma Gücü
Qs: Toplam Sürtünme Direnci
Qb: Uç Direnci
Fs ve Fb : Global Güvenlik Faktörleri
W’kazık: Kazığın Efektif Ağırlığı
Burada bulunan Fs ve Fb Tablo3’den alınabilir;
Güvenlik faktörü yaklaşımı yerine TBDY18 bulunan ‘Karakteristik Yük Dayanımı Yöntemi’ de kullanılabilir.(TBDY 16.9.3.1 ; sayfa 351 incelemenizi tavsiye ederim.)
Güvenlik Faktörü Kullanımını Zorunlu Kılan Unsurlar
- Zeminin sıkışma ve mukavemet özelliklerinde doğal olarak gözlenebilecek değişimler.
- Takip edilen hesap yönteminin kendisinde bulunan belirsizlikler, yöntem geliştirilirken yapılmış olan kabuller.
- Kazığın yapılmış olduğu malzemenin emniyet gerilmesinin aşılmamasını temin etmek.
- Tek bir kazığın deplasmanı veya bir kazık grubunun toplam oturmasının izin verilen sınırlar içinde kalmasını sağlamak.
- Bir temel alanı içindeki komşu kazıkların veya kazık grupçuklarının birbirine göre rölatif deplasmanını izin verilen sınırlar içinde tutmak, bu sayede kazık başlığı ve üst yapıda öngörülmemiş iç kuvvetlerin oluşmasını engellemek.
Umarım sizin için faydalı bir yazı olmuştur. Konu hakkında daha fazla bilgi edinmek için benimle iletişime geçebilirsiniz.
NOT: Bu yazının kaynağı, Prof. Dr. Gürkan Özden’in Özel Temeller Ders Sunusu’dur. İçeriği oluştururken; metin, şekil, tablo ve görseller için kendisinden özel izin alınarak hazırlanmıştır.
