ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ Ahmet DEMİR
TEMEL MÜHENDİSLİĞİNDE ÇEKME DAYANIMININ İRDELENMESİ VE KAZIKLI TEMELLERİN ÇEKME DAYANIMININ ANALİZİ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
ADANA, 2006
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Ahmet DEMİR
YÜKSEK LİSANS TEZİ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
Bu tez / / 2006 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza:..................................... İmza:............................................ İmza:........................................... Prof. Dr. Mustafa LAMAN Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY Yrd. Doç. Dr. Hakan GÜNEYLİ DANIŞMAN ÜYE ÜYE
Bu tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır.
Kod No:
Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür
Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların
kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere
tabidir.
TEMEL MÜHENDİSLİĞİNDE ÇEKME DAYANIMININ İRDELENMESİ VE KAZIKLI TEMELLERİN ÇEKME DAYANIMININ ANALİZİ
I
ÖZ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
TEMEL MÜHENDİSLİĞİNDE ÇEKME DAYANIMININ
İRDELENMESİ VE KAZIKLI TEMELLERİN ÇEKME
DAYANIMININ ANALİZİ
Ahmet DEMİR
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
Danışman : Prof. Dr. Mustafa LAMAN
Yıl : 2006, Sayfa : 110
Jüri : Prof. Dr. Mustafa LAMAN
: Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY
: Yrd. Doç. Dr. Hakan GÜNEYLİ
Bu çalışmada, kum zeminlere inşa edilen kazık temellerin çekme kapasitesi
laboratuvar ortamında model deneyler yapılarak araştırılmıştır. Kazık temel olarak 17mm ve 34 mm çapında iki farklı metal kazık kullanılmıştır. Model deneylerde, temel boyutu, gömülme oranı, kum sıkılığı ve kum-kazık arasındaki yüzey sürtünmesinin kazık temellerin çekme kapasiteleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Gömülme oranı, temel boyutu, kum sıkılığı ve yüzey sürtünmesiyle kazık temelin çekme kapasitesinin arttığı görülmüştür.
Ayrıca, model deney düzeneği, sonlu elemanlar yöntemi kullanan PLAXIS bilgisayar programı ile modellenip analiz edilmiştir. Elde edilen deney sonuçları sayısal ve teorik sonuçlarla karşılaştırılmış ve gerekli öneriler yapılmıştır. Anahtar kelimeler: Kazık temel, yüzey pürüzlülüğü, çekme kapasitesi, zemin sıkılığı
II
ABSTRACT
MSc THESIS
AN INVESTIGATION OF UPLIFT RESISTANCE IN
FOUNDATION ENGINEERING AND THE ANALYSES OF
UPLIFT RESISTANCE OF PILE FOUNDATIONS
Ahmet DEMİR
DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING
INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES
UNIVERSITY OF ÇUKUROVA
Supervisor : Prof. Dr. Mustafa LAMAN
Year : 2006, Page : 110
Jury : Prof. Dr. Mustafa LAMAN
: Prof. Dr. M. Arslan TEKİNSOY
: Assist. Prof. Dr. Hakan GÜNEYLİ
In this study, uplift capacity of pile foundations embedded in sand was investigated by conducting laboratory model tests. Model pile foundations with 17mm and 34mm diameters were used in the tests. The parameters investigated for the uplift capacity of pile foundations include the length, diameter, embedment ratio and surface roughness of pile foundations and density of sand. It was observed that uplift capacity of pile foundation increased with increasing the embeddment ratio, dimensions of foundation, density of sand and surface roughness of pile foundations. On the other hand, the tests were modelled by using the finite element program PLAXIS. The experimental results were compared with the numerical and theoretical results and finally, some necessary suggestions for continuation of this work were put forward. Keywords: Pile foundation, surface roughness, uplift capacity, density of sand.
III
TEŞEKKÜR
Öncelikle, yüksek lisans tez konumun belirlenmesinde ve çalışmalarımda
beni yönlendiren ve benden yardımlarını esirgemeyen, danışman hocam sayın
Prof. Dr. Mustafa LAMAN’a teşekkürlerimi sunarım.
Ayrıca Yrd. Doç. Dr. Cafer KAYADELEN hocama ve Arş. Gör. Ali
DOĞAN olmak üzere diğer tüm araştırma görevlisi arkadaşlara teşekkür ederim.
Çalışmalarımda beni teknik yönden yalnız bırakmayan, İnşaat Mühendisliği
Laboratuvarı, Dekanlık Atölyesi ve Makine Mühendisliği Laboratuvarı personeline
teşekkür ederim.
Son olarak, her zaman bana destek olan ve yardımlarını esirgemeyen özellikle
dedem, babaannem ve aileme özel teşekkürlerimi sunarım.
IV
İÇİNDEKİLER SAYFA
ÖZ ................................................................................................................................. I
ABSTRACT................................................................................................................. II
TEŞEKKÜR................................................................................................................III
İÇİNDEKİLER .......................................................................................................... IV
SİMGELER VE KISALTMALAR...........................................................................VII
ÇİZELGELER DİZİNİ .............................................................................................. IX
ŞEKİLLER DİZİNİ..................................................................................................... X
1. GİRİŞ ....................................................................................................................... 1
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR........................................................................................ 4
2.1. Giriş................................................................................................................... 4
2.2. Sığ Temellerin Çekme Kapasitesi..................................................................... 4
2.2.1. Giriş ........................................................................................................ 4
2.2.2. Kum Zeminlerde İnşa Edilen Temeller .................................................. 5
2.2.2.1. Balla (1961) Teorisi................................................................... 5
2.2.2.2. Meyerhof ve Adams (1968) Teorisi .......................................... 8
2.2.2.3. Vesic (1965) ve Vesic (1971) Teorileri................................... 10
2.2.2.4. Saeedy (1965) Teorisi ............................................................. 13
2.2.3. Suya Doygun Kil Zeminlerde İnşa Edilen Temeller ............................ 15
2.2.3.1. Vesic (1971) Teorisi ................................................................ 16
2.2.2.2. Meyerhof (1973) Teorisi ......................................................... 17
2.2.2.3. Das (1978) Teorisi................................................................... 18
2.3. Çekme Kapasitesi Üzerinde Dolgunun Etkisi................................................. 18
2.4. Kazık Temellerin Çekme Kapasitesi .............................................................. 20
2.5. Zemin Çivilerinin Çekme Kapasitesi.............................................................. 33
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ................................................................................ 36
3.1. Giriş ................................................................................................................ 36
3.2. Deney Düzeneği ............................................................................................. 36
3.2.1. Deney Kasası........................................................................................ 36
3.2.2. Model Kazık Temel.............................................................................. 36
V
3.2.3. Yükleme Sistemi .................................................................................. 38
3.2.4. Yük Halkası.......................................................................................... 38
3.2.5. Düşey Deplasman Transduceri............................................................. 40
3.2.6. ADU (Data Kaydetme Ünitesi) ............................................................ 41
3.2.7. Titreşim Cihazı ..................................................................................... 41
3.3. Zemin Özellikleri ........................................................................................... 41
3.4. Deney Yöntemi............................................................................................... 43
3.4.1. Aletlerin Kalibrasyonu ......................................................................... 43
3.4.2. Deneyin Yapılışı................................................................................... 46
3.5. Deney Programı.............................................................................................. 46
3.6. Deney Sonuçları ............................................................................................. 47
3.6.1. Sıkılığın Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi........................... 47
3.6.2. Pürüzlülüğün Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi................... 50
3.6.3. Gömülme Oranının Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi ......... 52
3.6.4. Kazık Boyutunun Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi ............ 53
3.6.5. Sürşarj Yükünün Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi ............. 57
3.6.6. Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması................................................... 60
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ .............................................. 62
4.1. Giriş ................................................................................................................ 62
4.2. Sonlu Elemanlar Yöntemi .............................................................................. 62
4.3. PLAXIS Bilgisayar Programı......................................................................... 63
4.3.1. Zemin Modelleri................................................................................... 63
4.3.1.1. Lineer Elastik (LE) Zemin Modeli .......................................... 63
4.3.1.2. Mohr-Coulomb (MC) Zemin Modeli ...................................... 64
4.3.1.3. Hardening-Zemin (HZ) Modeli............................................... 64
4.3.1.4. Soft-Soil-Crep (SSC) Modeli .................................................. 64
4.4. Sonlu Elemanlar Analizi ................................................................................ 65
4.5. PLAXIS Bilgisayar Programı İle Analiz Sonuçları ....................................... 67
4.5.1. Hardening-Soil Zemin Modeli, (HZ) İle Analiz .................................. 67
4.5.2. Mohr-Coulomb Zemin Modeli, (MC) İle Analiz ................................. 69
4.5.3. Lineer Elastik Zemin Modeli, (LE) İle Analiz ..................................... 69
VI
4.6. PLAXIS Bilgisayar Programı İle Yapılan Analiz Sonuçlarının
Karşılaştırılması ............................................................................................. 72
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI .................... 76
5.1. Giriş ................................................................................................................ 76
5.2. Pürüzsüz Model Kazık Çekme Kapasitesinin Deneysel ve Teorik olarak
Karşılaştırılması ............................................................................................. 76
5.3. Pürüzlü Model Kazık Çekme Kapasitesinin Deneysel ve Teorik olarak
Karşılaştırılması ............................................................................................. 78
5.4. Teorik Yaklaşım ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması ............................ 80
5.4.1. Pürüzsüz Model Kazık Çekme Kapasitesinin Deneysel ve Teorik
Olarak Karşılaştırılması........................................................................ 80
5.4.2. Pürüzlü Model Kazık Çekme Kapasitesinin Deneysel ve Teorik Olarak
Karşılaştırılması.................................................................................... 84
6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ............................................................................... 89
6.1. Sonuçlar.......................................................................................................... 89
6.2. Öneriler........................................................................................................... 90
KAYNAKLAR .......................................................................................................... 92
ÖZGEÇMİŞ ............................................................................................................... 95
EKLER....................................................................................................................... 96
VII
SİMGELER VE KISALTMALAR
A : Temel alanı
As : Kazık gövdesinin yüzey alanı
A1 : Kazığın net çekme kapasite faktörü
B : Sığ dairesel temel çapı
c : Kohezyon
cu : Zemin drenajsız kayma mukavemeti
D : Kazık taban çapı
Df : Sığ temel gömülme derinliği
Dr : Kumun rölatif sıkılığı
DR : Geogrid çapı
Df/B : Sığ temel gömülme oranı
(Df/B)cr : Sığ temel kritik gömülme oranı
Es : Zeminin elastisite modülü
Eoed : Odometre yükleme rijitliği
Eur : Üç eksenli boşaltma-yükleme rijitliği
E50 : Üç eksenli yükleme rijitliği
Fc : Kil zeminlerin kopma faktörü
Fq : Kopma faktörü
fs : Kazık ortalama birim yüzey sürtünmesi
Ku : Nominal çekme katsayısı
Ka : Aktif zemin basınç katsayısı
Kp : Pasif zemin basınç katsayısı
Kb : Zemin sürtünme açısı ve gömülme oranına bağlı bir katsayı
Ko : Zemin basınç katsayısı
L : Kazık gömülme boyu
L/D : Kazık gömülme oranı
m : Zemin sürtünme açısına bağlı bir katsayı
m : Gerilme seviyesine bağlı üs değeri
n : Kopma faktörü sabiti
VIII
n : Kazık guruplarındaki kazık sayısı
p : Kazık kesitinin çevresi
Po : Vesic (1965) önerdiği temel çekme kapasitesi
P1 : İlave zemin basıncı
Pu(Net) : Düz bir kazığın net çekme kapasitesi
Pref : Referans basınç değeri
Qo : Kazığın net çekme kapasitesi
Qnet : Kazık net çekme kapasitesi
Qog : Kazık gurubundaki her bir kazığın net çekme kapasitesi
Qu : Temel çekme yükü
Qu : Kazık nihai çekme kapasitesi
Qug : Kazık guruplarının nihai çekme kapasitesi
R : Pürüzlülük faktörü
Rf : Göçme oranı
r : Yenilme yayının yarıçapı
W : Temel ve zemin ağırlığı
W : Kasa genişliği
Wg : Kazık gurubunun ağırlığı
W3 : Küresel boşluktaki zemin ağırlığı
α : Yenilme eğrisinin zemin yüzeyi ile yapmış olduğu açı
∆ : Düşey yer değiştirme
δ : Zemin ile kazık arasındaki sürtünme açısı
φ : Zemin içsel sürtünme açısı
γ : Zemin birim hacim ağırlığı
γk : Zemin kuru birim hacim ağırlığı
η : Kazık gurup etkisi
µ : Sıkışma faktörü
σv’ : Ortalama efektif gerilme
ψ : Dilatasyon açısı
ν : Zeminin poisson oranı
IX
ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA
Çizelge 3.1. Yük Halkası ........................................................................................... 39
Çizelge 3.2. Elek Analizi Sonuçları ........................................................................... 42
Çizelge 3.3. Yük Halkası Kalibrasyon Tablosu ......................................................... 44
Çizelge 3.4. Transducerlerin Kalibrasyon Tablosu.................................................... 45
Çizelge 3.5. Kazık Çekme Kapasitesinin Sıkılık, Pürüzlülük, Gömülme Oranı
ve Kazık Boyutu ile Değişimi................................................................ 54
Çizelge 3.6. Sürşarj Yükü, Sıkılık ve Gömülme Oranı Parametrelerinin Kazık
Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkileri ................................................... 59
Çizelge 4.1. Deney Kumu İçin Model Parametreler .................................................. 66
Çizelge 4.2. Pürüzlü ve Pürüzsüz Kazıkta Gevşek-Sıkı Kum İçin
HZ Analiz Sonuçları .............................................................................. 67
Çizelge 4.3. Pürüzlü ve Pürüzsüz Kazıkta Gevşek-Sıkı Kum İçin
MC Analiz Sonuçları ............................................................................. 69
Çizelge 4.4. Model Kazığın, ∆=0.03mm Deplasman Değeri İçin, Gevşek-Sıkı
Kum Koşulundaki LE Analiz Sonuçları ................................................ 71
Çizelge 4.5. Deney ile HZ ve MC Analiz Sonuçlarının Karşılaştırılması ................. 75
Çizelge 5.1. Pürüzsüz Kazıkta PLAXIS ve Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması................................................................ 76
Çizelge 5.2. Pürüzlü Model Kazıkta PLAXIS ve Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması ................................................................ 78
Çizelge 5.3. Pürüzsüz Model Kazıkta Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi
ile Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması ................................................ 81
Çizelge 5.4. Pürüzsüz Model Kazıkta Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi
ile Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması.................... ............................83
Çizelge 5.5. Pürüzlü Model Kazıkta Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi
ile Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması................................................ 85
Çizelge 5.6. Pürüzlü Model Kazıkta Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi
ile Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması ............................................... 87
X
ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA
Şekil 1.1. Yüksek Gerilim Hattı................................................................................... 1
Şekil 2.1. Çekmeye Maruz Sığ Temel (Das, 1999)...................................................... 5
Şekil 2.2. Sığ Dairesel Temeller İçin Balla (1961) Teori (Das, 1999)......................... 6
Şekil 2.3. F1+F3 Fonksiyonunun φ ve Df/B’ye Bağlı Olarak Değişimi
(Das, 1999)................................................................................................... 7
Şekil 2.4. Df/B ile Fq’nun Doğal Değişimi (Das, 1999) .............................................. 8
Şekil 2.5. Çekmeye Maruz Sürekli Temel (Das, 1999) ............................................... 9
Şekil 2.6. Vesic (1965)’in Genişleyen Boşluk Teorisi (Das, 1999)........................... 11
Şekil 2.7. Dairesel Temelde Vesic (1971)’in Genişleyen Boşluk Teorisi
(Das,1999) .................................................................................................. 12
Şekil 2.8. Saeedy’nin Dairesel Temeller İçin Önermiş Olduğu Kopma Faktörü,
Fq (Das, 1999) ............................................................................................ 14
Şekil 2.9. Çekmeye Maruz Suya Doygun Kil İçerisindeki Sığ Temel (Das, 1999)... 16
Şekil 2.10. Vesic (1971)’in Önerdiği Kopma Faktörü, Fc (Das, 1999)...................... 17
Şekil 2.11. Kum Dolgu İçerisinde Çekmeye Maruz Sığ Temeldeki
Yüzeysel Yenilme Mekanizması (Das, 1999).......................................... 19
Şekil 2.12. Kum Dolgu İçerisinde Çekmeye Maruz Sığ Temeldeki
Kama veya Birleşik Kayma Yenilme Mekanizması (Das, 1999) ............ 20
Şekil 2.13. Deneysel Düzenek (Ilamparuthi ve Dickin, 2001) .................................. 22
Şekil 2.14. Değişik Güçlendirme Düzenlemeleri ile Çekme davranışındaki
Değişim (Ilamparuthi ve Dickin, 2001) ................................................... 23
Şekil 2.15. Gurup Kazık Çekme Deney Sisteminin Şematik Diyagramı
(Das, 1986) ............................................................................................... 26
Şekil 2.16. Çekmeye Maruz Sığ Temel (Das, 1999).................................................. 28
Şekil 3.1. Deney Düzeneği......................................................................................... 37
Şekil 3.2. Deney Kasası ............................................................................................. 38
Şekil 3.3. Yük Halkası ............................................................................................... 39
Şekil 3.4. Düşey Deplasman Transducerleri .............................................................. 40
Şekil 3.5. ADU Cihazı ve Bilgisayar Data Logger Sistemi ....................................... 42
XI
Şekil 3.6. Titreşim Cihazı .......................................................................................... 43
Şekil 3.7. Yük Halkası Kalibrasyon Eğrisi ................................................................ 44
Şekil 3.8. Transducerlerin Kalibrasyon Grafikleri ..................................................... 45
Şekil 3.9. Kum Dolguların Kasa İçerisine Yerleştirilmesi......................................... 48
Şekil 3.10. D=17mm Çaplı Kazığın Sıkı ve Gevşek Kum Ortamında
Yük-Deplasman Eğrilerinin Karşılaştırılması.......................................... 49
Şekil 3.11. D=34mm Çaplı Kazığın Pürüzlülük Durumuna Bağlı
Çekme Kapasitesinin Değişimi ................................................................ 51
Şekil 3.12. D=34mm Çaplı Kazığın Gömülme Oranı (L/D) ile Çekme
Kapasitesinin Değişimi............................................................................. 52
Şekil 3.13. Çekme Kazıkların Nihai Taşıma Kapasitesi ile Kazık Temel
Boyutu Arasındaki İlişki ......................................................................... 53
Şekil 3.14. Pürüzlü Kazıkların Çekme Kapasitelerinin Kazık Çapı ve
Gömülme Oranı ile Değişimi................................................................... 55
Şekil 3.15. Pürüzsüz Kazıkların Çekme Kapasitelerinin Kazık Çapı ve
Gömülme Oranı ile Değişimi ................................................................... 55
Şekil 3.16. Pürüzlü Kazıkların Çekme Kapasitelerinin Kazık Çapı ve
Gömülme Oranı ile Değişimi ................................................................... 56
Şekil 3.17. Pürüzsüz Kazıkların Çekme Kapasitelerinin Kazık Çapı ve
Gömülme Oranı ile Değişimi ................................................................... 56
Şekil 3.18. Sürşarj Yükü Altındaki Model Çekme Kazığı......................................... 57
Şekil 3.19. Kazıkların Çekme Kapasiteleri ile Sürşarj Yükü Arasındaki İlişki ......... 58
Şekil 3.20. Gevşek Kumda ve Farklı Sürşarj Yükleri Altında Kazık
Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranına Bağlı Olarak Değişimi ........... 59
Şekil 3.21. Sıkı Kumda Sürşarj Yükü Altındaki Model Kazığın
Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranına Bağlı Olarak Değişimi ........... 60
Şekil 4.1. Model Zemin Ortamının Sonlu Elemanlar Ağı ......................................... 66
Şekil 4.2. Gevşek Kum İçin Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranı
L/D ile Değişimi ........................................................................................ 68
Şekil 4.3. Sıkı Kum İçin Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranı
L/D ile Değişimi ........................................................................................ 68
XII
Şekil 4.4. Gevşek Kum İçin Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranı
L/D ile Değişimi ........................................................................................ 70
Şekil 4.5. Sıkı Kum İçin Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranı
L/D ile Değişimi ........................................................................................ 70
Şekil 4.6. Gevşek Kum İçin Kum Sıkılığına Bağlı Kazık Çekme
Kapasitesinin Gömülme Oranı L/D ile Değişimi....................................... 71
Şekil 4.7. Gevşek kumdaki Pürüzlü Kazık Çekme Kapasitesinin, Farklı
Modellerle Karşılaştırılması....................................................................... 72
Şekil 4.8. Sıkı Kumdaki Pürüzlü Kazık Çekme Kapasitesinin, Farklı
Modellerle Karşılaştırılması....................................................................... 73
Şekil 4.9. Gevşek Kumdaki Pürüzsüz Kazık Çekme Kapasitesinin, Farklı
Modellerle Karşılaştırılması....................................................................... 73
Şekil 4.10. Sıkı Kumdaki Pürüzsüz Kazık Çekme Kapasitesinin, Farklı
Modellerle Karşılaştırılması .................................................................... 74
Şekil 4.11. Deney ile HZ ve MC Analiz Sonuçlarının Gömülme Oranı (L/D)
ile Değişimi.............................................................................................. 75
Şekil 5.1. Sıkı Kum İçin PLAXIS ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması............. 77
Şekil 5.2. Gevşek Kum İçin PLAXIS ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması ....... 77
Şekil 5.3. Sıkı Kum İçin PLAXIS ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması............. 79
Şekil 5.4. Gevşek Kum İçin PLAXIS ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması ....... 79
Şekil 5.5. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması.................................................................... 81
Şekil 5.6. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması.................................................................... 82
Şekil 5.7. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması.................................................................... 83
Şekil 5.8. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması.................................................................... 84
Şekil 5.9. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması.................................................................... 85
XIII
Şekil 5.10. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması.................................................................. 86
Şekil 5.11. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması.................................................................. 87
Şekil 5.12. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması ................................................................. 88
1. GİRİŞ Ahmet DEMİR
1
1. GİRİŞ
Günümüzde teknolojik gelişmeye paralel olarak, büyük ölçekli yapıların inşa
edilebilecek duruma gelmesi ile, temel sistemlerinin yeniden değerlendirilmesi
ortaya çıkmaktadır. Bu tip yapılarda, yapıdan zemine aktarılacak yüklerin çok büyük
değerlere ulaşması nedeniyle çoğu zaman, yüzeysel temeller ile temel sisteminin
çözümü mümkün olmamakta ve böyle durumlarda kazık temel sisteminin seçilmesi
zorunluluğu ortaya çıkmaktadır.
Kazık temeller genellikle basınç yükleri altında çalışırlar. Bazı durumlarda da
çekme kuvvetine maruz kalmaktadırlar. Bu durum özellikle yüksek gerilim hatları
(Şekil 1.1), haberleşme kuleleri (radyo ve televizyon kuleleri vb.), uzun fabrika
bacaları, deniz platformları (deniz yüzeyinde yapılmış rıhtım yapıları, su altındaki
platformlar ve dalgakıran yapıları gibi yapılar), otoban ve demiryollarındaki işaret
levhaları ve reklam panolarını taşıyan direkler ve boru hatları gibi özel yapıların
tasarımını yakından ilgilendirmektedir.
Şekil 1.1 Yüksek Gerilim Hattı
1. GİRİŞ Ahmet DEMİR
2
Söz konusu yapıların temelleri, suyun kaldırma kuvveti, kablo yükleri ya da
rüzgar kuvveti gibi dış etkilerden dolayı çekme kuvvetlerine maruz kaldığından, bu
tür yapıların temelleri çekme kapasitesi yönünden de irdelenmelidir.
Temel Mühendisliği, zemin mekaniği ve zemin dinamiği bölümlerine ayrılan
geoteknik mühendisliğinde, son 45 yıldır temellerin çekme (uplift) kuvvetleri ile
ilgili çalışmalar yer almakta olup, konu ile ilgili dizayn kriterleri geliştirilmektedir.
Çekme kazık temel sistemleri üzerine yapılan çalışmalar, basınç kazıkları üzerine
yapılan çalışmalara kıyasla oldukça azdır.
Bir gömülü ankraj veya çan kazığın çekme kapasitesi, genellikle temelin
kendi ağırlığı, serbest yüzey boyunca sürtünme direnci ve çan eğrisi üzerindeki
serbest bölge içerisinde kalan zeminin ağırlığından oluşmaktadır. Gerekli olan çekme
kapasitesi ancak temel boyutu, gömülme derinliği ve dolgu sıkılığı artırılarak elde
edilebilir.
Bir ankraj davranışının daha iyi anlaşılmasını sağlamak amacıyla bu
parametrelerin, kum içerisindeki temellerin çekme kapasitesi üzerindeki etkileri bir
çok araştırmacı tarafından incelenmiştir.
Giffels ve ark. (1960), Ireland (1963) ve Adams ve Hayes (1967) yayın hattı
kuleleri inşaatı için, ankrajlar üzerinde geniş ölçekli arazi deneyleri yapmışlardır.
Ankrajların davranışlarını daha iyi anlamak amacıyla Majer (1955), Balla (1961),
Downs ve Chieurzzi (1966), Baker ve Kondner (1966), Meyerhof ve Adams (1968),
Hanna ve Carr (1971), Hanna ve Sparks (1973), Das ve Seeley (1975a, b), Clemence
ve Veesaert (1977), Andreadis ve ark. (1981), Sutherland ve ark. (1982), Murray ve
Geddes (1987) ve Ghaly ve ark. (1991a, b) geleneksel olarak laboratuarda küçük
ölçekli model çalışmalar yapmışlardır. Ayrıca diğer araştırmacılardan Ovesen
(1981), Tagaya ve ark. (1983, 1988), Dickin (1988) ve Dickin ve Leung (1990, 1992)
santrifüj modelleme tekniğini geliştirerek tam ölçekli prototipler üzerinde istenilen
gerilme durumları için gerekli verileri elde etmişlerdir.
Teorik analizler ise, Vesic (1971)’in boşluk genişleme teorisini,
Chattopadhyay ve Pise (1986), Saran ve ark. (1986)’in sınır denge analizini ve Rowe
ve Davis (1982)’in elastoplastik sonlu eleman analizlerini içermektedir. Bu geniş
araştırma kaçınılmaz olarak farklı dizayn metotlarını ortaya çıkarmıştır. Dickin
1. GİRİŞ Ahmet DEMİR
3
(1988) ve Dickin ve Leung (1990) kum içerindeki ankraj plakalarının çekme
kapasitesini veren mevcut dizayn metotlarının büyük bir kısmını özetlemişlerdir.
Çekme ile ilgili ankraj davranışı üzerinde yeterince çalışma yapılmıştır
(Hanna ve ark., 1972; Khadilkar ve Gokhale, 1972; Radhakrishna, 1976; Das ve Jin,
1987; Ghaly ve Hanna, 1994; Hanna ve Ghaly, 1994).
Ancak güçlendirilmiş bir zemin yatağındaki ankrajların davranışı hakkında
daha az bilgi mevcuttur. Johnston (1986) TENSAR geogridlerinin çekme dayanımı
üzerinde, Subbarao ve arkadaşları (1988) ise, kuma gömülmüş ankrajları sabitlemek
için geotextil kullanarak, ankrajların çekme kapasitesindeki iyileşme üzerine
çalışmışlardır.
Bu çalışmada, kum zeminlere gömülü kazık temellerin çekme kapasitesi
model deneyler yapılarak araştırılmıştır. Kazık temel olarak D=17mm ve 34mm
çapındaki iki farklı metal kazık kullanılmıştır. Model deneylerde temel boyutu,
gömülme derinliği, kum sıkılığı ve kum-kazık arasındaki ara yüzey sürtünme açısının
kazık temellerin çekme kapasitesi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Ayrıca, model
deney düzeneği, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak modellenip, kum zeminlere
gömülü kazık temellerin çekme kapasitesi PLAXIS bilgisayar programı kullanılarak
analiz edilmiştir. Sonuç olarak deney sonuçları, hem kaynaklarda belirtilen teorik
yaklaşımlar ile hem de PLAXIS sonuçları ile karşılaştırılmıştır.
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
4
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
2.1. Giriş
Bu bölümde, temellerin çekme (uplift) kapasitesi ile ilgili önceki çalışmalar
yer almaktadır. Öncelikle sığ temellerin çekme kapasitesi üzerinde yapılmış olan
çalışmalara yer verilip, daha sonra, mevcut çalışmanın konusunu da içerisine alan,
kazık temellerin çekme kapasitesinin belirlenmesine yönelik deneysel ve teorik
çalışmalar sunulmuştur.
2.2. Sığ Temellerin Çekme Kapasitesi
2.2.1. Giriş
Temeller ve diğer yapılar özel koşullar altında çekme kuvvetlerine maruz
kalabilirler. Temellerin tasarımında, çekmeye karşı da yeterince güvenli tarafta
kalacak, güvenlik faktörlerinin seçilmesi gerekmektedir.
Günümüze kadar, kum ve kil zeminlere gömülü temellerin nihai çekme
kapasitesini tahmin etmek için, bir çok teori geliştirilmiş olup bu teorilerden
başlıcaları bu bölümde incelenmiştir. Çalışmalar iki ana başlık altında toplanacaktır.
1. Granüler zeminlerdeki temeller
2. Doymuş kil (φ=0) zeminlerdeki temeller
Genişliği B, gömülme derinliği Df olan bir sığ temelin nihai çekme kapasitesi
Qu, yenilme yüzeyi boyunca zeminin sürtünme dayanımı ile yenilme bölgesindeki
zeminin ve temelin ağırlığının toplamından oluşmaktadır.
Eğer temel, çekme yüküne (Qu) maruz kalırsa, küçük Df/B değerlerinde,
zemindeki yenilme yüzeyinin tipik şekli Şekil 2.1’de gösterildiği gibi kabul edilir.
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
5
Burada, zemin seviyesiyle yenilme yüzeyinin kesişimi yatayla bir α açısı
yapmaktadır. α’nın büyüklüğü kumlu zeminlerde sıkılığa, killi zeminlerde ise
kıvama bağlı olarak değişmektedir.
Eğer zemindeki yenilme eğrisi, çekme yükü altında zemin yüzeyine kadar
uzuyorsa, bu tür temeller, çekme altındaki bir “sığ temel” olarak tanımlanır. Df/B’nin
daha büyük değerleri için, yenilme temel etrafında oluşur ve yenilme yüzeyi zemin
yüzeyine kadar uzamaz. Bu temeller ise, çekme altındaki “derin temeller” olarak
adlandırılırlar. Bir temelin sığ durumdan derin duruma geçtiği andaki gömülme oranı
(Df/B), kritik gömülme oranı (Df/B)cr olarak ifade edilir. Kritik gömülme oranının
büyüklüğü; kumlarda 3-11 arasında, suya doygun kilde ise 3-7 arasında değişebilir
(Das, 1999).
2.2.2. Kum Zeminlerde İnşa Edilen Temeller
2.2.2.1. Balla (1961) Teorisi
Sıkı kum zemin içerisinde yapılan çok sayıdaki model ve arazi deney
sonuçlarına dayanarak, Balla (1961) dairesel temeller için, zemindeki yenilme
yüzeyini Şekil 2.2’deki gibi önermektedir.
Şekil 2.1. Çekmeye Maruz Sığ Temel (Das, 1999)
α QU
B
Zemin γ φ c
Df
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
6
Balla (1961)’nın yaklaşımına göre, yenilme yüzeyleri daire yayları şeklinde
olduğu, yenilme yüzeyinin ise, zemin yüzeyi ile, α=45-φ/2’lik bir açı yaptığı ve bu
dairenin yarıçapının,
φ+
=
245Sin
Dr f ’e eşit olduğu kabul edilmektedir. Temelin
nihai çekme kapasitesinin, yenilme bölgesindeki temel ve zemin ağırlığı ile yenilme
yüzeyi boyunca oluşan kayma dayanımının toplamından oluştuğu varsayılmaktadır.
Temel malzemesinin birim hacim ağırlığı ile zemin birim hacim ağırlıklarının
yaklaşık aynı olduğu varsayılarak, dairesel bir temelin nihai çekme kapasitesi
aşağıdaki denklemle ifade edilmiştir.
φ+
φ=
B
D,F
B
D,Fγ*DQ f
3f
1
3
fu (2.1)
Burada, γ, zemin birim hacim ağırlığını, φ, zemin içsel sürtünme açısını, Df,
temel gömülme derinliğini ve B, dairesel temelin çapını ifade etmektedir.
α=45-φ/2 a′ b′
Şekil 2.2. Sığ Dairesel Temeller İçin Balla Teori
QU
B
Kum γ φ Df
a b r=yarıçap
Şekil 2.2. Sığ Dairesel Temeller İçin Balla (1961) Teori (Das, 1999)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
7
Balla (1961) tarafından önerilen F1 ve F3 fonksiyonları, φ’nin ve Df/B’nin çeşitli
değerleri için Şekil 2.3’te gösterilmiştir.
Şekil 2.3. F1+F3 Fonksiyonunun φ ve Df/B’ye Bağlı Olarak Değişimi (Das, 1999)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
8
Ayrıca, dairesel bir temelin nihai çekme kapasitesi için boyutsuz formdaki kopma
faktörü olarak aşağıdaki ifadeyi vermiştir.
f
uq
D*A*
QF
γ= (2.2)
Bu denklemdeki A temel alanı, Fq kopma faktörü, Qu çekme yükü ve γ zemin birim
hacim ağırlığı olarak ifade edilmektedir. Fq’nun Df/B’ye bağlı olarak değişimi Şekil
2.4’te görülmektedir.
2.2.2.2. Meyerhof ve Adams (1968) Teorisi
Bir sığ temelin nihai çekme kapasitesinin tahmini için en rasyonel
metotlardan biri, Meyerhof ve Adams (1968) tarafından önerilmiştir. Bu yöntemde,
öncelikle çekme kuvvetine maruz B genişlikte sürekli bir temel tanımlanmaktadır
(Şekil 2.5). α açısının 90°-(2/3)φ ile 90°-(1/3)φ aralığında değiştiği önerilmiştir.
cr
f
B
D
Derin Koşullardaki Çekme
Sığ Koşullardaki Çekme
Fq′
Şekil 2.4. Df/B ile Fq’nun Doğal Değişimi (Das, 1999)
Df/B
Fq=
(Qu/
γ*A
*Df)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
9
Şekil 2.5’teki bütün kuvvetlerin düşey bileşenlerinin dengede olması
gerektiği koşuluna göre, B genişliğindeki sürekli temelin nihai çekme kapasitesi için
aşağıdaki eşitlik elde edilmiştir.
φγ+= tan*D**KWQ 2
fuu (2.3)
Burada Ku nominal (itibari) çekme katsayısı olup, φ’nin 30° ile 48° arasındaki tüm
değerleri için 0,95’e eşit olarak alınabileceği ifade edilmektedir. Eşitlik (2.2), sürekli
bir temel için yeniden ifade edilecek olursa, kopma faktörü;
φ
+= tan*
B
DK1F f
uq (2.4)
c d
b a
Kum γ φ
Df
P′P P′
P
δ δ
W/2 W/2
Şekil 2.5. Çekmeye Maruz Sürekli Temel (Das, 1999)
α
QU
B
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
10
dairesel temellerin nihai çekme kapasitesi,
φ
++= tan*K*D*B*γ*
B
Dm1
2
πD*B*γ*
4
πQ u
2
ff
f2
u (2.5)
olup kopma faktörü Fq ise,
φ
++= tan*K
B
D
B
Dm121F u
ffq (2.6)
Benzer şekilde, BxL ölçülerindeki dikdörtgen temellerin nihai çekme kapasitesi,
φ
−+
+γ+γ= tan*K*BLB*
B
Dm12D*D*L*B*Q u
f2
ffu (2.7)
olup kopma faktörü Fq ise,
φ
+
++= tan*K
B
D1
L
B
B
Dm211F u
ffq (2.8)
Meyerhof ve Adams (1968) m katsayısını, φ’ye bağlı parabolik olarak değiştiğini
ifade etmiştir.
2.2.2.3. Vesic (1965) ve Vesic (1971) Teorileri
Vesic (1965) yarı sonsuz, homojen izotropik bir katı cismin (zemin) yüzeyine
yakın, küresel bir boşluğun genişlemesi-göçme yükü problemi üzerine çalışmıştır.
Şekil 2.6’da görüldüğü üzere, eğer Df ölçüsü yeterince küçükse boşluk üzerinde
bulunan zemini kesecek nihai bir Po basıncı olacaktır.
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
11
Vesic (1965) bir c-φ zemini için; Po basıncının aşağıdaki gibi hesaplanabileceğini
önermiştir.
qfco F*D*F*cP γ+= (2.9)
Buradaki,
2
f2
f1
f
q
2
B
DA
2
B
DA
D
2
B
3
20.1F
+
+
−= (2.10)
+
=
2
B
DA
2
B
DAF f
4f
3c (2.11)
A1, A2, A3, A4 zeminin içsel sürtünme açısı φ’nin fonksiyonlarıdır. Granüler zeminler
için c=0 olduğundan Po aşağıdaki şekilde ifade edilmiştir.
qfo F*D*P γ= (2.12)
b d
γ c φ
c a
45-φ/2 45-φ/2 W1 W2/2 W2/2
Po
B/2
Df
Fv
Şekil 2.6. Vesic (1965)’in Genişleyen Boşluk Teorisi (Das, 1999)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
12
Vesic (1971) sığ dairesel temellerin nihai çekme kapasitesini hesaplamak için
1965’teki çalışmasını temel alarak, Şekil 2.7’de zemin yüzeyi altında, Df derinliğinde
yer alan B çapındaki dairesel bir temeli ele alarak, zeminin birim ağırlığı ile temelin
birim ağırlığının yaklaşık aynı olduğunu kabul etmiştir. Eğer, temelin üzerindeki
yarı-küresel boşluk zeminle doldurulursa, W3 gibi ağırlığa sahip olacaktır.
γ
π=γ
π=
3
33
2
B
3
2r
3
4
2
1W (2.13)
Bu zeminin ağırlığı P1 gibi bir basınç artışına sebep olacaktır.
γ
=
π
γ
π
=
π
=2
B
3
2
2
B
2
B
3
2
2
B
WP
2
3
23
1
Eğer, temel kohezyonsuz (c=0) bir zemine gömülü ise, Vesic (1971) tüm çekme
durumlarını göz önüne alarak her bir birim ankraj alanına karşılık gelen (qu)
kuvvetini elde etmek için P1 basıncının, Eşitlik (2.12)’ye eklenmesi gerektiğini ifade
etmiştir.
Df
QU
Kum γ φ
W3
R=B
Şekil 2.7. Dairesel Temelde Vesic (1971)’in Genişleyen Boşluk Teorisi (Das,1999)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
13
Böylece qu ifadesi,
γ
+γ=+=π
== *2
B*
3
2F*D*PP
B*2
Q
A
Qq qf10
2
UUu
Fq*D*
2
BD
A
2
BD
A1D*A
Qq f
2
f2
f1f
Uu γ=
+
+γ== (2.14)
olarak elde edilmiştir.
Dairesel ve sürekli sığ temeller için kopma faktörü Fq’nun değişimi Vesic (1971)
tarafından verilmiştir.
2.2.2.4. Saeedy (1965) Teorisi
Kum içerisine gömülmüş olan dairesel temellerin nihai çekme kapasitesini
belirlemek için Saeedy (1987) bir teori ortaya koymuştur. Bu teoride, yenilme yüzeyi
logaritmik bir eğri yayı olarak kabul edilmektedir. Bu teoriye göre, sığ temeller için
yenilme yüzeyi zemin yüzeyine kadar uzamakta iken, derin temeller için (Df>Df(cr))
yenilme yüzeyi yalnızca temel üzerindeki Df(cr) mesafesine kadar uzar. Saeedy
(1987) temel olarak bu analizde, Df/B oranı ve Qu’nun değişik değerleri için nihai
çekme kapasitesini, kopma faktörü ile ifade etmiştir. Sonuç olarak dairesel temel için
elde edilen kopma faktörünün zeminin sürtünme açısı ve gömülme oranıyla artmakta
olduğu görülmüştür.
Saeedy’e göre, temelin çekilmesi sırasında ankraj (tutunma) bölgesi üstünde
yer alan zemin yavaş yavaş sıkışmaya başlar. Bu arada zeminin kayma dayanımı
artarak nihai çekme kapasitesine ulaşır. Sonuç olarak Saeedy (1987), aşağıdaki
formda bir ampirik sıkışma faktörü (µ) ortaya koymuştur.
44.0Dr*044.1 +=µ (2.15)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
14
Dr, kumun rölatif sıkılığı olmak üzere, dairesel temelin gerçek nihai çekme
kapasitesi aşağıdaki gibi hesaplanabilir.
( ) µγ= *D*A**FQ fq)actual(u (2.16)
Yukarıda bahsedilen teorilerden genel bir gözlem yapılacak olursa;
1. Dikdörtgen temellerin problemi hakkında sadece Meyerhof ve Adams (1968)
çözüm teorisi ortaya koymuşlardır.
Fq
Zeminin Sürtünme Açısı, φ (°)
Şekil 2.8. Saeedy’nin Dairesel Temeller İçin Önermiş Olduğu Kopma Faktörü, Fq
(Das, 1999)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
15
2. Bir çok teori; sığ temel durumunu Df/B ≤ 5 olarak kabul etmektedir.
Meyerhof ve Adams (1968)’in ileri sürdüğü teoride ise, kare ve dairesel temeller için
kritik gömülme oranını (Df/B)cr zeminin içsel sürtünme açısı φ’nin bir fonksiyonu
olarak tanımlamaktadırlar.
3. Genellikle deneysel gözlemler gösteriyor ki, Balla (1961)’in ortaya koyduğu
teori, sığ temellerin nihai çekme kapasitesini gevşek kumda olduğundan çok daha
büyük gösterirken, sıkı kumda iyi sonuçlar elde edilmiştir.
4. Vesic’in teorisi (1971) ise, genelde gevşek kumdaki sığ temellerin nihai
çekme kapasitesinin tahmininde daha kesin sonuç vermektedir. Ancak laboratuarda
deneysel gözlemler göstermiştir ki, sıkı kumdaki sığ temeller için bu teori, gerçek
çekme kapasitesi değerinden çok düşük değerler verebilmektedir.
5. Gevşek kum (φ=30°) ve sıkı kum (φ=45°) içerisine gömülmüş olan sığ
dairesel temellerin nihai çekme kapasiteleri için Balla (1961), Vesic (1971) ve
Meyerhof ve Adams (1968)’in önermiş olduğu teoriler ile bulunan sonuçlar, bazı
laboratuar deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında, Meyerhof ve Adams (1968)’ın
teorisi geniş ölçekli temeller için hem daha uygulanabilir, hem de çekme kapasitesi
için daha iyi sonuçlar vermektedir.
2.2.3. Suya Doygun Kil Zeminlerde İnşa Edilen Temeller
Suya doygun kil zeminler içerisine gömülü temellerin, nihai çekme
kapasitesinin tasarımı için, mevcut teorik ve deneysel araştırmalar oldukça sınırlıdır.
Drenajsız kayma mukavemeti cu ve dane birim hacim ağırlığı γ olan, suya doygun bir
kil içerisindeki temel derinliği, Df ve temel genişliği, B olan bir sığ temel, Şekil
2.9’da görülmektedir. Burada temel malzemesinin birim ağırlığı ile kil zeminin birim
ağırlığı yaklaşık olarak aynı kabul edilirse, kil zemindeki temelin nihai çekme
kapasitesi aşağıdaki gibi ifade edilebilir.
)F*cD*(*AQ cufu +γ= (2.17)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
16
bu ifadede A, temel alanı Fc, kopma faktörü cu, zemin drenajsız kayma mukavemeti
ve γ zemin suya doygun birim hacim ağırlığı’dır.
2.2.3.1. Vesic (1971) Teorisi
Vesic (1971) yapmış olduğu çalışmalarda, genişleyen boşluklar analojisini
kullanarak gömülme oranı (Df/B) ile teorik olarak kopma faktörünün değişimini φ=0
koşulu için ifade etmiştir. Bu değerler daha açık bir ifade ile Şekil 2.10’da
verilmiştir.
Suya Doygun Kil γ cu
Df
Şekil 2.9. Çekmeye Maruz Suya Doygun Kil İçerisindeki Sığ Temel (Das, 1999)
QU
B
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
17
2.2.3.2. Meyerhof (1973) Teorisi
Meyerhof (1973) yapmış olduğu deneysel çalışmalar sonucunda, bir sığ
temelin nihai çekme kapasitesi için aşağıdaki ifadeyi önermiştir.
)c*FD*(*AQ ucfu +γ=
bu ifadede yer alan kopma faktörünü kare ve dairesel temeller için,
9B
D*2.1F f
c ≤
= (2.18)
0,1
1
10
100
0 1,5 3 4,5
Df/B
Log
(Fc)
Dairesel Temel
Sürekli Temel
Şekil 2.10. Vesic (1971)’in Önerdiği Kopma Faktörü, Fc (Das, 1999)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
18
şerit temeller için ise,
8B
D*6.0F f
c ≤
= (2.19)
şeklinde ifade etmiştir. (2.18) ve (2.19) eşitliği, kritik gömülme oranının (Df/B)cr
yaklaşık olarak; kare ve dairesel temeller için 7.5 ve şerit temeller için ise, 13.5
olduğunu göstermektedir.
2.2.3.3. Das (1978) Teorisi
Das (1978) yapmış olduğu benzer bir çalışma ile önerilen amprik ifadeleri
daha da geliştirerek, serbest basınç mukavemeti, cu=5.18-172.50 kN/m2 arasında
değişen, doymuş kil içerisindeki dairesel temeller üzerinde, çok sayıda laboratuar
model deneyler yapmıştır. Bu deney sonuçlarına göre, kritik gömülme oranları
boyunca bu çalışmalardan elde edilen Df/B’ye karşı, ortalama Fc eğrileri elde
edilmiştir. Sığ temeller için elde edilen Fc değerleri aşağıdaki bağıntıyla ifade
edilmektedir.
98B
DnF f
c −≤
≅ (2.20)
Bu ifadedeki n sabit olup, büyüklüğü 2.0-5.9 arasında değişmektedir ve drenajsız
kohezyonun (cu) bir fonksiyonudur. Das (1978) ayrıca kare ve dikdörtgen temeller
için bazı model deneyler yapmıştır. Bu deney sonuçlarına dayanarak, kare (veya
dairesel) ve dikdörtgen temeller için kritik gömülme oranlarının ifadelerini de elde
etmiştir.
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
19
2.3. Çekme Kapasitesi Üzerinde Dolgunun Etkisi
Elektrik iletim kulelerinin inşaatı için kullanılan ayrık temeller genellikle
çekme kuvvetlerine maruz kalırlar. İşte bu tür temellerin çekme kapasitesi, önceki
bölümlerde ifade edilen, benzer denklemler kullanılarak hesaplanabilir. Bu tür
temellerin inşası sırasında, gömülme oranı (Df/B) genellikle 3 veya daha küçük
seçilmektedir. Temel inşaatı için, öncelikle doğal zemin kazılır ve daha sonra temel
inşaatı yapılarak tekrar uygun bir malzeme ile kontrollü bir şekilde doldurulup
sıkıştırılır. Kulhawy ve ark. (1987), doğal zemin ile dolgunun sıkışma derecesinin
etkisini gözlemlemek amacıyla çok sayıda laboratuar model deneyler yapmışlardır.
Bu gözlemlere göre, çoğu durumda zemindeki yenilme, Şekil 2.11’de gösterilen
yüzey kayması şeklinde olmaktadır. Ancak, orta sıkı ile sıkı arasındaki doğal
zeminlerde, gömülme oranı yaklaşık Df/B<2 olan temellerde ise zemin kaması veya
birleşik kayma yenilmesi oluşmaktadır (Şekil 2.12).
Kulhawy ve ark. (1987) dolgu malzemesine ait sıkışma yüzdesinin kopma
faktörü Fq’nun üzerindeki etkisini incelemiştir. Bu çalışma dolgunun sıkışma
yüzdesinin temelin kopma faktörü, Fq’nun üzerinde çok önemli bir etkisinin
Kum Dolgusu
Kayma Yüzeyi
Kum γ φ
Df
Şekil 2.11. Kum Dolgu İçerisinde Çekmeye Maruz Sığ Temeldeki Yüzeysel Yenilme Mekanizması (Das, 1999)
QU
B
Doğal Zemin
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
20
olduğunu ve temelin nihai çekme kapasitesinin, dolgunun sıkışma yüzdesiyle önemli
derecede arttığını göstermektedir.
2.4. Kazık Temellerin Çekme Kapasitesi
Gömülü bir kazığın çekme kapasitesi, genellikle temelin kendi ağırlığı,
serbest yüzey boyunca sürtünme direnci ve kazık tabanı üzerindeki serbest bölge
içerisinde kalan zemininin ağırlığından oluşmaktadır. Gerekli olan çekme kapasitesi,
ancak temelin boyutu, gömülme derinliği ve dolgu yoğunluğu artırılarak elde
edilebilir.
Johnston (1986), TENSAR geogridlerinin çekme dayanımı üzerinde
çalışırken Subbarao ve arkadaşları (1988) ise, kuma gömülmüş ankraj kazıklarını
sabitlemek için geotekstil kullanarak, kazıkların çekme kapasitesindeki iyileşme
üzerine çalışmışlardır. Bu çalışmada deneyler, 55mm genişliğinde ve 0.72mm
kalınlığındaki Polipropilen güçlendirme elemanları ile güçlendirilmiş, silindirik ve
çan şeklindeki model beton ankraj kazıkları üzerinde yapılmıştır. Silindirik ve çan
kazıklar için güçlendirme elemanlarından biri 650mm, diğeri ise, 350mm
uzunluğunda olup birkaç tabaka için, çelik mengene kullanılarak tutturulmuştur.
Kum Dolgusu
Kayma Yüzeyi
Doğal Zemin
Kum γ φ
Df
Şekil 2.12. Kum Dolgu İçerisinde Çekmeye Maruz Sığ Temeldeki Kama veya Birleşik Kayma Yenilme Mekanizması (Das, 1999)
QU
B
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
21
Ayrıca her bir tabakadaki altı şerit, aralarında 60°’lik bir açıyla uzatılıp modelle
birleştirilmiştir. Bu çalışmada, geotekstil ile güçlendirilmiş model ankraj kazıkların,
güçlendirilmemiş olanlara göre çok daha yüksek çekme dayanımı verdiği gözlenmiş
olup ayrıca, kazığa yakın olan tek tabakalı güçlendirme kullanımının, çok
tabakalılara göre daha etkili olacağı ifade edilmektedir.
Krishnaswamy ve Parashar (1991)’de su altında geosentetikle güçlendirilmiş
bir kum yatağına gömülü ankraj plakalarının çekme davranışı üzerinde
çalışmışlardır. Ayrıca Krishnaswamy ve Parashar (1994)’te güçlendirilmiş ve
güçlendirilmemiş kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlere gömülü 60mm çapındaki
dairesel plakalar ile genişliği 53mm uzunluğu ise, 23.8-53.0mm arasında değişen
dikdörtgen plakaların çekme davranışı üzerinde araştırmalar yapmışlardır. Sonuçta
geokompozitle güçlendirme, geogrid ve geotekstil ile güçlendirmeden daha yüksek
çekme dayanımı vermiştir. Ayrıca ankraj plakasının çekme kapasitesi, güçlendirme
elemanının ankraj plakasının tam üzerinde olması durumu ile, diğer seviyelerdeki ve
herhangi bir seviyeye ilave bir güçlendirme elemanının konması durumu açısından
karşılaştırıldığında, güçlendirme elemanının ankraj plakasının hemen üzerinde
olduğu durumda elde edilen çekme kapasitesi diğer koşullardakinden çok daha
büyük bulunmuştur.
Ilamparuthi ve Dickin (2001) kenetlenmeyi artırma yolunun, güçlendirme ile
kazığın hemen çevresine önemli derecede büyük boyuttaki granüler malzemenin
kullanılmasıyla sağlanacağını düşünmüşlerdir. Yapmış oldukları çalışmada,
güçlendirilmiş ve güçlendirilmemiş kum zemine gömülü kazık temeller üzerinde
geniş kapsamlı deneyler yapmışlardır. Kazık temel olarak değişik geometrilerdeki
silindirik çan kazıklar kullanılmıştır. Yürütülen deneylerde silindirik çan kazıkların
çekme davranışı üzerinde, temel çapının, gömülme derinliği ve zemin yoğunluğunun
etkileri ayrıntılı bir şekilde araştırılmıştır.
Yapılan bu araştırmalarda kullanılan deney düzeneği, 30 kN’luk düşey çekme
yüküne güvenli şekilde karşı koyacak şekilde tasarlanmış bir yükleme çubuğu ile,
fabrikada üretilmiş iki çelik kolonla zemine tutturulmuştur. Deney düzeneğinin
şematik diyagramı Şekil 2.13’te gösterilmektedir. Deneyler, 2.54cm kalınlıklı,
76cm×76cm×90cm ölçülerindeki ahşap bir kare tankta yapılmıştır.
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
22
Bu çalışmada, ayrıntılı araştırma yapılark en uygun bir güçlendirme
düzenlemesini seçmek için, değişik güçlendirme düzenlemesiyle taban çapı (D) 100
mm ve gömülme derinliği (L) 300 mm olan, orta sıkı kum içerisine gömülü bir
model ankraj kazığı üzerinde beş pilot deney yapılmıştır. Bu deneylerle ilgili
düzenlemeler Şekil 2.14’te gösterilmektedir.
Hem geogrid hücresiyle güçlendirilmiş hem de güçlendirilmemiş 3 farklı kum
sıkılığında, farklı gömülme oranlarında hazırlanan 3 farklı taban çaplı, model çan
kazıkları üzerinde yapılmış olan laboratuar araştırmalarına dayanarak aşağıdaki bazı
önemli sonuçlar çıkartılmıştır;
1. Geogrid hücresiyle güçlendirme düzenlemesinin, özellikle sığ derinliklerde
gömülü olan çan tipi kısa kazıkların, çekme davranışını iyileştirmede çok etkili
olduğu görülmüştür. Ayrıca, güçlendirme elemanında, önemli ölçüde kenetlenmeyi
sağlayacak şekilde, geogrid hücresini uygun bir malzeme sınıfından seçmenin çok
önemli olduğu anlaşılmıştır.
Syscon Dijital Gerilme İndikatörü
Model Çan Kazığı Geogrid Güçlendirmesi Kum Ahşap Kasa (76cmx76cmx90cm)
90 cm
76 cm
DR
L
3kN Kapasiteli Yük Halkası
Hareket EttirecekYükleme Sistemi
Çelik Halat Makara
Deplasman Ölçer
Destek Çubuğu
Şekil 2.13. Deneysel Düzenek (Ilamparuthi ve Dickin, 2001)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
23
2. Çan kazıkların çekme kapasitesi, kazık tabanının çevresi geogrid hücresi ile
güçlendirilerek önemli ölçüde artırılmıştır. Kapasitedeki bu artışlar, gevşek kum ve
en sığ derinlikteki kazık için, güçlendirilmemiş koşula göre 7 kat daha fazladır ki bu
durum geogrid hücresiyle güçlendirmenin ne kadar etkili olduğunu ortaya
koymaktadır. Sıkı kumda daha derin gömülmüş kazıkların çekme kapasitesinde ise,
%25’ten daha fazla bir artış gözlenmiştir.
Kazık temeller ile desteklenen kıyı yapıları bazen rüzgar, dalga ve buz
hareketlerinden dolayı, çekme kuvvetlerine maruz kalırlar. Ancak düşey çekme
yüküne maruz kalmış kazıkların; çekme kapasitesiyle ilgili çalışmalar kaynaklarda
yeterince bulunmamaktadır. Das (1986) yapmış olduğu çalışmada, doymuş orta ve
sıkı kum içerisine gömülmüş olan tekil ve grup metal kazıkların, nihai çekme
kapasiteleri için, laboratuvarda yapılmış olan model deney sonuçlarını sunmuştur.
Deney sonuçlarını mevcut teorilerle de karşılaştırmıştır.
Geogridler
Çakıl
Kum (Güçlendirmesiz)
Şekil 2.14. Değişik Güçlendirme Düzenlemeleri ile Çekme davranışındaki Değişim (Ilamparuthi ve Dickin, 2001)
Orta sıkı kum φ=39.5° D=100 mm L/D=3
600
0 5 10 15 20 25 30 35 40
500
400
300
200
100
0
Düşey Yerdeğiştirme, ∆(mm)
Çek
me
Yük
ü, Q
(N
)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
24
Das (1986), tekil bir kazığın nihai çekme kapasitesini aşağıdaki denklemle ifade
etmektedir.
WQQ ou += (2.21)
Burada, Qu kazığın nihai çekme kapasitesin, Qo kazığın net çekme kapasitesini, W
ise kazık ağırlığını ifade etmektedir.
Ireland (1957), kum içerisinde ucu kesik koni kazıklar üzerinde yapmış
olduğu 6 adet arazi çekme deney sonuçlarına dayanarak, tekil bir kazığın net çekme
kapasitesi için aşağıdaki şekilde bir bağıntı ileri sürmüştür.
φσ= tan.p.L..KQ 'vo (2.22)
Burada, K yanal zemin basınç katsayısını; 'v
σ ortalama düşey efektif gerilmeyi; L
kazığın gömülme boyunu; p kazık kesitinin çevresini ve φ zemin içsel sürtünme
açısını ifade etmektedir.
Ancak çoğu durumda, kum içerisindeki kazıkların net çekme kapasitesi, aşağıdaki
şekilde genel bir formda ifade edilmektedir.
sso A.fQ = (2.23)
Burada, fs ortalama birim yüzey sürtünmesi, As ise gömülü kazık kısmının yüzey
alanı olarak tanımlanmıştır.
Ortalama birim yüzey sürtünmesi fs aşağıdaki gibi hesaplanabilir.
δγ′
= tan2
L**Kf us (2.24)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
25
Eşitlik (2.24)’te yer alan Ku yanal zemin basınç katsayısı, δ ise zemin-kazık ara
yüzeyindeki sürtünme açısıdır.
Meyerhof (1973), gömülü model kazıklar için zeminin sürtünme açısı φ ile
Ku’nun değişimini içeren teorik bir yaklaşım elde etmiştir. Bu yaklaşımdaki Ku
değerlerinin Rankine’nin teorik olarak ifade ettiği aktif zemin basınç katsayısı
Ka=tg2(45-φ/2) ile pasif zemin basınç katsayısı Kp=tg2(45+φ/2) arasında değiştiği
ifade edilmiştir. Ayrıca, kum içerisine gömülmüş olan üniform dairesel kesitli
kazıkların net çekme kapasitesi için aşağıdaki formda başka bir ifade elde etmiştir.
d.L..K.2
1Q 2'
bo γ= (2.25)
Bu ifadede, Kb zemin sürtünme açısı (φ) ve gömülme oranı (L/D)’nin bir
fonksiyonudur.
Kazık guruplarının çekme kapasitesi ise, basınç kuvveti altındaki, kazık guruplarında
olduğu gibi hesaplanabilir.
)Q*n(*Q oog η= (2.26)
bu ifadedeki η gurup etkisini; n guruptaki kazık sayısını; Qo her bir kazığın net
çekme kapasitesini; Qog ise kazığın net gurup çekme kapasitesini ifade etmektedir.
Bu ifade, deneysel olarak aşağıdaki gibi önerilmiştir.
gugog WQQ −= (2.27)
Burada, Qug kazık guruplarının nihai çekme kapasitesini, Wg ise kazık guruplarının
ağırlığını ifade etmektedir. Gurup etkisi (η) kazığın gömülme derinliği (L),
kazıkların merkezleri arasındaki mesafe ve kumun sıkılığı gibi parametrelere bağlı
olarak değişim gösterecektir.
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
26
Das (1986), tekil kazıkların çekme kapasitesinin laboratuarda belirlenmesi
amacıyla, 0.61m×0.61m×0.91m (yükseklik) ölçülerindeki gurup kazıkların çekme
kapasitesinin belirlenmesi için, 1.52m×1.52m×0.91m boyutlarındaki çelik bir kasa
içerisinde model deneyler yapmıştır (Şekil 2.15).
Tekil model kazık deneylerinden elde edilen Qo (net çekme kapasitesi)
kullanılarak, bütün deneyler için, ortalama birim yüzey sürtünmeleri (fs)
hesaplanmıştır. Orta sıkı kumdaki deneylerde fs’nin büyüklüğü, pratik olarak
yaklaşık gömme oranı L/D=12’ye kadar lineer olarak artmaktadır. L/D oranı 12’den
büyük durumlar için fs değeri, yaklaşık olarak sabit kalmaktadır. Sonuçta, orta-sıkı
kumda kritik gömülme oranı (L/D)cr 12 olarak tespit edilmiştir. Bu değer, Chaudhuri
ve Symons (1983) tarafından bulunan bulgularla da tutarlılık göstermektedir. Bu
mekanizmanın geçmişte çok sayıda araştırmacı tarafından da eğrisel olduğu
vurgulanmıştır.
Ancak sıkı kumdaki deneylerde fs büyüklüğü, deneysel sınırlar içerisinde,
L/D oranıyla artış göstermektedir. Sonuçta L/D ≥ 20 durumu için, kritik gömülme
oranı tam olarak gözlemlenememiştir.
91 cm
Su
152 cm
Şekil 2.15. Gurup Kazık Çekme Deney Sisteminin Şematik Diyagramı (Das, 1986)
L
D
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
27
Das (1986) ayrıca kazık guruplarının çekme kapasitesini ve kazık gurup
etkisini araştırmak amacıyla, kazıklar arasında farklı gurup konfigürasyonları ile,
kazıkların merkezleri arasındaki farklı boşluklar için gömülme oranlarını L/D = 12
ve 20 alarak çekme deneyleri yapmıştır. Sonuç olarak,
• Verilen bir kazık konfigürasyonu ve L/D oranı için, gurup etkisi η, kazıkların
merkezler arasındaki boşluk oranının artmasıyla artmaktadır.
• Verilen s (kazık merkezleri arası mesafe), L/D ve φ değeri için, gurup etkisi,
bir guruptaki kazık sayısıyla azalmaktadır.
• Benzer olarak, aynı s değerleri, gurup konfigürasyonu ve L/D oranı için,
gurup etkisi, zeminin sıkılığının artmasıyla beraber azalmaktadır.
• Gurup etkisinin (η), s’nin yaklaşık olarak (4-5)D olduğu ve kazık
guruplarının da 2x1, 3x1 ve 3x2 olduğu konfigürasyonlarda, %100 olduğu
gözlemlenmiştir.
• Diğer faktörler sabit kaldığı zaman, gurup etkisi L/D oranının artmasıyla
azalmaktadır.
Dash ve Pise (2003) günümüze kadar yapılan çalışmaların temelinde, kazık
temelin çekme kapasitesinin özellikle kazık ile zemin arasındaki yüzey sürtünmesine
bağlı olduğunu vurgulamışlardır. Kazıkların üst yapıdan dolayı eş zamanlı olarak
ilave basınç yüklerine maruz kaldıkları için, kazığın çekme kapasitesi üzerinde bu
ilave yüklerin nasıl bir etki yaptığı konusunda çok az çalışma olduğunu
vurgulamışlardır. Dolayısıyla, basınç yükünün büyüklüğünün etkisi ve basınç
altındaki kazıkların nihai kapasitelerinin % 0, 25, 50, 75 ve 100 basınç yük
kademelerinin, eş zamanlı olarak yüklenerek basınç yüklerinin, model kazıkların
çekme dayanımı üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla laboratuarda ölçüleri
620mm×600mm×760mm olan kasa içerisinde, değişik gömülme oranları L/D için,
gevşek ve sıkı kum içerisinde model deneyler yapılmıştır (Şekil 2.16).
• Kum sıkılığının; model kazığın çekme kapasitesi üzerindeki etkisini
araştırmak amacıyla, gevşek kum (rölatif sıkılığı, R.D=%35) için γk=1.5 g/cm3 ve
sıkı kum (R.D=%80) için 1.64 g/cm3 olacak şekilde, iki farklı sıkılıkta hazırlanarak
deneyler yapılmıştır.
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
28
• Gömülme oranının; model kazığın çekme kapasitesi üzerindeki etkisini
araştırmak amacıyla, L/D=8, 16 ve 24 olacak şekilde, 3 farklı gömülme oranı
seçilmiştir.
• İlave basınç yüklerinin model kazığın çekme kapasitesi üzerindeki etkisini
araştırmak amacıyla, model kazıkların basınç altındaki taşıma kapasitelerinin %25,
50, 75 ve 100’ü kadar bir ilave yük altında deneyler yapılmıştır.
Kum
Model Kazık
Yük Halkası
Deplasman Ölçer
Mekanik Pompa
İlave Yük
Mesafe Düzenleyicisi
Kasa
Şekil 2.16. Deney Düzeneği (Dash ve Pise, 2003)
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
29
Deneysel çalışmalardan aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.
• İlave basınç yükleme kademesi, kazığın net çekme kapasitesini etkileyen
önemli bir parametredir.
• Kazığın net çekme kapasitesi, ilave basınç yüklerinin artmasıyla beraber bir
azalma göstermiştir.
• Ayrıca, aynı basınç yükü altında ve aynı gömülme oranı için, kazığın net
çekme kapasitesindeki azalma oranı gevşek kumda, sıkı kuma göre çok daha fazla
olmuştur.
• Kazığın net çekme kapasitesindeki bu azalma, ilave basınç yükünün zemin ile
kazık arasındaki sürtünme açısı δ’nın azalmasına sebep olmasıyla açıklanmaktadır.
• Zemin ile kazık ara yüzeyindeki sürtünme açısına bağlı olarak; kazıkların
çekme kapasitesini teorik olarak ifade eden Chattopadhyay ve Pise (1986) metodu ile
bulunan değerler, mevcut deney sonuçları ile uyum içerisinde olduğu görülmüştür.
Dickin ve Leung (1990) laboratuarda yapmış oldukları santrifüj deneylerde,
kum içerisindeki geniş tabanlı kazıkların çekme davranışını gömülme oranı, kazık
taban çapı ve kum sıkılığı etkilerini göz önünde bulundurarak araştırmışlardır. Ayrıca
düz kazıklarla karşılaştırmak amacıyla deneyler yapılmıştır. Yapılan araştırma
sonucunda, çan kazıkların çekme kapasitesinin, kazığın gömülme oranı ve kum
sıkılığından önemli derecede etkilendiği gözlenmiştir. Sıkı kumdaki kazıkların
çekme kapasitesinin, ankraj plakaları üzerinde yapılmış önceki çalışmalarla ve diğer
deneysel uygulamalarla uyum içerisinde olduğu, fakat gevşek kumda ise bu
uygulama sonuçlarına göre önemli derecede düşük değerler verdiği gözlemlenmiştir.
Ayrıca sıkı kumdaki deneyler, ankraj plakaları üzerinde santrifüj deneyleri
sonucunda elde edilen amprik ifadelerle ve sonlu elemanlar yöntemine dayanan bir
programla karşılaştırıldığında, sonuçlar arasında makul bir ilişki olduğu
gözlenmesine rağmen, ankraj plakaları için yapılmış olan çok sayıda teorik
yaklaşımlarla karşılaştırıldığında hem gevşek hem de sıkı kum için, teorik
yaklaşımların aşırı büyük değerler verdiği ifade edilmektedir.
Dickin ve Leung (1992) laboratuar santrifüj model deneylerde, kum
içerisindeki geniş tabanlı kazıkların çekme kapasitesi üzerinde, kazık gövde çapının
taban çapına oranı ve kazık taban açısının etkilerini araştırmışlardır. Çap oranındaki
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
30
artış ve kazık taban açısındaki artış, kazığın net çekme kapasitesinde ve yenilme
anındaki yer değiştirmesinde bir azalmaya neden olmuştur. Bu durumun, ankraj
plakaları ile çan kazıkların çekme kapasitesi arasındaki farklılığı gösterdiği iddia
edilmektedir. Ayrıca, model çan kazıklar ile ankraj plakalarının yenilme
mekanizmaları için yapılan çalışmalar, temel tipleri arasında önemli ölçüde farklı
davranış karakteristiklerinin olduğunu göstermiştir. Çan kazıkların ankraj plakalarına
göre daha düşük çekme kapasitelerinin olması, daha düşük zemin yer
değiştirmelerinin olmasıyla açıklanmıştır. Son olarak çan kazıkların amprik dizayn
yöntemi için, temel geometrisini de içeren, uygun parametreleri kullanan bir basit ve
sürekli ankraj formülünün kullanılmasını önermişlerdir.
Ilamparuthi ve Dickin (2000) değişik model geometrileri ve kum sıkılıklarına
bağlı olarak, geogrid hücresiyle güçlendirilmiş model çan kazıklar (veya geniş
tabanlı kazıklar) üzerinde laboratuarda çekme deneyleri yapmışlar ve çan kazıkların
kopma faktörlerini araştırmışlardır. Sonuçta her hangi bir kum sıkılığı için, efektif
kopma faktörü ile efektif gömülme oranı arasında çok ender bir ilişki elde edilmiştir.
Deneysel kopma faktörleri ankraj temeller için önerilen mevcut bazı teorilerle
karşılaştırıldığında, sonuçların uyum içerisinde olduğu ifade edilmektedir. Son olarak
model çan kazığın çekme yükü ile yer değiştirmesi arasında hiperbolik bir ilişki
kurulmuştur. Bu ilişkinin, nonlineer analizlerde zemin rijitliğini hesaplamak için
kullanılabileceğini ileri sürmüşlerdir.
Zemin yapısı bazı durumlarda homojen olmamakta ve farklı tabakalardan
oluşabilmektedir. Patra, Deograthias ve James (2004) homojen ve tabakalı kum
içerisine gömülü geniş tabanlı model kazıkların eksenel ve eğik çekme yükleri
altındaki davranışlarını araştırmak amacıyla, 914mm×914mm×62mm boyutlarındaki
bir kasa içerisinde, çekme deneyleri yapmışlardır. Deneylerde, model kazık olarak
12mm ve 16mm çaplı yumuşak çelik kullanılmıştır. Deneyler, gömülme oranı
L/D=20, 25 ve 30 olacak şekilde, model kazık iki farklı sıkılıktaki kum tabakası
içerisine yerleştirilerek yapılmıştır. Burada model kazık, tamamen sıkı ya da
tamamen orta sıkı kum içerisine yerleştirilmeyip, gömülme oranının yarısına kadar
orta sıkı, diğer yarısı ise sıkı kum içerisinde kalmıştır. Çalışmada, farklı sıkılıktaki
zemin tabakalarının, kazık tabanının genişlemesinin ve yük eğim açılarının eksenel
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
31
ve eğik çekme yüklerine maruz, geniş tabanlı kazıkların nihai çekme kapasitesi ve
yük-deplasman davranışı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Sonuçta:
• Kazıkların eksenel ve eğik çekme yükleri altındaki yük-deplasman eğrileri
genellikle nonlineer bir davranış göstermiştir. Deneyde kullanılan tüm model
kazıklar, eksenel ve eğik çekme yükleri altında 2-8mm aralığında bir yer değiştirme
yaparak, nihai çekme kapasitelerine ulaşmışlardır.
• Model kazığın çekme kapasitesinin, gömülme oranı L/D ile ve kazık taban
genişlemesi ile arttığı ve kazığın alt tarafı orta sıkı, üst tarafı ise sıkı kum tabakası
içerisinde bulunduğu halde, model kazığın nihai çekme kapasitesinin, kazığın alt
kısmı sıkı ve üst kısmı orta sıkı kum içerisinde iken elde edilen nihai çekme
kapasitesinden daha büyük olduğu gözlemlenmiştir.
• Eğik çekme durumunda kazığın maksimum çekme kapasitesinin, kazığın
gömülme oranına (L/D), taban genişleme oranına (B/D), çekme yükünün eğimine ve
kum sıkılığına bağlı olduğu vurgulanmıştır.
Patra ve Pise (2004), tekil kazık ve kazık guruplarının (2×1, 3×1, 2×2 ve 3×2)
sıkı kum içerisinde iki farklı gömülme oranında, iki farklı yüzey karakteristiği
(pürüzlü-pürüzsüz kazık) için ve kazık gurupları içindeki kazıklar arası mesafenin
farklı olmaları hali için, laboratuarda çekme deneyleri yapmışlardır. Araştırmanın
temel amacı, kazık guruplarının yük-deplasman davranışını; maksimum çekme
kapasitesi için, gurup içerisindeki kazık sayısını ve kazıklar arası mesafenin
belirlenmesine yönelik olmuştur. Sonuçta;
• Kazık guruplarının nihai çekme kapasitelerinin, kazığın gömülme oranına,
kazık gurup konfigürasyonuna, zemin-kazık arasındaki sürtünme açısına, guruptaki
kazıklar arasındaki mesafeye ve zeminin kayma dayanım açısına bağlı olduğu,
• Genellikle yük-deplasman eğrilerinin nonlineer bir davranış gösterdiği, ve
özellikle belirli deplasman değerinde, pürüzlü kazık guruplarının pürüzsüz olana
göre daha büyük çekme kapasitesi verdiği,
• Her bir kazığın nihai çekme kapasitesinin, guruptaki kazıklar arası boşluğun
artmasıyla lineer olarak değiştiği,
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
32
• Ayrıca pürüzsüz kazık guruplarının, kazık nihai çekme kapasitesine yaklaşık
olarak kazık çapının %0.5-2.5 katı bir deplasmanda, pürüzlü durumda ise kazık
çapının %1-5 katı bir deplasmanda ulaştığı,
• Gömülme oranı L/D=12 için, pürüzsüz kazık guruplarındaki her bir kazığın
nihai çekme kapasitesi, tekil kazığın nihai çekme kapasitesinden daha düşük olurken,
bu durumun pürüzlü kazık gurubunda tam zıt bir davranış gösterdiği,
• Gömülme oranı L/D=38 için, pürüzlü kazık guruplarında her bir kazığın nihai
çekme kapasitesinin, gurup içerisindeki kazık sayısının artmasıyla ve ayrıca gurup
kazık içerisinde tek bir sıra kazık konfigürasyonundan kare veya dikdörtgen şekle
geçilmesiyle bir azalma gösterdiği,
• Kazık gurup etkisinin h, guruptaki kazıklar arası mesafenin artmasıyla
yaklaşık olarak lineer bir şekilde artış gösterdiği,
• Ayrıca deney sonuçlarının, Das ve ark. (1976), Siddamal (1989) ve
Chattopadhyay (1994) gibi araştırmacıların ileri sürdükleri yaklaşımlarla, yakın bir
ilişki içerisinde olduğu gözlenmiştir.
Maharaj ve ark. (2004) yapmış oldukları çalışmada, çeşitli kesitlerdeki tekil
kazık ve kazık guruplarının çekme kapasitelerini, düzlem şekil değiştirme koşulu ile
nonlineer sonlu elemanlar yöntemiyle araştırmışlardır. Bu çalışmada, enine
doğrultudaki her bir kazık gurubu, toplam kazık sayısına göre eşdeğer şeritlere
dönüştürülmüştür. Kazık başlıklarının, her bir kazığın çekme yükü altında aynı düşey
deplasman yaptığı düşünülmüştür. Sistemdeki kazık başlığı, kazık ve zemin dört
düğümlü izoparametrik eleman olarak tanımlanıp, zemin ortamı, Drucker-Prager
metoduna göre elastoplastik ortam olarak modellenmiştir. Sonuçta kazık gurupları ve
tekil kazıkların yük-deplasman eğrileri elde edilerek,
• Çekme yükü altındaki değişken kesitli kazığın yük taşıma kapasitesi, aynı
beton hacmine sahip düz kazığın yük taşıma kapasitesinden daha büyük
bulunmuştur.
• Gurup içerisinde kazıklar arasındaki etkileşimin, kazıklar birbirine yakınken
daha fazla, uzak olduğunda ise daha az olduğu bulunmuştur.
• Tekil kazığın çekme kapasitesinin, değişken kesitli kazık gurupları
içerisindeki her bir kazığın çekme kapasitesinden daha büyük olduğu ifade edilmiştir.
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
33
Chattopadhyay ve Pise (1986) yapmış oldukları çalışmada, kum içerisine
gömülü, dairesel kazıkların nihai çekme kapasitesini hesaplamak için analitik bir
yöntem geliştirmişlerdir. Bu analitik yöntemde, zemin içerisindeki yenilme
yüzeyinin eğri olduğu varsayılarak, dairesel düz bir kazığın net çekme kapasitesi
(2.28) eşitliğiyle ifade edilmiştir.
21u L*D**A)Net(P π= (2.28)
Bu ifadedeki A1 katsayısı, kazığın net çekme kapasite faktörü olarak tanımlanmıştır.
Bu yöntemde;
• Kazığın nihai çekme kapasitesi ve bunun yanı sıra ortalama yüzey sürtünme
değerleri üzerinde uygun mantıksal bir analiz yapılarak, nihai çekme kapasitesi ile
ortalama yüzey sürtünmesi değerleri için gömülme oranı, kazık sürtünme açısı δ,
kayma dayanım açısı φ gibi parametrelerin etkilerini içine alan bir yaklaşım
yapılmaktadır.
• Ortalama yüzey sürtünmesinin sabit bir değere ulaştıktan sonraki derinliği
kritik gömülme derinliği olarak tanımlamışlardır.
• Ayrıca ortalama yüzey sürtünmesinin yalnız kumun kayma mukavemeti
açısına bağlı olmadığı, aynı zamanda önemli derecede kazık sürtünme açısına da
bağlı olduğu bulunmuştur.
Sonuç olarak, mevcut teoriler içerisinde ileri sürülen bu yöntem, hem model
hem de arazi deney sonuçlarıyla karşılaştırıldığında, ortalama yüzey sürtünmesi ve
nihai çekme dayanımı için makul değerler vermekte olduğu gözlemlenmiştir.
2.5. Zemin Çivilerinin Çekme Kapasitesi
Zemin çivisi yöntemleri, zemin kazısında ve şev stabilizasyonunda yaygın
olarak kullanılmaktadır. Burada amaç, daha kompakt bir zemin kütlesi elde etmektir.
Bunun için zemin çivileri birbirlerine yakın olarak, zemin içerisine ya gömülürler ya
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
34
da çakılırlar. Bu yöntemin avantajları ise düşük maliyet, hızlı imalat ve uygulama
sırasındaki revize edilebilir olmasındaki esneklikdir.
Arazi deneyleri ve teorik analizler göstermiştir ki, sıradan bir kazıda veya dik
şev stabilizasyon uygulamalarında kullanılan zemin çivileri daha çok eksenel
kuvvetlere maruz kalmaktadır (Pedley, 1990; Shewbridge ve Sitar, 1990; Jewell ve
Pedley, 1992; Raju, 1996). Dolayısıyla zemin ile çivi ara yüzeyinde oluşan sürtünme
kuvvetinin zemin kütlesinin stabilizasyonuna çok daha büyük katkıda bulunacağı
aşikardır.
Elias ve Juran (1991) yapmış oldukları çeşitli zemin çivisi çekme deneylerine
göre, zemin çivisinin zemin içerisine yerleştirme işleminin, çevredeki zemin ile
zemin çivisi arasında oluşan sürtünme dayanımı hesabını çok önemli ölçüde
etkilediğini ifade etmişlerdir. Arazi uygulamaları genellikle, önce sondaj çukurlarının
açılması ve zemin çivisini oluşturan donatıların yerleştirilmesi sonrasında, geçirimli
çakıl tabakaları içerisine kolayca penetre olabilen, yüksek çekme mukavemetleri
veren akışkan çimentolar ile enjeksiyon yapılması şeklindedir. Bu uygulamada zemin
çivisinin yüzey pürüzlülüğü çimento kıvamına, enjeksiyon basıncına ve zemin
danelerinin sıkılığı gibi bir çok parametreye bağlı olduğu ifade edilmektedir.
Zemin çivi guruplarının çekme davranışı ve yüzey pürüzlülüğü üzerinde
kaynaklarda çok fazla çalışma bulunmadığından, Hong, Wu ve Yang, (2003) bir kum
kasası içerisinde, tekil ve gurup zemin çivisi üzerinde model çekme deneyleri
yapmışlardır. Deneysel programda yüzey pürüzlülüğü, çivi boyunun çapına oranı,
jeolojik yük ve çiviler arasındaki mesafe gibi parametrelerin, zemin çivilerinin
çekme davranışı üzerinde etkileri olduğu bulunmuştur. Yapmış oldukları deneylerde,
alüminyum alaşımlı tüpler üzerinde farklı yüzey pürüzlülüğü elde etmek için, çeşitli
vida boyutlarını atölyede işleyip, sondaj çukuruna yerleştirip, zemin çivileri ile
zemin arasında istenilen kenetlenmeyi sağlayan enjeksiyon yaparak üretilen zemin
çivilerine benzetmek için basit bir metot kullanmışlardır. Zemin çivisi olarak, dış
çapı 9mm ve iç çapı 4.8mm olan alüminyum alaşımlı tüpler kullanılmıştır.
Deneylerde zemin çivisinin yüzey pürüzlülüğü için, tüp üzerinde açılan vida derinliği
sırasıyla, 0.42, 0.65 ve 0.87mm olarak seçilmiştir. Dolayısıyla vida adım derinliğinin
0.42, 0.65 ve 0.87mm olması durumunda elde edilen yüzey pürüzlülüğü faktörleri
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Ahmet DEMİR
35
sırasıyla R=0.144, 0.236 ve 0.335 olarak tespit edilmiştir. Pürüzsüz tüpün pürüzlülük
faktörü ise, sıfır olarak alınmıştır. Farklı yüzey pürüzlülüğü ile zemin çivisinin
çekme kapasitesinin nasıl değiştiğini gözlemek amacıyla, gömülme oranı L/D=30
olacak şekilde 98 kPa sürşarj gerilmesi altındaki 4 farklı yüzey pürüzlülüğüne sahip
tekil zemin çivisi üzerinde çekme deneyleri yapılmıştır.
Yapılan deney sonuçlarına göre:
• Zemin çivisinin çekme kapasitesinin yüzey pürüzlülüğünün artmasıyla arttığı,
• Ayrıca pürüzsüz zemin çivisi (R=0) üzerinde elde edilen maksimum çekme
kuvveti, çok küçük deplasmanlarda (<0.2mm) meydana gelirken, pürüzlü zemin
çivilerinde elde edilen maksimum çekme yüklerinin ise nispeten daha büyük
deplasmanlarda (1.5-2.1mm) oluştuğu,
• Raju (1996) tarafından da gözlemlendiği gibi, pürüzsüz bir zemin çivisinin
çekme yükü-yer değiştirme davranışının daha çok elastoplastik bir davranışa
benzediği, pürüzlü zemin çivilerinde ise yumuşak kayma gerilmeli bir davranış
gözlendiği,
• Yine yüzey pürüzlülüğünün çekme deneyi sırasında pürüzlülüğe bağlı olarak
zemin içerisinde çok derin iniş-çıkışlar yapan ve olağan dışı bir yük-deplasman
davranışı ortaya çıkardığı ifade edilmektedir.
Zemin çivisinin çekme kapasitesi üzerinde incelenen diğer bir parametre ise,
gömülme oranı L/D’nin etkisidir. Bu parametrenin etkisini araştırmak amacıyla,
pürüzsüz (R=0) ve pürüzlülük faktörü (R=0.236) olan zemin çivisi üzerindeki
gömülme oranları L/D=10, 20, 30, 40 ve 50 olacak şekilde ve 98 kPa sürşarj
gerilmesi altında çekme deneyleri yapılmıştır.
Deney sonuçlarına göre;
• Pürüzlü zemin çivilerinin daha büyük gömülme oranları için, maksimum
göçme yüklerine daha büyük yer değiştirmelerde ulaşıldığı, ayrıca iniş-çıkışlı
davranışın da daha açık olarak gözlenebildiği,
• Her iki zemin çivisi (R=0 ve R=0.236) için de maksimum çekme yüklerinin
gömülme oranı (L/D)’nin artmasıyla arttığı ifade edilmiştir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
36
3. DENEYSEL ÇALIŞMA
3.1. Giriş
Bu bölümde, öncelikle deney düzeneği, deneylerde kullanılan zemin ve
ölçüm aletleri ile deneysel çalışma programı açıklanıp, deneylerden elde edilen
sonuçlar sunulmuştur.
3.2. Deney Düzeneği
Deneysel çalışmada, kum zeminler içerisine gömülü model kazıklar üzerinde
çekme deneyleri yapılarak; sıkılık, pürüzlülük, temel boyutu ve farklı gömülme
derinliklerinin, kazığın net çekme kapasitesine etkileri araştırılmıştır. Çalışmada,
model kazık olarak metalden yapılmış iki farklı çapta dairesel kazıklar ve bu model
kazıkların çekme kapasitelerini ölçmek için STCS –S tipi yük hücresi kullanılmıştır.
3.2.1. Deney Kasası
Model kazıkların çekme kapasitelerinin araştırılması ile ilgili çalışmalar,
Çukurova Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Laboratuarında mevcut 70cm×70cm plan
boyutlarında ve 70cm yükseklikteki kare kesitli kasa içerisinde gerçekleştirilmiştir
(Şekil 3.1. ve 3.2.). Deney kasası iskeleti çelik profilden olup, ön ve arka yüzü 8mm
kalınlığında cam, yan yüzler ile alt taban ise, 20mm kalınlıkta ahşap malzemeden
imal edilmiştir (Yıldız, 2002).
3.2.2. Model Kazık Temel
Deneysel çalışmada, dış çapı 17mm, et kalınlığı 2.2mm ve yüksekliği 340mm
ile, dış çapı 34mm, et kalınlığı 3.2mm ve yüksekliği 340mm olan iki farklı boyutta
metalden imal edilen model kazıklar kullanılmıştır. Deneyler sırasında, çekme
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
37
nedeniyle herhangi bir sınır etkisinin oluşmaması için, model kazıkların merkezde
olmasına dikkat edilmiştir.
Şekil 3.1. Deney Düzeneği
Deplasman Ölçer
H=
70cm
W=70cm
Mekanik Pompa
Yük Halkası
Çekme Motoru
Deney Kumu
Model Kazık
L
D
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
38
Şekil 3.2. Deney Kasası
3.2.3. Yükleme Sistemi
Deneylerde kullanılan yükleme sistemi, Çukurova Üniversitesi İnşaat
Mühendisliği Laboratuarındaki yükleme iskeletine, CONTROLS firması tarafından
imal edilen 45 kN kapasiteli, mekanik kriko ile farklı çekme hızlarına sahip çekme
motorundan oluşmaktadır.
3.2.4. Yük Halkası
Deneylerde model kazık temellere gelen çekme yük değerlerini okumak için,
ESİT firması tarafından üretilen ve teknik özellikleri Çizelge 3.1’de verilen, yük
halkası kullanılmıştır (Şekil 3.3.). Yük halkasında bulunan yük transduceri yardımı
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
39
ile, tüm okumalar data logger cihazına aktarılmıştır. Bu yük halkasının en önemli
özelliği, hem basınç hem de çekme durumunda kullanılabilir olmasıdır.
Çizelge 3.1. Yük Halkası
Şekil 3.3. Yük Halkası
KATALOG NO KAPASİTE
(kg)
MAKSİMUM
HATA (%)
MALZEME
(DIN)
AĞIRLIĞI
(G)
STCS S TİPİ 50 ≤ ±0.03 Paslanmaz Çelik 480
STCS S TİPİ 100 ≤ ±0.03 Paslanmaz Çelik 480
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
40
3.2.5. Düşey Deplasman Transduceri
Çekme nedeniyle model kazık temelinin merkezinde meydana gelen düşey
deplasmanları ölçmek için, ELE firması tarafından üretilen 0.0-9.999mm arasında
okuma alabilen EL27-1355 seri numaralı, düşey deplasman transducerleri
kullanılmıştır (Şekil 3.4.). Her bir deney için, zemin yüzeyinde 2 farklı noktada
düşey deplasman ölçümleri alınarak, model kazığın yenilme eğrisi için, bu iki
okumanın ortalaması alınmıştır.
Şekil 3.4. Düşey Deplasman Transducerleri
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
41
3.2.6. ADU (Data Kaydetme Ünitesi)
Deney sırasında çekme yükleri ve düşey yer değiştirmeler transducerler
yardımıyla, EL27-1495 seri numaralı ve 8 kanal girişli, ADU data logger cihazına
aktarılmıştır (Şekil 3.5.). Bu veriler daha sonra bilgisayar ortamında, DIALOG
programı yardımıyla sayısal değerlere dönüştürülmüştür.
3.2.7. Titreşim Cihazı
Deneyde kullanılan kum numuneleri, deney kasası içerisine tabakalar halinde
ve belli bir sıkılık oranında yerleştirilmiştir. Bu amaçla deney kasasının duvarları
ölçeklendirilmiştir. Her bir tabakanın istenilen sıkılık oranında sıkıştırılması için,
elektrikle çalışan, BOSCH GBH 2-24 DSE titreşim cihazı kullanılmıştır (Şekil 3.6.).
Sıkıştırma sırasında üniform sıkılık elde etmek ve kum danelerinin ezilmesini
önlemek amacıyla, titreşim cihazının uç kısmına 13cm×13cm boyutlarında ve 20mm
kalınlığında, derlin malzemeden yapılmış bir plaka monte edilmiştir.
3.3. Zemin Özellikleri
Deneysel çalışmalarda, Çukurova bölgesi, Seyhan nehir yatağından getirilen
kum numuneler kullanılmıştır. Kum numuneler üzerinde, zemini sınıflamaya yönelik
ve mukavemet özelliklerini tespit etmek için, bir gurup deneyler yapılmıştır. Bu
deney sonuçlarına göre, kullanılan kumun zemin sınıfı, kötü derecelenmiş ince ve
temiz kum (SP) ve dane birim hacim ağırlığı γs=2.68 g/cm3 olarak bulunmuştur
(Yıldız, 2002).
Ayrıca kuru birim hacim ağırlığı γk=1.71 g/cm3 olacak şekilde hazırlanmış
kum numuneler üzerinde, zeminin kayma mukavemet parametrelerini tespit etmek
için, yapılan kesme kutusu ve drenajlı üç eksenli basınç deneyleri sonucunda, kayma
mukavemet açısı, φ=41° ve kohezyon c=0 kg/cm2
olarak bulunmuştur. Zeminin
granülometrik dağılımıyla ilgili özellikler Çizelge 3.2’de sunulmuştur (Yıldız, 2002).
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
42
Çizelge 3.2. Elek Analizi Sonuçları
GRANÜLOMETRİK
PARAMETRELER BİRİM DEĞER
Kaba Daneli Kum Yüzdesi
Orta Daneli Kum Yüzdesi
İnce Daneli Kum Yüzdesi
Efektif Dane Çapı, D10
D30
D60
Zemin Sınıfı
%
%
%
mm
mm
mm
-
0.0
34
66
0.26
0.30
0.40
SP
Şekil 3.5. ADU Cihazı ve Bilgisayar Data Logger Sistemi
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
43
Şekil 3.6. Titreşim Cihazı
3.4. Deney Yöntemi
3.4.1. Aletlerin Kalibrasyonu
Deneyler sırasında, yük ve deplasman ölçümlerinin doğru bir şekilde
yapılabilmesi için, deneyler öncesi yük halkası ve deplasman transducerlerinin
kalibrasyonu yapılmıştır. Yük halkası kalibrasyon tablosu ve grafiği Çizelge 3.3 ve
Şekil 3.7’de verilmektedir. Transducerlerin kalibrasyon tablosu ve grafiği ise,
Çizelge 3.4 ve Şekil 3.8’de görülmektedir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
44
Çizelge 3.3. Yük Halkası Kalibrasyon Tablosu
YÜK DEĞERİ (G) MONITÖR OKUMASI
1008.02 42.00
2009.01 84.00
3017.03 126.00
4020.07 168.00
5021.14 209.50
10060.19 420.00
20097.33 839.00
40099.76 1674.00
Şekil 3.7. Yük Halkası Kalibrasyon Eğrisi
y = 23,955x - 0,8832R2 = 1
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
0 500 1000 1500 2000
Monitör Okuması
Yük
Değ
eri (
g)
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
45
Çizelge 3.4. Transducerlerin Kalibrasyon Tablosu
1. Transducer 2. Transducer
Yer Değiştirme (mm) Monitör Okuması Yer Değiştirme (mm) Monitör Okuması
0.00 0.00 0.00 0.00
0.25 62.85 0.25 66.50
0.50 129.85 0.50 118.50
0.75 190.35 0.75 191.00
1.00 253.85 1.00 252.50
1.50 377.20 1.50 379.00
2.00 500.50 2.00 505.50
2.50 620.85 2.50 633.50
3.00 750.85 3.00 761.00
4.00 1008.00 4.00 1016.00
5.00 1266.50 5.00 1272.30
6.00 1520.80 6.00 1528.00
7.00 1772.50 7.00 1783.00
2. Transducer
y = 0,0039x + 0,0098
R2 = 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1000 2000
Monitör Okuması
Yer
değ
iştir
me
(mm
)
Şekil 3.8. Transducerlerin Kalibrasyon Grafikleri
1. Transducer
y = 0,004x + 0,0081
R2 = 0,9999
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 1000 2000
Monitör Okuması
Yer
değ
iştir
me
(mm
)
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
46
3.4.2. Deneyin Yapılışı
1. Öncelikle model kazık, deney kasasının merkezine gelecek şekilde yerleştirildi.
2. Kum numuneleri, deney kasası içerisine birim hacim ağırlığı, gevşek halde
γk=1.50 g/cm3 ve sıkı halde ise, γk=1.71 g/cm3 olacak şekilde, 5cm’lik tabakalar
halinde dinamik yöntem kullanılarak yerleştirilmiştir. Yapılan tüm deneylerde,
kazığın çekme kapasitesini etkilemeyecek olan kazık tabanından 25cm’lik
derinlikteki bir kum tabakasına sıkıştırma işlemi uygulanmamıştır. İstenilen sıkılığı
deney koşullarında sağlamak amacıyla, deney kasasının kenarları ölçeklendirilmiş ve
her bir tabaka için gerekli olan kum ağırlığı önceden hesaplanarak, kontrollü bir
şekilde sıkıştırma işlemi yapılmıştır. Ayrıca, her bir tabakada dolgu yüzeyinin
düzgün olup olmadığı su terazisi yardımıyla kontrol edilmiştir.
3. Çekme yükü, yük halkası ile model kazık arasındaki bir zincir yardımıyla
sağlanmış olup, uygulanan yükün eksantrik olmamasına dikkat edilmiştir. Deneyler,
model kazık ile mevcut kum zemin arasında yenilme koşulunun oluşmasına kadar,
elektrikli bir motor yardımıyla, 0.0221 mm/sn’lik sabit bir yer değiştirme hızı altında
yapılmıştır.
4. Her bir deneyde, model kazık taşıma kapasitesine ulaşana kadar saniyede 4
okuma alacak şekilde, deplasman değerleri ve buna karşılık gelen yük değerleri
bilgisayar ortamına aktarılmıştır.
5. Yukarıdaki işlemler dört farklı gömülme oranı (L/D=5, 10, 15 ve 20 D=Temel
çapı, L=Gömülme derinliği) için tekrarlanmıştır.
3.5. Deney Programı
Bir model kazığın çekme kapasitesi, genellikle temelin kendi ağırlığı, serbest
yüzey boyunca sürtünme direnci ve kazık taban seviyesi üzerindeki serbest bölge
içerisinde kalan zeminin ağırlığından oluşmaktadır. Kum zeminlerin davranışına etki
eden en önemli faktör kumların sıkılığıdır. Ayrıca kazıkların çekme kapasitesi; temel
boyutu, gömülme derinliği ve kum-kazık arasında kalan ara yüzeyin sürtünme
derecesi ile değişmektedir. Bu çalışmada, sözü edilen parametrelerin düz model
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
47
kazığın çekme kapasitesi üzerindeki etkilerini araştırmak amacıyla, aşağıdaki
deneyler yapılmıştır:
• Model deneylerde kum numuneler kasa içerisine, sıkı ve gevşek halde
yerleştirilmek suretiyle, kum zeminlerde sıkılık oranının model kazığın çekme
kapasitesi üzerindeki etkisinin belirlenmesi için,
• Model deneylerde, kasa içerisine istenilen sıkılıkta yerleştirilmiş olan kum yatağı
ile model kazık arasında kalan ara yüzeyin sürtünme derecesinin, model kazığın
çekme kapasitesi üzerindeki etkisinin belirlenmesi için,
• Model çekme kazığın farklı gömülme oranları için L/D=5, 10, 15 ve 20
(L=Model kazığın gömülme derinliği, D=Kazık çapı) çekme kapasitesi davranışının
belirlenmesi için,
• D=17mm ve D=34mm çapındaki model kazıklar üzerinde, temel boyutunun
model çekme kazığın çekme kapasitesi üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla,
• 2 ve 4kg’lık bir sürşarj yükü altında, D=17mm çaplı model kazık üzerinde farklı
gömülme oranları ve kum sıkılığı için sürşarj yükünün, model kazığın çekme
kapasitesi üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla,
deneyler yapılmıştır.
3.6. Deney Sonuçları
3.6.1. Sıkılığın Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi
Kum zeminlerde, kayma mukavemeti parametrelerinden kohezyon c, sıfır
değerini aldığı için, kayma mukavemeti denklemi
φσ=τ tan (3.1)
şeklinde ifade edilmektedir. Bu duruma göre kayma mukavemeti ve dolayısıyla
taşıma kapasitesi, φ açısına bağlıdır. Kumlarda kayma mukavemeti açısı (φ) değerini
etkileyen en önemli faktör ise, kumun sıkılık derecesidir. φ açısını etkileyen diğer
faktörler ise, dane çapı dağılımı, dane biçimi ve danelerin mineral yapısıdır. Kum
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
48
zeminin, kuru veya su altında olması, φ açısını çok az etkilemektedir (Özaydın,
1989).
Deneylerde farklı sıkılık oranlarında hazırlanmış, kum zemin içerisine
gömülü model kazığın çekme kapasitesi araştırılmıştır. Deneylerde kum numuneleri
iki farklı sıklılıkta kasa içerisine yerleştirilmiştir. Gevşek hal için γk=1.50 gr/cm3 ve
sıkı hal için γk=1.71 gr/cm3 olacak şekilde, iki farklı sıkılıkta 5cm’lik tabakalar
halinde yerleştirilmiştir. Deney programının tamamında, çekme deneyi sırasında,
yükün kazığa eksenel etkimesi amacıyla kum dolgular kasa içerisine yerleştirilirken
öncelikle kazık etrafı beslenmiştir (Şekil 3.9.).
Şekil 3.9. Kum Dolguların Kasa İçerisine Yerleştirilmesi
Ayrıca sıkılık faktörünün çekme kazıkların nihai çekme kapasiteleri üzerindeki
etkisini görmek amacıyla, D=17mm çaplı model kazık üzerinde, hem gevşek hem de
sıkı kum koşulları, deney sonunda elde edilen yük-deplasman eğrileri Şekil 3.10’da
görülmektedir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
49
Çekme deneyleri sonucunda kazığın nihai çekme kapasitesi, yük-deplasman
eğrileri üzerinde, eğrinin asimtot yapmaya başladığı noktadaki yük ve bu yüke
karşılık gelen yer değiştirme göçme anındaki deplasman olarak tanımlanmıştır (Şekil
3.10).
Bu grafikte aynı kazık geometrileri (D=17mm ve L=170mm) üzerinde
yapılan çekme deneyleri sonucunda, model kazığın nihai çekme kapasitesi, sıkılık
koşuluna bağlı olarak, sıkı halde iken 1741g ve buna karşılık gelen yer değiştirme
0.546mm olurken; gevşek halde ise, 666g ve bu göçme yüküne karşılık gelen yer
değiştirme 0.213mm olarak tespit edilmiştir.
Deney sonuçlarına göre pürüzlülük koşulu ve farklı gömülme oranlarına bağlı
olarak, sıkı kum içerisine gömülü çekme kazıkların nihai çekme kapasitelerinin,
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Çekm
e Y
ükü,
Q(g
)
Sıkı (L/D=10)
Gevşek (L/D=10)
Şekil 3.10. D=17mm Çaplı Kazığın Sıkı ve Gevşek Kum Ortamında Yük-Deplasman Eğrilerinin Karşılaştırılması
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
50
gevşek kumda elde edilen çekme kapasitelerinden en az 1.77, en fazla ise 12.61 kat
daha büyük olduğu gözlemlenmiştir.
Kum sıkılığının model çekme kazıkların çekme kapasiteleri üzerindeki
etkilerini araştırmak amacıyla deneyler, model çekme kazığı olarak, D=17mm ve
D=34mm çapındaki kazıklar üzerinde farklı gömülme oranları (L/D=5, 10, 15 ve 20)
için yapılmış olup, deneylerden elde edilen sonuçlar toplu olarak Çizelge 3.5’de
verilmektedir.
3.6.2. Pürüzlülüğün Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi
Statik olarak çekme yüklerinin uygulandığı düz yüzeyli kazıkların yüzey
sürtünme dayanımı, basınç kazıklarındaki yüzey sürtünmesiyle aynı
hesaplanmaktadır. Bazı deney sonuçları kazık gövdesinin yüzey sürtünmesinden
dolayı oluşan çekme dayanımının, basınç altında oluşan yüzey sürtünme
dayanımından daha küçük olduğunu göstermiştir. Granüler zeminlerde bu oran en az
%50 civarındadır. Genellikle basınç durumunda emin taşıma kapasitesi için 3 gibi bir
güvenlik faktörü alınmakta olup, kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerdeki
kazıkların çekme kapasitesini hesaplarken de aynı güvenlik faktörü kullanılmaktadır.
Özellikle çekme kazığın taşıma gücüne ulaşana kadar yapmış olduğu düşey yer
değiştirme, kazık çapının %0.5-1 katı ile sınırlandırılmıştır (Tomlinson, 1994).
Kohezyonsuz zeminler ile katı killerin maksimum sürtünme dayanımı
yumuşak konsolide killerden çok daha büyüktür. Yüzey sürtünme dayanımı
genellikle maksimum bir değere ulaştıktan sonra azalır. Bu azalma, kohezyonsuz
zeminler ve yumuşak killer için, genellikle çok küçüktür (Broms, 1978).
Yüzey pürüzlülüğünün kazıkların nihai çekme kapasiteleri üzerindeki etkisini
görmek amacıyla, D=34mm çaplı model kazık üzerinde, kazığın hem pürüzlü hem de
pürüzsüz olması halinde deneyler yapılmıştır. Deneyler sonunda elde edilen yük-
deplasman eğrileri Şekil 3.11’de görülmektedir. Bu grafikte aynı kazık geometrileri
(D=34mm ve L=255mm) üzerinde yapılan çekme deneyleri sonunda, model kazığın
nihai çekme kapasitesi, pürüzlü halde 24786.8g ve buna karşılık gelen yer değiştirme
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
51
1.021mm olurken, pürüzsüz halde, kazığın nihai çekme kapasitesi 11052.0g ve bu
göçme yüküne karşılık gelen yer değiştirme ise 0.970mm olarak elde edilmiştir.
Mevcut araştırmada ayrıca 17mm çaptaki model kazık üzerinde de, kazığın
hem pürüzsüz hem de pürüzlü olması durumunda, çekme deneyleri yapılmıştır.
Deney sonuçları, kazıkların pürüzlü iken çekme kapasitelerinin, pürüzsüz duruma
göre gömülme oranına (L/D) ve zemin sıkılığına bağlı olarak 1.11-8.25 kat daha
büyük olduğunu göstermiştir (Çizelge 3.5).
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Çekm
e Y
ükü,
Q(g
)
Pürüzsüz (L/D=7.5)
Pürüzlü (L/D=7.5)
Şekil 3.11. D=34mm Çaplı Kazığın Pürüzlülük Durumuna Bağlı Çekme Kapasitesinin Değişimi
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
52
3.6.3. Gömülme Oranının Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi
Gömülme oranı L/D’nin, kazıkların çekme kapasiteleri üzerinde, nasıl bir etki
yaptığını görmek amacıyla, D=34mm çaplı model kazık üzerinde, farklı gömülme
oranları için elde edilen yük-deplasman eğrileri Şekil 3.12’de verilmektedir.
Bu grafikte aynı kazık üzerinde (D=34mm) diğer parametreler (sıkılık, temel
boyutu ve pürüzlülük) sabit iken, 4 farklı gömülme oranı için (L/D =2.5, 5, 7.5 ve
10) yapılan çekme deneyleri sonucunda, kazığın nihai çekme kapasitesi sırasıyla
2032g, 5050g, 11052g ve 16122g ve bu yüklere karşılık gelen yer değiştirmeler ise,
0.210mm, 0.600mm, 0.970mm ve 1.110 mm olarak tespit edilmiştir. Dört farklı
gömülme oranı (L/D=5, 10, 15 ve 20) için, model çekme kazıklar üzerinde yapılan
çekme deneylerinden elde edilen göçme yükleri ile yer değiştirmeler arasındaki ilişki
toplu olarak Çizelge 3.5’de verilmiştir. Bu deney sonuçlarına göre, kazık nihai
çekme kapasitesi L/D’nin artmasıyla artmaktadır.
Şekil 3.12. D=34mm Çaplı Kazığın Gömülme Oranı (L/D) ile Çekme Kapasitesinin Değişimi
0
3000
6000
9000
12000
15000
18000
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Çekm
e Y
ükü,
Q(g
)
L/D=10 L/D=7.5
L/D=5 L/D=2.5
SIKI KUM
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
53
3.6.4. Kazık Boyutunun Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi
Deneyler, temel boyutunun kazıkların çekme kapasitesi üzerinde nasıl bir etki
yaptığını görmek amacıyla, çapı D=17mm ve D=34mm olan, iki farklı çekme kazığı
üzerinde yapılmıştır (Şekil 3.13).
Bu grafikte farklı kazık geometrileri (D=17mm ve D=34mm) üzerinde
yapılan çekme deneyleri sonucunda, model kazığın nihai çekme kapasitesi, kazık
çapı D=17mm iken 1246g ve buna karşılık gelen yer değiştirme 1.300mm olurken,
D=34mm iken, 2192.8g ve bu göçme yüküne karşılık gelen yer değiştirme ise,
1.510mm olarak tespit edilmiştir. Yapılan deney sonuçlarına göre, kazık çapının
artmasıyla çekme kazıkların net taşıma kapasitelerinin de sıkılık, pürüzlülük ve
gömülme oranına bağlı olarak 1.16-3.72 kat arttığı gözlenmiştir (Çizelge 3.5.).
0
500
1000
1500
2000
2500
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Çekm
e Y
ükü,
Q(g
)
D=34mm (L=170mm)
D=17mm (L=170mm)
Şekil 3.13. Çekme Kazıkların Nihai Taşıma Kapasitesi ile Kazık Temel Boyutu Arasındaki İlişki
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
54
Ayrıca, kazık çekme kapasitesinin, kum sıkılığına, pürüzlülük koşuluna ve
gömülme oranına bağlı olarak kazık çapı ve gömülme oranı ile değişimleri, Şekil
3.14, Şekil 3.15, Şekil 3.16 ve Şekil 3.17’de gösterilmektedir.
Çizelge 3.5. Kazık Çekme Kapasitesinin Sıkılık, Pürüzlülük, Gömülme Oranı ve
Kazık Boyutu ile Değişimi
(Çizelgedeki QUR, pürüzlü kazığın nihai çekme kapasitesini ∆UR ise, QUR’e karşılık gelen yer değiştirmeyi ifade etmektedir.)
Pürüzlü Hal Pürüzsüz Hal
Kum Sıkılığı
D (mm) L/D
QUR (g)
QUR Net(g)
∆UR (mm)
QU (g)
QU Net(g)
∆U (mm) NetU
UR
Q
Q
Sıkı
φ=41° Gevşek
φ=35°
17 17 17 17
34 34 34 34
17 17 17 17
34 34 34 34
5 10 15 20
2.5 5.0 7.5 10.0
5 10 15 20
2.5 5.0 7.5 10.0
1469.0 5661.0 17915.6 37018.0
2264.4 9565.1 24786.8 54003.9
743.0 1246.0 1992.4 2935.0
1372.1 2192.8 3500.0 4426.0
1004.0 5196.0 17450.6 36553.0
1162.4 8463.1 23684.8 52901.9
278.0 781.0 1527.4 2470.0
270.1 1090.8 2398.0 3324.0
0.370 1.330 1.248 1.470
0.679 0.565 1.021 1.166
1.440 1.300 1.264 1.400
1.340 1.510 1.390 1.739
966.0 1741.0 3613.0 4487.0
2032.0 5050.0 11052.0 16122.0
547.0 666.0 755.0 887.0
1170.0 1315.0 1645.0 2010.0
536.0 1311.0 3183.0 4057.0
1002.0 4020.0 10022.0 15092.0
117.0 236.0 325.0 457.0
140.0 285.0 615.0 980.0
0.530 0.546 0.562 0.565
0.210 0.600 0.970 1.110
0.040 0.213 0.130 0.140
0.150 0.140 0.201 0.100
1.873 3.963 5.482 9.010
1.160 2.105 2.363 3.505
2.376 3.309 4.700 5.405
1.929 3.827 3.899 3.392
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
55
Qnet= 140,21(L/D)2 - 1109,40(L/D) + 2851,80
R2 = 1,00
Qnet= 219,16(L/D)2 - 2070,30(L/D) + 6338,50
R2 = 1,00
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet
(g)
D=34mm
D=17mm
SIKI KUM (φ=41°)
Şekil 3.14. Pürüzlü Kazıkların Çekme Kapasitelerinin Kazık Çapı ve Gömülme Oranı ile Değişimi
Qnet = 248,70(L/D) - 837
R2 = 0,97
Qnet = 20,12(L/D)2 + 463,24(L/D) - 2019,00
R2 = 0,99
0
4000
8000
12000
16000
20000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet
(g)
D=34mm
D=17mm
SIKI KUM (φ=41°)
Şekil 3.15. Pürüzsüz Kazıkların Çekme Kapasitelerinin Kazık Çapı ve Gömülme Oranı ile Değişimi
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
56
Qnet = 4,40(L/D)2 + 36,54(L/D) - 17,00
R2 = 1,00
Qnet = 1,053(L/D)2 + 183,05(L/D) - 714,87
R2 = 0,99
0
750
1500
2250
3000
3750
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet
(g)
D=34mm
D=17mm
GEVŞEK KUM (φ=35°)
Şekil 3.16. Pürüzlü Kazıkların Çekme Kapasitelerinin Kazık Çapı ve Gömülme Oranı ile Değişimi
Qnet = 21,94(L/D) - 1,50
R2 = 0,99
Qnet = 2,051(L/D)2 + 6,083(L/D) + 37,725
R2 = 0,99
0
200
400
600
800
1000
1200
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet
(g)
D=34mm
D=17mm
Şekil 3.17. Pürüzsüz Kazıkların Çekme Kapasitelerinin Kazık Çapı ve Gömülme Oranı ile Değişimi
GEVŞEK KUM (φ=35°)
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
57
3.6.5. Sürşarj Yükünün Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkisi
Sürşarj yükünün, kazıkların çekme kapasiteleri üzerinde nasıl bir etki
yaptığını görmek amacıyla, D=17mm çaplı pürüzlü model kazık üzerinde deneyler
yapılmıştır (Şekil 3.18).
Şekil 3.18. Sürşarj Yükü Altındaki Model Çekme Kazığı
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
58
Deneyler, sürşarj yükünün artması ile kazığın çekme kapasitesinin de arttığını
göstermiştir (Şekil 3.19). Gevşek kumda iki farklı sürşarj yükü (P=2 ve 4kg) ve sıkı
kumda tek bir sürşarj yükü (P=2kg) altında farklı gömülme oranları için yapılan
deneyler sonucunda kazığın çekme kapasitesinin, sürşarj yükü, kum sıkılığı ve
gömülme oranı ile nasıl değiştiği Çizelge 3.6’da gösterilmektedir. Ayrıca bu değişim
Şekil 3.20 ve 3.21’de gömülme oranına karşılık net çekme yükü olarak ifade
edilmektedir. Bu grafiklere göre, kazığın net çekme kapasitesinin sürşarj yükü ile
artmakta olduğu ve bu artış miktarının gömülme derinliği ile de bir azalma gösterdiği
görülmektedir.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Çekm
e Y
ükü,
Q(g
)
Sürşarjsız
P=2kg
P=4kg
D=17mm L/D=20 Pürüzlü Kazık Gevşek Kum
Şekil 3.19. Kazıkların Çekme Kapasiteleri ile Sürşarj Yükü Arasındaki İlişki
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
59
Çizelge 3.6. Sürşarj Yükü, Sıkılık ve Gömülme Oranı Parametrelerinin Kazık Çekme Kapasitesi Üzerindeki Etkileri
(Çizelgede QU, kazık nihai çekme kapasitesini QUP ise, sürşarj yükü altında kazık nihai çekme kapasitesini ifade etmektedir.)
Sürşarjsız Hal Sürşarj Yükü P=2kg
Sürşarj Yükü P=4kg Kum
Sıkılığı D
(mm) L/D
QU (g)
QU Net(g)
QUP (g)
QUP Net(g)
QUP (g)
QUP Net(g)
NetU
kg2UP
Q
Q
=
Sıkı
φ=41° Gevşek
φ=35°
17 17 17 17
17 17 17 17
5 10 15 20 5 10 15 20
1469.0 5661.0 17915.6 37018.0 743.0 1246.0 1992.4 2935.0
1004.0 5196.0 17450.6 36553.0 278.0 781.0 1527.4 2470.0
2732.0 9627.1 22997.4 46474.2
1150.0 1634.5 2455.2 3027.8
2267.0 9162.1 22532.4 46009.2
685.0 1169.5 1990.2 2562.8
- - - -
1228.9 1944.7 2526.8 3314.1
- - - -
763.9 1479.7 2061.8 2849.1
2.26 1.76 1.23 1.26
2.46 1.50 1.30 1.04
0
750
1500
2250
3000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet
(g)
Sürşarjsız
Sürşarj Yükü=2kg
Sürşarj Yükü=4kg
Şekil 3.20. Gevşek Kumda ve Farklı Sürşarj Yükleri Altında Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranına Bağlı Olarak Değişimi
D=17mm Pürüzlü Kazık Gevşek Kum
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
60
3.6.6. Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması
1. Pürüzlü ve pürüzsüz model çekme kazıklar için, kum zeminlerin sıkılık oranı
arttıkça, çekme kapasiteleri (göçme yükleri) de artmaktadır (Şekil 3.10 ve EK 7-14).
2. Deneylerde, pürüzlü model çekme kazıkların çekme kapasitelerinin, pürüzsüz
olanlara nazaran hem sıkı hem de gevşek kum koşullarında daha büyük olduğu
gözlenmiştir (Şekil 3.11 ve EK 7-14).
3. Kum sıkılığına bağlı olarak, pürüzlü-pürüzsüz model çekme kazıkların
(L/D=5, 10, 15 ve 20) gömülme oranları ile net çekme kapasitelerindeki değişim
Şekil 3.12 ve EK 7-14’te gösterilmektedir.
4. Kazık çapı göz önüne alındığında, kazık çapının artmasıyla kazığın çekme
kapasitesinin de arttığı görülmektedir (Şekil 3.13 ve EK 7-14).
5. Pürüzlü kazığın çekme kapasitesinin sürşarj yükü ile arttığı gözlenmiştir.
0
10000
20000
30000
40000
50000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet
(g)
Sürşarjsız
Sürşarj Yükü=2kg
Şekil 3.21. Sıkı Kumda Sürşarj Yükü Altındaki Model Kazığın Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranına Bağlı Olarak Değişimi
D=17mm Pürüzlü Kazık Sıkı Kum
3. DENEYSEL ÇALIŞMA Ahmet DEMİR
61
6. Ayrıca, sürşarj yükü altında pürüzlü kazık çekme kapasitesinin, sürşarjsız
durumdaki çekme kapasitesine oranının, gömülme oranının artması ile azalmakta
olduğu görülmektedir. Bu durum ilave yükün etkisinin derinlikle azalması ile
örtüşmektedir (Çizelge 3.6).
7. Özellikle gevşek kum dolgulardaki deneylerde kazığın yük-deplasman
davranışında büyük yer değiştirmelerde çekme dayanımında dalgalanmalar olduğu
görülmektedir. Bu davranış, göçmenin oluşmasına ve büyük deplasmanlarda model
kazığın altında oluşan boşluğa doğru bir kum akımının oluştuğu yaklaşımıyla
açıklanmıştır (Rowe ve Davis, 1982; Trautmann ve ark., 1985; Murray ve Geddes,
1987; Dickin, 1988) (EK 7-14).
8. Model kazıkların göçme yüklerine karşılık gelen düşey yer değiştirmeler göz
önüne alındığında, sıkı kumda görülen kazığın göçme yer değiştirmesinin gevşek
kuma nazaran daha büyük olduğu görülmektedir. Hem pürüzlü ve hem de pürüzsüz
durumda benzer bir ilişki görülmektedir (EK 7-14).
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
62
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ
4.1. Giriş
Bu bölümde, PLAXIS bilgisayar programı yardımıyla farklı sıkılıklardaki
kumlu zeminlere gömülü, kazık temellerin çekme kapasitelerini bulmak amacıyla
sayısal analizler yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda izlenen programa benzer şekilde,
temel boyutunun, sıkılığın ve pürüzlülüğün model kazığın çekme kapasitesi
üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, deneysel çalışmadaki deney düzeneği,
yükleme koşulları ve malzeme özellikleri PLAXIS bilgisayar programında
modellenerek sayısal çözümler elde edilmiştir.
4.2. Sonlu Elemanlar Yöntemi
Son yıllarda, bilgisayar teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak teorik
analizlerde sayısal çözümlerin önemi artmıştır. En yaygın olarak kullanılan sayısal
çözüm yöntemlerinden birisi sonlu elemanlar yöntemidir. Bu yöntemde, sürekli
ortamlardan oluşan sistemler üzerinde, sonlu eleman ağı ile hayali düğümler
oluşturulur. Kodlama tekniği ile sistem kütle ve rijitlik matrisleri oluşturularak
sisteme ait hareket denklemi elde edilir. Sistem hareket denklemi de uygun bir
yöntem ile çözülerek, deplasmanlar ve gerilmeler hesaplanır.
Sonlu elemanlar yönteminde, ağ modelindeki her eleman komşusu olan diğer
elemanlara gerçekte sonsuz sayıda nokta ile bağlı olmasına rağmen, bu yöntemde
sadece düğüm noktaları vasıtasıyla bağlanır. Böylece, deplasmanların uygunluğunun
sadece bu noktalarda sağlanması yeterli olacaktır. Yöntemin sistematik olması ve her
türlü yapıya aynı işlemlerle uygulanabilir olması en önemli özelliğidir. İşlem
hacminin büyümesi, dezavantaj olarak görünse de bu olumsuzluk, bilgisayar
yardımıyla aşılmaktadır. Son yıllarda, yeterince hassas sonuçlar veren ve bu tez
kapsamında da kullanılan, PLAXIS gibi sonlu elemanlar yöntemine dayalı bir çok
paket programlar mevcuttur.
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
63
4.3. PLAXIS Bilgisayar Programı
PLAXIS (Finite Element Code for Soil and Rock Analysis), geoteknik
mühendisliğindeki deformasyon ve stabilite problemlerinin, sonlu elemanlar yöntemi
ile analiz edilebilmesi için tasarlanmış bir bilgisayar programıdır. Bu çalışmada,
PLAXIS 7.2 versiyonu kullanılmıştır. Program, geoteknik mühendisliği
uygulamalarına yönelik olarak geliştirilmiştir. Analizlerde, problemler iki boyutlu
olarak eksenel simetrik veya düzlem deformasyon geometri koşullarında analiz
edilmektedir. PLAXIS, çok yönlü ve karmaşık bir yapı arz eden geoteknik
uygulamaların analizi için aşağıda verilmiş olan bazı önemli özelliklere sahiptir:
1. Problemin çözüm aşamasında geometrik model oluşturulurken, ortamın
zemin yapısı, mevcut yük durumu ve sınır şartları kolayca tanımlanmaktadır.
2. Zemin ortamı 2 boyutlu üçgen elemanlar yardımıyla tanımlanmaktadır.
3. Programda, duvar, plak ve temel gibi yapı elemanlarını kolayca
tanımlayabilecek kiriş elemanları mevcuttur.
4. Program, zemin davranışlarını modellemek için birden fazla zemin modeline
sahiptir.
4.3.1. Zemin Modelleri
PLAXIS Programında, yukarıda sözü edildiği gibi, zemin davranışını
modellemek amacıyla kullanılan dört farklı zemin modeli aşağıda kısaca
özetlenmiştir.
4.3.1.1. Lineer Elastik (LE) Zemin Modeli
Bu modelde, zemin davranışının Hooke yasasına uyduğu ve zeminin
izotropik lineer elastik bir malzeme olduğu kabul edilir. Zemini tanımlamak için
elastisite modülü, E ve poisson oranı, µ değerleri kullanılır. Bu model, kaya gibi rijit
ve büyük zemin kütlelerini modellemek için daha elverişlidir.
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
64
4.3.1.2. Mohr-Coulomb (MC) Zemin Modeli
Bu model, Elosto-Plastik bir zemin modelidir. Bu modelde, zeminin,
Elastisite modülü, E, poisson oranı, ν, kohezyonu, c, sürtünme açısı, φ, ve dilatasyon
açısı, ψ gibi 5 ayrı parametre kullanılmaktadır. Zemin rijitliği için kullanılan E
parametresi, tüm zemin tabakaları için sabittir.
4.3.1.3. Hardening-Zemin (HZ) Modeli
Farklı tipteki zemin davranışını modellemekte kullanılan bir zemin modelidir.
Mohr-Coulomb modeline göre çok daha gelişmiş bir modeldir. MC modelde olduğu
gibi gerilme seviyesi kohezyon (c), sürtünme açısı (φ) ve dilatasyon açısı (ψ) ile
sınırlandırılmıştır. HZ model, gerilme bağımlı rijitlik modülünü dikkate almaktadır.
Yani, zemin rijitliği basınçla birlikte artmaktadır.
4.3.1.4. Soft-Soil-Crep (SSC) Modeli
Zemin mekaniğinde normal konsolide killer, killi siltler ve turba zeminler
yumuşak zemin olarak kabul edilmektedir. Bu tür zeminler, yüksek mertebedeki
sıkışabilirlik özelliğine bağlı olarak, farklı özellikler göstermektedirler. HZ model,
tüm zeminler için uygun bir model olmasına rağmen yumuşak zeminlerdeki büzülme
ve gerilme gevşemesi gibi viskoz etkiler ile normal konsolide killerde gözlenen
zamana bağlı sıkışma davranışını dikkate almamaktadır. Bu nedenle, bu tür
zeminlerde SSC modeli kullanılır. Özellikle, temel ve dolgulardaki zamana bağlı
oturma problemleri ile tüneller ve derin kazı gibi zemindeki yük boşalması
problemlerinde bu model kullanılmaktadır.
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
65
4.4. Sonlu Elemanlar Analizi
Sonlu elemanlar analizinde, Bölüm 3’te ifade edilen deneysel çalışma
programına benzer olarak, farklı sıkılıktaki kumlu zeminlere gömülü olan, iki farklı
çaptaki dairesel model kazıkların düşey olarak çekme kuvvetleri altındaki yük-
deplasman ilişkileri, PLAXIS bilgisayar paket programı kullanılarak araştırılmıştır.
Analizlerde zemin, çevre, sınır ve yükleme koşulları deneysel çalışmadakiler ile aynı
tutulmaya çalışılmıştır.
Deney kasasının geometrik modeli, iki boyutlu ve eksenel simetrik olarak
oluşturulmuştur (Şekil 4.1). Geometrik modelin genişliği eksenel simetrik koşullarda
35cm ve toplam zemin yüksekliği 70cm’dir. Zemin ortamı 15 düğümlü üçgen
elemanlarla modellenmiştir. Model kazık, Lineer Elastik malzeme modeli
kullanılarak modellenmiş olup, malzeme özellikleri ise, E=2.00x109 g/cm2, γ=2.50
g/cm3 ve ν=0.20’dir.
Analizlerde kum zeminin davranışı MC, HZ ve LE modelleri ile
modellenmiştir. Sıkı kum koşulu için γk=1.71 g/cm3 olacak şekilde hazırlanan kum
zemin için, Yıldız (2002) tarafından, CD-üç eksenli basınç deneyleri yapılarak
bulunan parametreler ve gevşek kum koşulu için γk=1.50 g/cm3 PLAXIS bilgisayar
programı tarafından önerilen uygun parametreler kullanılmıştır. Kum zeminin model
parametreleri Çizelge 4.1’de verilmektedir. Yapılan analizlerde Pürüzlü koşullarda
dilatasyon açısı, ψ için PLAXIS programının önerdiği φ-30 değeri kullanılırken,
pürüzsüz koşullarda ise, ψ sıfır olarak alınıp hesaplar yapılmıştır. Göçme oranı için
ise, pürüzlü koşullarda Rf=0.90 değeri, pürüzsüz koşullarda ise Rf=0.0001 değeri
kullanılmıştır. Ayrıca, deney ortamı sonlu elemanlara ayrılırken, gevşek kum
ortamında kazık etrafında mesh sıklaştırması yapılmıştır. Model ortamında kullanılan
eleman sayısı genel olarak 200-250 arasında tutulmuştur (EK 1).
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
66
Çizelge 4.1. Deney Kumu İçin Model Parametreler
Parametre Adı Simge Birim γk=1.71
g/cm3
γk=1.50
g/cm3
Referans basınç değeri pref g/cm2 10 10
Üç eksenli yükleme rijitliği E50 g/cm2 2800 1200
Üç eksenli yükleme-boşaltma rijitliği Eur g/cm2 8400 3600
Ödometre yükleme rijitliği Eoed g/cm2 2800 1200
Gerilme seviyesine bağlı üs değeri m - 0.50 0.50
Kohezyon c g/cm2 1.0x10-5 1.0x10-5
Kayma mukavemet açısı φ (°) 41 35
Dilatasyon açısı ψ (°) 11 5
Poisson oranı ν - 0.20 0.20
Zemin basınç katsayısı Ko - 0.34 0.43
Göçme oranı Rf - 0.90 0.90
Şekil 4.1. Model Zemin Ortamının Sonlu Elemanlar Ağı
A A
W=35cm
H=
70cm
Model Kazık
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
67
4.5. PLAXIS Bilgisayar Programı ile Analiz Sonuçları
4.5.1. Hardening-Soil Zemin Modeli (HZ) ile Analiz
PLAXIS bilgisayar programında zemin ortamı için HZ zemin modeli
kullanılarak deneysel çalışmada izlenen programa benzer şekilde gömülme
derinlikleri, L/D=5, 10, 15 ve 20 olacak şekilde iki farklı kum sıkılığında pürüzlü ve
pürüzsüz D=17mm çaplı model kazık üzerinde yapılan analiz sonuçları Çizelge
4.2’de yer almaktadır.
Çizelge 4.2. Pürüzlü ve Pürüzsüz Kazıkta Gevşek-Sıkı Kum İçin HZ Analiz Sonuçları
Gevşek Kum Sıkı Kum
Pürüzlü Pürüzsüz Pürüzlü Pürüzsüz L/D
L (cm) QU Net
(g) QU Net
(g) QU Net
(g) QU Net
(g)
5 8.50 689.92 299.68 2019.85 435.16 10 17.00 2951.97 908.74 8053.39 1263.98 15 25.50 5960.86 1835.23 22165.67 3144.04 20 34.00 9498.89 3312.62 40010.91 4012.12
Yapılan analiz sonuçlarına göre;
• Gömülme oranı (L/D) arttıkça model kazığın çekme kapasitesi artmaktadır.
• Aynı sıkılıktaki kum için, kazığın pürüzlü iken çekme kapasitesindeki artış
oranı, L/D oranı arttıkça pürüzsüz duruma göre gevşek kumda 3 katına sıkı kumda
ise 10 katına kadar artmaktadır. Gevşek ve sıkı kum için HZ zemin modeli
kullanılarak elde edilen analiz sonuçları, ayrıca Şekil 4.2. ve 4.3’te grafik olarak
görülmektedir.
Grafikte kullanılan x parametresi, gömülme oranı (L/D)’yi y ise, kazık net çekme
yükü (Qnet)’i ifade etmektedir.
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
68
Qnet= 8,68(L/D)2 - 17,78(L/D) + 183,16
R2 = 1,00
Qnet = 12,76(L/D)2 + 269,72(L/D) - 988,56
R2 =1,00
0
2000
4000
6000
8000
10000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
me
Yük
ü, Q
net (
g)
Pürüzlü
Pürüzsüz
Şekil 4.2. Gevşek Kum İçin Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranı L/D ile Değişimi
Şekil 4.3. Sıkı Kum İçin Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranı L/D ile Değişimi
Qnet = 252,22(L/D) - 938,92
R2 = 0,97
Qnet = 118,12(L/D)2 - 391,22(L/D) + 805,72
R2 = 1,00
0
9000
18000
27000
36000
45000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
me
Yük
ü, Q
net (
g)
Pürüzlü
Pürüzsüz
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
69
4.5.2. Mohr-Coulomb Zemin Modeli (MC) ile Analiz
PLAXIS bilgisayar programında; zemin ortamı için MC zemin modeli
kullanılarak deneysel çalışmada izlenen programa benzer şekilde gömülme
derinlikleri L/D=5, 10, 15 ve 20 olacak şekilde, iki farklı kum sıkılığında pürüzlü ve
pürüzsüz D=17mm çaplı model kazık üzerinde yapılan analiz sonuçları Çizelge
4.3’te yer almaktadır.
Çizelge 4.3. Pürüzlü ve Pürüzsüz Kazıkta Gevşek-Sıkı Kum İçin MC Analiz Sonuçları
Gevşek Kum Sıkı Kum
Pürüzlü Pürüzsüz Pürüzlü Pürüzsüz L/D
L (cm) QU Net
(g) QU Net
(g) QU Net
(g) QU Net
(g)
5 8.50 585.15 290.95 1283.77 381.32 10 17.00 2977.41 1093.96 6363.57 1194.64 15 25.50 5987.44 1832.32 15351.50 1919.12 20 34.00 9794.67 3277.52 39939.87 3590.48
Yapılan MC analiz sonuçlarının HZ analizinde elde edilen sonuçlarla uyum
içerisinde olduğu görülmüştür (Şekil 4.4. ve 4.5.).
4.5.3. Lineer Elastik Zemin Modeli (LE) ile Analiz
PLAXIS bilgisayar programında zemin ortamı için LE zemin modeli
kullanılarak, deneysel çalışmada izlenen programa benzer şekilde gömülme
derinlikleri L/D=5, 10, 15 ve 20 olacak şekilde, iki farklı kum sıkılığında D=17mm
çaplı model kazık üzerinde analizler yapılmıştır. Bu analizlerde pürüzlü ve pürüzsüz
koşulları dikkate alınamamış olup, sadece ortamın sıkılık koşulunun kazığın çekme
kapasitesi üzerindeki etkisi araştırılabilmiştir. Analiz sonuçları, sadece küçük
deplasman değerleri için elde edilmiş olup Çizelge 4.4’te yer almaktadır. Bu analiz
sonuçlarına göre, ortam sıkılığı arttıkça, model kazığın çekme kapasitesi de artmıştır
(Şekil 4.6.).
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
70
Qnet = 6,42(L/D)2 + 33,41(L/D) + 1,93
R2 = 1,00
Qnet = 14,15(L/D)2 + 259,03(L/D) - 1054,80
R2 = 1,00
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
me
Yük
ü, Q
net (
g)
Pürüzlü
Pürüzsüz
Şekil 4.4. Gevşek Kum İçin Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranı L/D ile Değişimi
Şekil 4.5. Sıkı Kum İçin Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranı L/D ile Değişimi
y = 207,04x - 816,60
R2 = 0,96
Qnet = 195,09(L/D)2 - 2378,00(L/D) + 8881,30
R2 = 0,99
0
7000
14000
21000
28000
35000
42000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
meY
ükü,
Qne
t (g
)
Pürüzlü
Pürüzsüz
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
71
Çizelge 4.4. Model Kazığın, ∆=0.03mm Deplasman Değeri İçin, Gevşek-Sıkı Kum
Koşulundaki LE Analiz Sonuçları
Gevşek Kum Sıkı Kum
L/D L
(cm) QU Net
(g) QU Net
(g) 5 8.50 9457.96 16832.25 10 17.00 15151.65 27087.99 15 25.50 20624.39 33309.30 20 34.00 26123.72 46753.76
(Çizelgedeki QU Net, kazık net çekme kapasitesi olarak tanımlanmıştır).
y = 1919,70x + 6999,40
R2 = 0,98
y = 1109,40x + 3971,90
R2 = 1,00
0
10000
20000
30000
40000
50000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
me
Yük
ü, Q
net (
g) Gevsek
Sıkı
Şekil 4.6. Gevşek Kum İçin Kum Sıkılığına Bağlı Kazık Çekme Kapasitesinin Gömülme Oranı L/D ile Değişimi
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
72
4.6. PLAXIS Bilgisayar Programı ile Yapılan Analiz Sonuçlarının
Karşılaştırılması
Yapılan analiz sonuçlarına göre; zemin davranışının lineer olmayan, elasto-
plastik bir davranış gösteren ve özellikle gerilme bağımlı rijitlik modülünün de esas
alındığı, zemin modelleriyle modellenebileceği ortaya çıkmıştır. Buna göre, HZ ve
MC zemin modelleri ile yapılan analiz sonuçlarının, genel olarak birbiri ile uyum
içerisinde olduğu ancak LE modelle yapılan analiz sonuçlarının bu iki model
çözümlerine göre çok farklı olduğu görülmektedir. Özellikle gevşek kumda yapılan
analizler, bu farkı daha açık bir şekilde ortaya koymaktadır. Lineer Elastik (LE)
Modelle zemin modellenirken, zemin davranışının Hooke yasasına uyduğu ve
zeminin izotropik lineer-elastik bir malzeme olduğu kabul edilmektedir. Sonuçta
yapılan bu kabullerin aslında zemin davranışını gerçekçi olarak yansıtmadığı ortaya
çıkmaktadır (Şekil 4.7.).
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
me
Yük
ü, Q
net
(g)
MC
HZ
LE
Şekil 4.7. Gevşek kumdaki Pürüzlü Kazık Çekme Kapasitesinin, Farklı Modellerle Karşılaştırılması
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
73
0
10000
20000
30000
40000
50000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
me
Yük
ü, Q
net (
g)
MC
HZ
LE
Şekil 4.8. Sıkı Kumdaki Pürüzlü Kazık Çekme Kapasitesinin, Farklı Modellerle Karşılaştırılması
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
me
Yük
ü, Q
net (
g)
HZ
MC
Şekil 4.9. Gevşek Kumdaki Pürüzsüz Kazık Çekme Kapasitesinin, Farklı Modellerle Karşılaştırılması
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
74
Yapılan analizler sonunda:
• Gevşek kumdaki pürüzlü kazığın çekme kapasitesinin, HZ ve MC zemin
modelleri ile elde edilen çözümlerinin genellikle uyum içerisinde olduğu, ancak LE
model çözümünün bunlardan çok farklı olduğu (Şekil 4.7),
• Sıkı kumdaki pürüzlü kazığın çekme kapasitesinin ise HZ ve MC zemin
modelleri ile elde edilen çözümlerinin, gevşek kumda elde edilen uyum kadar iyi
olmamakla beraber, LE model çözümlerinden yine çok farklı olduğu (Şekil 4.8),
• Pürüzsüz kazıklarda ise, pürüzlü kazıklardaki davranışa benzer olarak, gevşek
kumda HZ ve MC analiz sonuçlarının sıkı kuma göre daha uyumlu olduğu (Şekil 4.9
ve 4.10) görülmektedir.
Sonuçta PLAXIS analizlerinde, deney sonuçlarıyla daha uyum içerisinde olan
HZ zemin modeli kullanılmıştır (Çizelge 4.5) ve (Şekil 4.11). Ayrıca, PLAXIS analiz
çözümleri grafik olarak EK 3-6 arasında gösterilmektedir.
0
750
1500
2250
3000
3750
4500
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
me
Yük
ü, Q
net (
g)
HZ
MC
Şekil 4.10. Sıkı Kumdaki Pürüzsüz Kazık Çekme Kapasitesinin, Farklı Modellerle Karşılaştırılması
4. SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE ANALİZ Ahmet DEMİR
75
Çizelge 4.5. Deney ile HZ ve MC Analiz Sonuçlarının Karşılaştırılması
PÜRÜZSÜZ DENEY PLAXIS
HZ MC Kum Sıkılığı
Çap (mm)
L/D QU (g)
QU Net(g) QU
Net(g) QU
Net(g) Sıkı φ=41°
17 17 17 17
5 10 15 20
966.0 1741.0 3613.0 4487.0
536.0 1311.0 3183.0 4057.0
435.2 1264.0 3144.0 4012.1
381.32 1194.64 1919.12 3590.48
(Çizelgedeki QU Net, kazık net çekme kapasitesi olarak tanımlanmıştır).
Şekil 4.11. Deney ile HZ ve MC Analiz Sonuçlarının Gömülme Oranı (L/D) ile Değişimi
0
900
1800
2700
3600
4500
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çek
me
Yük
ü, Q
net(
g)
DENEY
HZ
MC
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
76
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
5.1. Giriş
Bu bölümde, PLAXIS bilgisayar programı kullanılarak deneysel çalışmada
izlenen programa benzer şekilde gömülme derinlikleri, L/D=5, 10, 15 ve 20 olacak
şekilde iki farklı kum sıkılığında D=17mm çaplı pürüzlü ve pürüzsüz model çekme
kazığı kullanılarak yapılan analiz sonuçları, deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır.
Ayrıca, Chattopadhyay ve Pise (1986) numerik yaklaşımı kullanılarak elde edilen
teorik sonuçlarla deney sonuçları arasında da karşılaştırmalar yapılmıştır.
5.2. Pürüzsüz Model Kazık Çekme Kapasitesinin Deneysel ve Teorik olarak
Karşılaştırılması
Pürüzsüz D=17mm çaplı model kazığın, iki farklı sıkılıkta hazırlanmış kum
içerisinde (γk = 1.50 g/cm3 ve 1.71 g/cm
3) ve farklı gömülme oranlarında (L/D=5, 10,
15 ve 20) hem PLAXIS bilgisayar programı kullanılarak elde edilen değerleri hem de
deneysel olarak ölçülen nihai ve net çekme kapasiteleri, Çizelge 5.1’de toplu olarak
görülmektedir. Ayrıca bu değerler sıkı kum için Şekil 5.1’de, gevşek kum için ise,
Şekil 5.2’de grafiksel olarak ta verilmiştir.
Çizelge 5.1. Pürüzsüz Model Kazıkta PLAXIS ve Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
DENEY PLAXIS Kum
Sıkılığı D
(mm) L/D QU
(g) QU
Net(g) QU
Net(g)
(QUP/QUD)Net
Sıkı
φ=41° Gevşek
φ=35°
17 17 17 17
17 17 17 17
5 10 15 20 5 10 15 20
966.0 1741.0 3613.0 4487.0
547.0 666.0 755.0 887.0
536.0 1311.0 3183.0 4057.0
117.0 236.0 325.0 457.0
435.2 1264.0 3144.0 4012.1
299.7 908.7 1835.2 3312.6
0.81 0.96 0.99 0.99
2.56 3.85 5.65 7.33
(Çizelgedeki QU Net, kazık net çekme kapasitesi olarak tanımlanmıştır).
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
77
Şekil 5.1. Sıkı Kum İçin PLAXIS ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması
PLAXIS, Qnet = 252,22(L/D) - 938,92
R2 = 0,97
Deney, Qnet = 248,70(L/D) - 837,00
R2 = 0,97
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
Deneysel
PLAXIS
Pürüzsüz
PLAXIS,Qnet=8,6833(L/D)2-17,777(L/D)+183,16
R2 = 1,00
Deney, Qnet= 21,88(L/D) + 9,00
R2 = 1,00
0
800
1600
2400
3200
4000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
Deneysel
PLAXIS
Pürüzsüz
Şekil 5.2. Gevşek Kum İçin PLAXIS ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
78
Sonuç olarak bu grafiklere dayanarak, sıkı kum hali için pürüzsüz model
kazığın deneylerden elde edilen çekme kapasitesi ile, PLAXIS sonuçları arasında bir
uyum olduğu ancak, gevşek kum halinde ise, PLAXIS sonuçlarının, özellikle
gömülme oranının artmasıyla deney sonuçlarından çok farklı değerler verdiği
görülmektedir.
5.3. Pürüzlü Model Kazık Çekme Kapasitesinin Deneysel ve Teorik olarak
Karşılaştırılması
D=17mm çaplı pürüzlü model kazığın, iki farklı sıkılıkta hazırlanmış kum
içerisinde (γk = 1.50 g/cm3 ve 1.71 g/cm
3) ve farklı gömülme oranlarında (L/D=5, 10,
15 ve 20) hem PLAXIS bilgisayar programı kullanılarak elde edilen değerleri hem de
deneysel olarak ölçülen nihai ve net çekme kapasiteleri Çizelge 5.2’de toplu olarak
görülmektedir. Ayrıca bu değerler; sıkı kum için Şekil 5.3’te, gevşek kum için ise
Şekil 5.4’te grafiksel olarak verilmektedir.
Çizelge 5.2. Pürüzlü Model Kazıkta PLAXIS ve Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
DENEY PLAXIS Kum
Sıkılığı D
(mm) L/D QU
(g) QU
Net(g) QU
Net(g)
(QUP/QUD)Net
Sıkı
φ=41° Gevşek
φ=35°
17 17 17 17
17 17 17 17
5 10 15 20 5 10 15 20
1469.0 5661.0 17915.6 37018.0
743.0 1246.0 1992.4 2935.0
1004.0 5196.0 17450.6 36553.0
278.0 781.0 1527.4 2470.0
2019.9 8053.4 22165.7 40010.9
689.9 2952.0 5960.9 9498.9
2.01 1.55 1.27 1.09
2.48 3.78 3.90 3.85
(Çizelgedeki Qnet, kazık net çekme kapasitesini QU ise, kazık nihai çekme
kapasitesini ifade etmektedir.)
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
79
Şekil 5.3. Sıkı Kum İçin PLAXIS ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması
Deney,Qnet=149,10(L/D)2-1349,60(L/D)+3963,50
R2 = 1,00
PLAXIS,Qnet=118,12(L/D)2-391,22(L/D)+805,72
R2 = 1,00
0
9000
18000
27000
36000
45000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
Deneysel
PLAXIS
Pürüzlü
Şekil 5.4. Gevşek Kum İçin PLAXIS ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması
Deney,Qnet=4,40(L/D)2+36,54(L/D)-17,00
R2 = 1,00
PLAXIS,Qnet=12,76(L/D)2+269,72(L/D)-988,56
R2 = 1,00
0
2500
5000
7500
10000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
Deneysel
PLAXIS
Pürüzlü
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
80
Sonuç olarak bu grafiklere dayanarak; sıkı kum hali için pürüzlü model
kazığın, deneylerden elde edilen çekme kapasitesi ile PLAXIS sonuçları arasında bir
uyum olduğu, gevşek kum halinde ise PLAXIS sonuçlarının, özellikle gömülme
oranının artmasıyla deney sonuçlarından çok farklı değerler verdiği görülmektedir.
5.4. Teorik Yaklaşım ve Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması
Bu bölümde, Chattopadhyay ve Pise (1986) teorik yaklaşımı kullanılarak,
deneysel çalışmada izlenen programa benzer şekilde gömülme derinlikleri L/D=5,
10, 15 ve 20 için, iki farklı kum sıkılığında D=17mm ve 34mm çaplı pürüzlü ve
pürüzsüz model çekme kazıkları kullanılarak yapılan analiz sonuçları, deney
sonuçları ile karşılaştırılmaktadır.
5.4.1. Pürüzsüz Model Kazık Çekme Kapasitesinin Deneysel ve Teorik Olarak
Karşılaştırılması
D=17mm çaplı pürüzsüz model kazığın, iki farklı sıkılıkta hazırlanmış kum
içerisinde (γk = 1.50 g/cm3 ve 1.71 g/cm
3) ve farklı gömülme oranlarında (L/D=5, 10,
15 ve 20) Chattopadhyay ve Pise (1986) teorik sonuçları ile, deneylerden elde edilen
net çekme kapasiteleri Çizelge 5.3’de toplu olarak gösterilmektedir. Teorik ifadede
kullanılan A1 net çekme katsayısı için, sıkı ve gevşek kum durumlarında farklı
değerler verilerek, deney sonuçlarına yakın değerler elde edilmeye çalışılmıştır.
Sonuçta, pürüzsüz kazık-sıkı kum durumunda φ=15°‘lik bir zemin sürtünme açısı
kullanılırken, pürüzsüz kazık-gevşek kum durumunda ise φ=8°’lik bir zemin
sürtünme açısı kullanılmıştır. Ayrıca bu değerler, gevşek kum için Şekil 5.5’te sıkı
kum için ise Şekil 5.6’da grafiksel olarak ta verilmektedir.
Sıkı kumdaki karşılaştırma sonunda, özellikle sığ gömülme oranları için
teorik sonuçlar ile deney sonuçlarının uyum içerisinde olduğu fakat, bu oranın daha
da artmasıyla, teorik sonuçların deney sonuçlarından çok daha küçük değerler verdiği
gözlenmektedir (Şekil 5.6). Gevşek kumda ise, deneyde seçilen gömülme oranları
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
81
için teorik sonuçlarla deney sonuçlarının uyum içerisinde olduğu
görülmektedir.(Şekil 5.5).
Çizelge 5.3. Pürüzsüz Model Kazıkta Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile
Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması
DENEY TEORİ QU QU Net(g)
Kum Sıkılığı
D (mm)
L/D A1
Net(g) (A1*π*D*L2)
NETDeney
Teorik
Q
Q
Sıkı
φ=41° Gevşek
φ=35°
17 17 17 17
17 17 17 17
5 10 15 20 5 10 15 20
0,701 0,512 0,372 0,290
0.236 0.118 0.069 0.046
536.0 1311.0 3183.0 4057.0
117.0 236.0 325.0 457.0
462,21 1350,01 2206,15 3061,62
136,60 273,19 359,96 421,37
0.86 1.03 0.69 0.75
1.17 1.16 1.11 0.92
(Çizelgedeki Qnet, kazık net çekme kapasitesini ifade etmektedir.)
0
150
300
450
600
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
DENEY
TEORİ
Gevşek Kum (φ=35°) D=17mm
Pürüzsüz
Şekil 5.5. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
82
D=34mm çaplı pürüsüz model kazığın, iki farklı sıkılıkta hazırlanmış kum
içerisinde (γk = 1.50 g/cm3 ve 1.71 g/cm
3) ve farklı gömülme oranlarında (L/D=5, 10,
15 ve 20) Chattopadhyay ve Pise (1986)’ın teorik sonuçları ile, deneylerden elde
edilen net çekme kapasiteleri, Çizelge 5.4’te toplu olarak görülmektedir. Teorik
ifadede kullanılan net çekme katsayısı, A1, sıkı ve gevşek kum durumlarında farklı
değerler verilerek deney sonuçlarına yakın değerler elde edilmeye çalışılmıştır.
Sonuçta, pürüzlü kazık-sıkı kum durumunda φ=12.5°’lik bir zemin sürtünme açısı
kullanılırken, pürüzlü kazık-gevşek kum durumunda ise φ=2.5°’lik bir zemin
sürtünme açısı kullanılmıştır. Ayrıca bu değerler gevşek kum için Şekil 5.7’de sıkı
kum için ise Şekil 5.8’de grafik olarak ta verilmektedir.
Gevşek ve sıkı kumdaki karşılaştırma sonunda; farklı sığ gömülme oranları
için, teorik sonuçlar ile deney sonuçlarının farklı olduğu, gömülme oranın artmasıyla
teorik sonuçların deney sonuçlarına yaklaştığı görülmektedir (Şekil 5.7 ve 5.8).
0
1200
2400
3600
4800
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
DENEY
TEORİ
Sıkı Kum (φ=41°) D=17mm
Şekil 5.6. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
Pürüzsüz
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
83
Çizelge 5.4. Pürüzsüz Model Kazıkta Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile
Deney Sonuçlarının Karşılaştırılması
DENEY TEORİ QU QU Net(g)
Kum Sıkılığı
D (mm)
L/D A1
Net(g) (A1*π*D*L2)
NETDeney
Teorik
Q
Q
Sıkı
φ=41° Gevşek
φ=35°
34 34 34 34
34 34 34 34
2.5 5.0 7.5 10.0
2.5 5.0 7.5 10.0
0.555 0.372 0.257 0.199
0.051 0.029 0.018 0.013
1002.0 4020.0 10022.0 15092.0
140.0 285.0 615.0 980.0
2930.97 7849.35 12221.39 16764.99
237.31 537.13 744.91 990.90
2.93 1.95 1.22 1.11
1.70 1.88 1.21 1.01
(Çizelgedeki Qnet, kazık net çekme kapasitesini ifade etmektedir.)
0
300
600
900
1200
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
DENEY
TEORİ
Gevşek Kum (φ=35°) D=34mm
Şekil 5.7. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
Pürüzsüz
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
84
5.4.2. Pürüzlü Model Kazık Çekme Kapasitesinin Deneysel ve Teorik Olarak
Karşılaştırılması
D=17mm çaplı pürüzlü model kazığın, iki farklı sıkılıkta hazırlanmış kum
içerisinde (γk = 1.50 g/cm3 ve 1.71 g/cm
3) ve farklı gömülme oranlarında (L/D=5, 10,
15 ve 20) Chattopadhyay ve Pise (1986) teorik sonuçları ile, deneylerden elde edilen
net çekme kapasiteleri Çizelge 5.5’te toplu olarak gösterilmektedir. Teorik ifadede
kullanılan A1 net çekme katsayısı, sıkı ve gevşek kum durumlarında, farklı değerler
verilerek deney sonuçlarına yakın değerler elde edilmeye çalışılmıştır. Sonuçta,
pürüzlü kazık-sıkı kum durumunda φ=40°’lik bir zemin sürtünme açısı kullanılırken,
pürüzlü kazık-gevşek kum durumunda ise φ=15°’lik bir zemin sürtünme açısı
kullanılmıştır. Ayrıca bu değerler, gevşek kum için Şekil 5.9 da sıkı kum için ise
Şekil 5.10’da grafik olarak verilmektedir.
0
5000
10000
15000
20000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
DENEY
TEORİ
Sıkı Kum (φ=41°) D=34mm
Şekil 5.8. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
Pürüzsüz
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
85
Gevşek kumdaki karşılaştırma sonunda; deneyde seçilen gömülme oranları
için, teorik sonuçlarla deney sonuçlarının uyum içerisinde olduğu görülmektedir
(Şekil 5.9). Sıkı kumda ise, özellikle sığ gömülme oranları için, teorik sonuçlar ile
deney sonuçlarının uyum içerisinde olduğu fakat, bu oranın daha da artmasıyla,
teorik sonuçların deney sonuçlarından daha küçük değerler verdiği gözlenmektedir
(Şekil 5.10).
Çizelge 5.5. Pürüzlü Model Kazıkta Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi İle Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması
DENEY TEORİ QU QU Net(g)
Kum Sıkılığı
D (mm)
L/D A1
Net(g) (A1*π*D*L2)
NETDeney
Teorik
Q
Q
Sıkı
φ=41° Gevşek
φ=35°
17 17 17 17
17 17 17 17
5 10 15 20 5 10 15 20
1.766 1.928 1.838 1.622
0.701 0.512 0.372 0.290
1004.0 5196.0 17450.6 36553.0
278.0 781.0 1527.4 2470.0
1165.26 5088.62 10914.93 17123.94
405.45 1184.22 1935.22 2685.63
1.16 0.98 0.63 0.47
1.46 1.52 1.27 1.09
0
750
1500
2250
3000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
DENEY
TEORİ
Şekil 5.9. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
Gevşek Kum (φ=35°) D=17mm
Pürüzlü
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
86
D=34mm çaplı pürüzlü model kazığın, iki farklı sıkılıkta hazırlanmış kum
içerisinde (γk = 1.50 g/cm3 ve 1.71 g/cm
3) ve farklı gömülme oranlarında (L/D=5, 10,
15 ve 20) Chattopadhyay ve Pise (1986)’ın teorik sonuçları ile, deneylerden elde
edilen net çekme kapasiteleri Çizelge 5.6’da toplu olarak gösterilmektedir. Teorik
ifadede kullanılan net çekme katsayısı, A1, sıkı ve gevşek kum durumlarında farklı
değerler verilerek, deney sonuçlarına yakın değerler elde edilmeye çalışılmıştır.
Sonuçta, pürüzlü kazık-sıkı kum durumunda φ=25°’lik bir zemin sürtünme açısı
kullanılırken, pürüzlü kazık-gevşek kum durumunda ise φ=5°’lik bir zemin sürtünme
açısı kullanılmıştır Ayrıca bu değerler, gevşek kum için Şekil 5.11’de sıkı kum için
ise Şekil 5.12’de grafik olarak verilmektedir.
Gevşek kumdaki karşılaştırma sonunda, deneyde seçilen gömülme oranları
için teorik sonuçlarla deney sonuçlarının uyum içerisinde olduğu görülmektedir
(Şekil 5.11).
0
10000
20000
30000
40000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
DENEY
TEORİ
Şekil 5.10. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
Sıkı Kum (φ=41°) D=17mm
Pürüzlü
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
87
Sıkı kumda ise, özellikle sığ gömülme oranları için, teorik sonuçların deney
sonuçlarından farklı olduğu fakat, gömülme oranının daha da artmasıyla, teorik
sonuçların deney sonuçlarına yaklaştığı görülmektedir (Şekil 5.12).
Çizelge 5.6. Pürüzlü Model Kazıkta Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney
Sonuçlarının Karşılaştırılması
DENEY TEORİ QU QU Net(g)
Kum Sıkılığı
D (mm)
L/D A1
Net(g) (A1*π*D*L2)
NETDeney
Teorik
Q
Q
Sıkı
φ=41° Gevşek
φ=35°
34 34 34 34
34 34 34 34
2.5 5.0 7.5 10.0
2.5 5.0 7.5 10.0
1.178 1.069 0.884 0.735
0.205 0.116 0.072 0.054
1162.4 8463.1 23684.8 52901.9
270.1 1090.8 2398.0 3324.0
6218.25 22571.50 41996.93 62076.91
949.23 2148.50 2979.66 3963.62
5.35 2.67 1.77 1.17
3.51 1.97 1.24 1.19
(Çizelgedeki Qnet, kazık net çekme kapasitesini ifade etmektedir.)
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
DENEY
TEORİ
Şekil 5.11. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
Gevşek Kum (φ=35°) D=34mm
Pürüzlü
5. TEORİK VE DENEY SONUÇLARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Ahmet DEMİR
88
0
18000
36000
54000
72000
0 5 10 15 20 25
Gömülme Oranı, L/D
Net
Çekm
e Y
ükü,
Qnet(
g)
DENEY
TEORİ
Şekil 5.12. Chattopadhyay ve Pise (1986) Teorisi ile Deney Sonuçlarının
Karşılaştırılması
Sıkı Kum (φ=41°) D=34mm
Pürüzlü
6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Ahmet DEMİR
89
6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
6.1. Sonuçlar
Bu çalışmada, kum zeminlere inşa edilen, kazık temellerin çekme kapasitesi
model deneyleri yapılarak araştırılmıştır. Kazık temel olarak metalden imal edilen
D=17mm ve 34mm çaplarında iki farklı kazık kullanılmıştır. Model deneylerde temel
boyutu, gömülme oranı, kum sıkılığı, kum-kazık arasındaki yüzey pürüzlülüğü ve
sürşarj yükünün kazık temellerin çekme kapasitesi üzerindeki etkileri araştırılmıştır.
Elde edilen deney sonuçları ile kaynaklarda mevcut Chattopadhyay ve Pise (1986)
tarafından önerilen, teorik yaklaşımla elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca,
kum zeminlere gömülü kazık temellerin çekme kapasitesi, sonlu elemanlar yöntemi
kullanan PLAXIS bilgisayar programı yardımı ile 2 boyutlu eksenel simetrik
koşullarda modellenip sayısal çözümler bulunmuştur. Elde edilen PLAXIS sonuçları
deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Aşağıda mevcut çalışmadan çıkarılan sonuçlar
sunulmaktadır. Deneysel çalışmalarda:
1. Çekme kazıkların, kum zeminlerin sıkılık oranı arttıkça, çekme
kapasitelerinin (göçme yüklerinin) de arttığı,
2. Kum zeminlerin sıkılık oranı arttıkça, kazıktaki yük-deplasman eğrilerine ait
rijitliklerin yükseldiği,
3. Kazık yüzey pürüzlülüğünün, kazığın çekme kapasitesi üzerindeki etkisi
araştırılmış ve pürüzlü kazığın çekme kapasitesinin, pürüzsüz hale göre daha büyük
olduğu,
4. Kazık temellerin seçilen gömülme oranları için, gömülme oranının
artmasıyla, çekme kapasitelerinin de arttığı,
5. Deneylerde, pürüzlü model çekme kazıkların çekme kapasitelerinin, pürüzsüz
olanlara nazaran hem sıkı hem de gevşek kum koşullarında daha büyük olduğu,
6. İki farklı çaptaki kazık temelde yapılan deney sonuçlarına göre, aynı
gömülme derinliği ve kum sıkılığında, büyük çaptaki kazık temelin net çekme
kapasitesinin, küçük çaptaki kazığın net çekme kapasitesine göre daha büyük olduğu,
6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Ahmet DEMİR
90
7. Pürüzlü kazığın çekme kapasitesinin sürşarj yükü ile arttığı,
8. Ayrıca, sürşarj yükü altında pürüzlü kazık çekme kapasitesinin, sürşarjsız
durumdaki çekme kapasitesine oranının, gömülme oranının artması ile azalmakta
olduğu,
9. Özellikle gevşek kum dolgulardaki deneylerde; kazığın yük-deplasman
davranışında büyük yer değiştirmelerdeki çekme dayanımında dalgalanmalar olduğu,
(bu davranış, göçmenin oluşmasına ve büyük deplasmanlarda model kazığın altında
oluşan boşluğa doğru bir kum akımının oluştuğu yaklaşımıyla açıklanmıştır. (Rowe
ve Davis, 1982; Trautmann ve ark., 1985; Murray ve Geddes, 1987; Dickin, 1988)
10. Model kazıkların göçme yüklerine karşılık gelen düşey yer değiştirmeler
göz önüne alındığında, pürüzlü ve pürüzsüz kazıklarda sıkı kum için, göçme yer
değiştirmesinin gevşek kuma nazaran daha büyük olduğu,
11. PLAXIS ile yapılan analizler sonucunda, Hardening-Zemin ve Mohr-
Coulomb sonuçlarının birbirlerine yakın değerler vermekte iken, Lineer Elastik
yöntemle elde edilen sonuçların bu iki yönteme göre çok farklı değerler verdiği,
12. Deney sonuçları ile PLAXIS sonuçları karşılaştırıldığında, hem pürüzlü hem
de pürüzsüz hal için, sıkı kumdaki sonuçların, birbirleri ile uyum içerisinde olduğu,
gevşek kumda ise PLAXIS sonuçlarının deney sonuçlarından daha büyük değerler
verdiği,
13. Chattopadhyay ve Pise (1986) tarafından öne sürülen teorik yaklaşımla elde
edilen sonuçlar, deney sonuçlarıyla karşılaştırıldığında, genel bir uyum içinde olduğu
görülmüştür.
6.2. Öneriler
1. Deneylerden, daha hassas sonuç elde etmek ve deneylerin güvenilirliğini
sağlamak amacıyla, kum dolguların sıkıştırılması işleminde, yağmurlama tekniği
kullanılabilir.
2. Sayısal analizlerde 3 boyutlu bilgisayar programları kullanılarak, daha
kapsamlı araştırmalar yapılabilir.
6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Ahmet DEMİR
91
3. Kazık temellerin çekme kapasitesini artırmak için, zemin güçlendirme
elemanları (geogrid, geotextile vb.) kullanılabilir.
4. Uygulaması zor olmakla beraber, bu tür deneyler arazi ortamında yapılıp
sayısal yöntemlerle karşılaştırılabilir.
5. Ayrıca bu tür laboratuvar çalışmaları kil zeminler için de yapılabilir.
92
KAYNAKLAR
BALLA, A., 1961. The Resistance to Breaking out of Mushroom Foundations for
Pylons in Proc., V Int. Conf. Soil Mech. Found. Eng., Paris, France, 1, 569.
CHATTOPADHYAY, B. C., and PISE, P. J., 1985. Design Charts for Uplift
Capacity of Piles in Sand. Proc., Indian Geotechnical Conf. Vol. 1, Roorkee,
India, 243-248.
CHATTOPADHYAY, B. C., and PISE, P. J., 1986. Uplift Capacity of Piles in Sand.
Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 112, No. 9 pp. 20919.
DAS, B. M., 1986. Uplift Capacity of Piles and Pile Groups in Sand. Institute of
Electrical and Electronics Engineers (IEEE).
DAS, B. M., 1999. Shallow Foundations Bearing Capacity and Settlement, Chapter
8, U.S.A.
DAS, B.M., and SEELEY, G. R., 1975. Breakout Resistance of Horizontal Anchors,
Journal of Geotechnical Engineering Div., ASCE, 101(9), 999.
DASH, B. K., and PISE, P. J., 2003. Effect of Compressive Load on Uplift Capacity
of Model Piles. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,
Vol. 129, ASCE, 987.
DICKIN, E. A. and LEUNG, C. F., 1990. Performanceof Piles With Enlarged Bases
Subject to Uplift Forces. Canadian Geotech. J., Vol. 27, pp. 546-556.
DICKIN, E. A. and LEUNG, C. F., 1992. The Influence of Foundation Geometry on
The Uplift Behaviour of Piles With Enlarged Bases. Canadian Geotech. J.,
Vol. 29, pp. 798-505.
ELIAS, V. And JURAN, I., 1991. Soil Nailing for Stabilization of Highway Slopes
and Excavations. Technical Report FHWA-RD-89-198, Federal Hihgway
Administration, U.S. Department of Transportation, Washington, D.C.
ELMALI, M. H., 1990. A Model Study on Uplift Resistance of Anchor Plates in
Sand. Yüksek Lisans Tezi. O.D.T.Ü.
HONG, Y. S., WU, C. S., and YANG, S. H., 2003. Pullout Resistance of Single and
Double Nails in a Model Sandbox. Canadian Geotech. J., Vol. 40, pp. 1039-
1047.
93
ILAMPARUTHI, K., and DICKIN, E. A., 2000. Predictions of The Uplift Response
of Model Belled Piles in Geogrid-Cell-Reinforced Sand. Geotextiles and
Geomembranes Vol. 19, pp. 89-109.
ILAMPARUTHI, K., and DICKIN, E. A., 2001. The Influence of Soil
Reinforcement on The Uplift Behaviour of Belled Piles Embedded in Sand.
Geotextiles and Geomembranes Vol. 19, pp. 1-22.
IRELAND, H. O., 1957. Pulling Tests on Piles in Sand. Proceedings of the 4th
International Conf. on Soil Mechanics, London, England, 2, 43-45.
KULHAWY, F. H., TRAUTMAN, C. H., and NICOLAIDES, C. N., 1987. Spread
Foundations in Uplift: Experimental Study, Foundation for Transmission
Towers, Geotech. Spec. Pub. 8, ASCE, 110.
MEYERHOF, G. G., and ADAMS, J. I., 1968. The Ultimate Uplift Capacity of
Foundations, Canadian Geotech. J., 5(4), 225.
MAHARAJ, K. D., GAYATRI, J., and JAYANTHI, D., 2004. Uplift Capacity of
Pile by Finite Element Method. Electronic Journal of Geotechnical
Engineering, pp. 2004-0414 (EJGE).
PATRA, N. R., and PISE, P. J., 2004. Uplift Capacity of Pile Groups in Sand.
Electronic Journal of Geotechnical Engineering, (EJGE).
PATRA, N. R., DEOGRATHIAS, M., and JAMES, M., 2004. Pullout Capacity of
Anchor Piles. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, pp. 2004-0340
(EJGE).
ROWE, R. K., DAVIS., E. H., 1982. The Behaviour of Anchor Plates in sand.
Geotechnique, Vol. 32, No. 1, June, pp. 25-41
SAEEDY, H. S., Stability of Circular Vertical Earth Anchors, Canadian Geotech. J.,
24(3), 452.
TOMLINSON, M. J., Some Effects of Pile Driving on Skin Friction. Proc.
Conference on Behaviour of Piles, ICE, pp. 107-114, London, 1971.
TOMLINSON, M. J., 1986. Pile Design and Construction Practise. A View Point
Publication , London.
TAGAYA, K., SCOTT, R. F., and ABOSHI, H., 1988. Pullout Resistance of Buried
Anchor in Sand. Soils and Foundations 28 (3), pp. 114-130.
94
VESIC, A. S., 1971. Breakout Resistance of Objects Embedded in Ocean Bottom,
Journal of Soil Mech. Found. Div., ASCE, 97(9), 1183.
YILDIZ, A. A., 2002. Donatılı Zemine Oturan Yüzeysel Temellerin Analizi. Doktara
Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.
95
ÖZGEÇMİŞ
1980 yılında Adana’nın Kozan ilçesinde doğan yazar, ilk ve orta öğrenimini
Kozan’da tamamlamıştır. Yazar, 2002 yılında Çukurova Üniversitesi İnşaat
Mühendisliği Bölümünden inşaat mühendisi olarak mezun olmuştur. Aynı yıl
Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü’nde hem Ortaöğretim Fen ve
Matematik Alanlar Eğitimi Anabilim Dalı’nda tezsiz yüksek lisans, hem de İnşaat
Mühendisliği Anabilim Dalı’nda tezli yüksek lisans çalışmalarına başlamıştır. 2003
yılında Matematik Öğretmenliği yüksek lisans programından mezun olmuştur. 2004
yılında Niğde Üniversitesi, Aksaray Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği
Geoteknik Anabilim dalına araştırma görevlisi olarak atanmıştır. 2005 yılında
Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’ne, 35. madde gereğince, gelmiş ve
halen çalışmalarına Çukurova Üniversitesi Müh. Mim. Fak. İnşaat Mühendisliği
Bölümünde devam etmektedir.
96
EKLER
AA
-0.300 -0.200 -0.100 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600
-0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
Connectivities
EK 1. Sonlu Elemanlar Ağı
-0.300 -0.200 -0.100 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
EK 2. Kum Zemine Gömülü Kazık Temelde Çekme Yükü Nedeniyle Oluşan Gerilme Dağılımı
EK 3. D=17mm Çaplı Pürüzsüz Model Kazığın Gevşek Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki PLAXIS Analiz Sonuçları
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
Düşey Yerdeğiştirme, ∆(mm)
Net Ç
ekm
e Y
ükü, Q
net(
g)
L/D=5
L/D=10
L/D=15
L/D=20
EK 4. D=17mm Çaplı Pürüzsüz Model Kazığın Sıkı Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki PLAXIS Analiz Sonuçları
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Net Ç
ekm
e Y
ükü, Q
net(
g)
L/D=5
L/D=10
L/D=15
L/D=20
EK 5. D=17mm Çaplı Pürüzlü Model Kazığın Gevşek Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki PLAXIS Analiz Sonuçları
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Net Ç
ekm
e Y
ükü, Q
net(
g)
L/D=5
L/D=10
L/D=15
L/D=20
EK 6. D=17mm Çaplı Pürüzlü Model Kazğın Sıkı Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki PLAXIS Analiz Sonuçları
0
9000
18000
27000
36000
45000
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Net Ç
ekm
e Y
ükü, Q
net(
g)
L/D=5
L/D=10
L/D=15
L/D=20
EK 7. D=17mm Çaplı Pürüzlü Model Kazığın Gevşek Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki Çekme Kapasiteleri
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Göçm
e Y
ükü, Q
(g)
L/D=5
L/D=10
L/D=15
L/D=20
EK 8. D=17mm Çaplı Pürüzlü Model Kazığın Sıkı Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki Çekme Kapasiteleri
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Göçm
e Y
ükü, Q
(g)
L/D=5
L/D=10
L/D=15
L/D=20
EK 9. D=17mm Çaplı Pürüzsüz Model Kazığın Gevşek Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki Çekme Kapasiteleri
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Göçm
e Y
ükü, Q
(g)
L/D=5
L/D=10
L/D=15
L/D=20
EK 10. D=17mm Çaplı Pürüzsüz Model Kazığın Sıkı Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki Çekme Kapasiteleri
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Göçm
e Y
ükü, Q
(g)
L/D=5
L/D=10
L/D=15
L/D=20
EK 11. D=34mm Çaplı Pürüzlü Model Kazığın Gevşek Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki Çekme Kapasiteelri
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Göçm
e Y
ükü, Q
(g)
L/D=2.5
L/D=5
L/D=7.5
L/D=10
EK 12. D=34mm Çaplı Pürüzlü Model Kazığın Sıkı Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki Çekme Kapasiteleri
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
Düşey Yer değiştirme, ∆(mm)
Göçm
e Y
ükü, Q
(g)
L/D=2.5
L/D=5
L/D=7.5
L/D=10
EK 13. D=34mm Çaplı Pürüzsüz Model Kazığın Gevşek Kum İçerisinde Farklı Gömülme Oranlarındaki Çekme Kapasiteleri
0
500
1000
1500
2000
2500
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Göçm
e Y
ükü, Q
(g)
L/D=2.5
L/D=5
L/D=7.5
L/D=10
EK 14. D=34mm Çaplı Pürüzsüz Model Kazığın Sıkı Kum İçerisindeki Farklı Gömülme Oranlarındaki Çekme Kapasiteleri
0
3000
6000
9000
12000
15000
18000
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00
Düşey Yer Değiştirme, ∆(mm)
Göçm
e Y
ükü,
Q(g
)
L/D=2.5
L/D=5
L/D=7.5
L/D=10