temellerin statik hesabı
TRANSCRIPT
ÖNSÖZ
Yapıların en önemli bölümünü oluşturan Temellerin statik hesabı inşaat
mühendisliğinin en karmaşık konularından biridir. Son yıllarda zemin
mekaniği alanında görülen hızlı gelişmeler, temel problemlerinin
modern hesap metotları ile çözülmesini zorunlu kılmıştır. Temel
problemlerinde modern zemin mekaniği bilgilerinin, yapı sisteminin
statik çözümü ile birleştirilerek yürütülmesi işi oldukça yeni sayılır.
Bununla birlikte modern zemin mekaniği ışığı altında geliştirilen yeni
metotlar artık tamamen uygulama alanına girmiştir. Böylece temellerin
projelenmesinde eski basit metotlar yerine zemin karakteristikleri ve
yapı rijitliğini hesaba katan yeni metotlar kullanılır olmuştur.
GİRİŞ
Bilindiği gibi temellerin görevi, üst yapıdan gelen yükleri temel
zeminine aktarmaktır. Temel zemini öteki yapı bölümlerine benzer
biçimde, üst yapının etkisi altındaki bölgelerde gerilme ve şekil
değiştirmeye uğrar. Yapı ile temel zemini arasında kuvvetlerin aktarılma
biçimi, büyüklüğü, doğrultusu ve dağılımına veya yapı ile zemin
arasındaki sınır yüzeye bağlı olmayıp, aynı zamanda zemin ve yapının
çok farklılık gösteren fiziksel özelliklerine de bağlıdır.bir yapı projesinin
planlanması sırasında, amaca en uygun düşen temel biçiminin seçimi
üzerinde ne kadar durulsa azdır. Pek çok durumda beklenen oturmaların,
yapının taşıyıcı sistemine etkisi önemlidir. Temel zeminin özelliklerinin
yeteri kadar bilinmediği yerlerde sağlıklı bir zemin araştırması yapılarak
tüm temel zemini sorunları gerçeğe uygun olarak aydınlanabilir.
Araştırmaların tümü için yapılan harcamalar, sonunda bizi ucuz
çözümlere götüreceğinden, gider fazlası olarak düşünülemez ve sonunda
daima ekonomik sonuçlar elde edilir.
1.ZEMİN MEKANİĞİ VE TEMEL İNŞAATI BİLGİLERİ
1.1 GENEL BİLGİLER
Üzerindeki yapıdan gelen yükleri, kendi ağırlığı ile birlikte güvenlikle
taşıyan ve bu yükleri yapıya zarar vermeyecek ölçüde oturmalarla temel
zeminine aktaran yapı bölümlerinin tümü TEMELLER adı altında
toplanır.
Öncelikle temel sistemleri, her bölümündeki oturmalar üniform olacak
biçimde düzenlenmelidir. Çünkü ancak bu durumda yapıdaki ek
zorlamalara ve bunun sonucu olarak ortaya çıkan çatlaklara engel
olunabilir. Temel zeminindeki oturma farklarına kolayca uyabilen
yapılara fleksibl yapılar, oturma farklarına uyamayarak ek zorlamalar
doğuran yapılara da rijit yapılar denir. Bu nedenle belli bir yapı
sistemine karar vermeden önce, oturma yönünden fleksibl bir yapının,
rijit davranışlı bir yapıya oranla daha az duyarlı olduğuna dikkat etmek
gerekir. Bu nedenle şüpheli zeminler; üzerine yapılacak yapıları fleksibl
olarak tasarlanmaya veya çatlak ve mafsallar aracılığı ile bölümlere
ayrılmaya, demek ki izostatik olarak yataklanmaya zorlarlar. Böylece
fazla duyarlı yapıların temellerine özel bir özen gösterilmesi gerektiği
kendiliğinden anlaşılır. Bunun sonucu olarak şüpheli zeminler üzerine
yapılacak yapı ve temellerinde ekonomik çözümler elde edilemez.
Çeşitli zemin tabakalarına oturtulmuş geniş yapı kesimlerinde veya
üzerindeki hareketli yükün çok değiştiği yapılarda, yapı oturmaları
üniform olmayıp birbirinden farklı olabilir. Böyle durumlarda çatlakların
ve ek zorlamaların oluşmasına engel olmak için oturma derzleri
düzenlenmesi yoluna bile gidilir. Bu derzlerin düzenlenmesi; normal
koşullar altında kolay olmasına karşın, yer altı su düzeyi altında bulunan
temellerde, sızdırmazlık yönünden özel bir özen gösterilmesini
gerektirir.
Temeller, uygulamada karşılaşılan çeşitli durumlara göre çeşitli
biçimlerde yapılırlar. Temel zemininin yapısı ve özellikleri ile üst
yapının karakteristikleri temel biçiminin seçiminde ana öğelerdir.
Taşıma yetenekli (sağlam) zemin yüzeye yakınsa, bu durumda yükleri
zemine yüzeye yakın yerlerde aktaran yüzeysel temeller (tekil sömeller
ve sürekli alan temelleri) uygulanır. Eğer taşıma yetenekli zemin derinde
ise, yapı yüklerini zemine derinde aktaran derin temeller (kuyu temeller,
kazık temeller ve basınçlı hava temelleri vb.) ‘in uygulanmasına geçilir.
Ayrıca temeller yükü zemine aktarma biçimlerine göre de; yükü zemine
taban alanları ile aktaran alan temelleri (tekil ve sürekli alan
temellerinde olduğu gibi hem yüzeysel, kuyu ve keson temellerde
olduğu gibi hem de derin olarak yapılabilen), yükü zemine bir kazık
veya kazık grubu ile aktaran kazık temeller olmak üzere iki ana gruba
ayrılabilir.
Yer altı suyunun yüksekliği temel derinliğinin seçimine, temel derinliği
de temel çukuru tabanının derinliği ile temel çukuru yanlarının dik veya
eğimli olmasına önemli ölçüde etki eder. Bu nedenle yer altı suyunun
yüksek olmasından ötürü, oldukça yüzeysel temellerin bile bazen
ekonomik olduğu görülmüştür.
1.2 ZEMİN MEKANİĞİ BİLGİLERİ
Bir yapının inşa edilmesi, en geniş anlamda zemindeki dengenin
bozulması yönünde hareketsiz bir duruma müdahale anlamına gelir. Bu
müdahale sonucunda temel zemininde varolan denge bozulur. Yeni
durum karşısında yeniden denge kurulması için zeminde bazı
değişiklikler ortaya çıkar. Temel zemini davranışının yeterince
anlaşılabilmesi için, onun fiziksel özelliklerinin iyi bilinmesi gerekir.
Ayrıca yapı sisteminden gelen yeni yükler zeminde stabilite
güvenliğinin kontrolünü gerektirir. Böylece yapı sisteminin güvenlik
altına alınması ve zararlardan kaçınılması sağlanabilir. Tüm bu
sorunlarla Zemin mekaniği bilimi uğraşır. Zemin mekaniği iki ana
bölüme ayrılabilir.
Zemin mekaniğinin arazide ve laboratuarda teori, deney tekniği, yapı
pratiği ve bunlardaki en son gelişmeleri içine alan bölümünün fizik ve
jeoloji dalları ile yakın ilişkisi vardır. Zemin mekaniğinin özellikle
zemin malzemesine ilişkin dayanım ve stabilite konularını inceleyen
bölümü toprak statiği olarak ta adlandırılabilir. Zemin mekaniğinin bu
bölümü, klasik statik ve cisimlerin dayanımı bilim dalları ile ilişkilidir.
1.2.1 TEMEL ZEMİNİNİN TANIMI VE JEOLOJİK
OLUŞUMU
Temel zemini; masif kaya ve kayaların parçalanarak gelişmesinden
doğan ufak daneciklerin yığınından oluşmuştur. Yapı mühendisleri yer
kabuğunu oluşturan malzemeleri bazen zemin ve kaya olarak iki grupta
da toplarlar. Fakat bu ayırım, kayalar ile zeminler içindeki mineral
daneciklerini birbirine bağlayan kohezyon kuvvetlerinin derecesinin
kesin bir sınırı olmaması nedeni ile keyfidir. Bunun için genel bir ayırım
vermek güçtür. Örnek olarak jeologlar, kaya terimi ile yer kabuğunu
oluşturan tüm malzemeyi anlar ve onlarca mineral daneciklerinin
birbirine az veya çok bağlı olmasının önemi yoktur. Buna karşılık,
zemin terimi ile ancak yer kabuğunun bitki yetişmesine elverişli bir
bölümü amaçlanır. Buna göre yapı mühendisleri; diğer konularda çalışan
kimseler tarafından toplanmış bilgileri kullanırken, zemin ve kaya
terimlerinin hangi anlamda kullanıldığını bilmek zorundadırlar.
Zeminlerin, kayaların ayrışarak parçalanmasından oluştuğunu
söylemiştik. Bu ayrışma işlemi fiziksel ve kimyasal yollarla olmaktadır.
Yer yüzünün yüzeysel bütün kayaları; don, yağmur ve ısı değişiminin
yıkıcı etkileri ile rüzgar, buz, yerçekimi ve akarsuların sürükleme
etkilerine uğrar. Zeminin çeşitli oluşum araçlarından en önemlisinin
akarsular olduğu bilinir. Akarsular bir göl veya denize ulaştıklarında,
taşınan zemin daneleri suyun hızı yeter ölçüde azaldığında; önce büyük,
sonra küçük daneler olmak üzere derecelenerek çökelir. Böylece,
jeolojik bakımdan daha genç akarsular ile akarsu yataklarının üst
kesimlerinde çoğunlukla kaba kum ve çakıllar bulunur. Buna karşılık,
eski akarsularda ve alt kesimlerde silt ve killer çoğunluktadır.
1.2.2 ZEMİN TÜRLERİNİN TANINMASI VE SINIFLANDIRILMASI
Genel olarak zeminlerin sınıflandırılması, değişik görüş noktalarına göre
çeşitli şekillerde yapılabilir.
1.2.2.1 Zeminlerin, içindeki maddelerin orijinlerine göre
sınıflandırılması:
a) Kayaların fiziksel ve kimyasal ayrışması sonucu oluşan
zeminler; Bu zeminler ayrışma sonucu oldukları yerde
kalmışlarsa yerli zeminler, herhangi bir nedenle başka yerlere
taşınmışlarsa taşınmış zeminler olarak adlandırılırlar.
b) Organik zeminler; Bu zeminler ya turbalarda olduğu gibi
bitkilerin çürümesi ile veya organizmaların inorganik
kalıntılarının birikmesi ile oluşur. Böylece, organik orijinli bir
zemin; hem organik, hem de inorganik olabilir. Organik zemin
terimi; çoğunlukla içinde az veya çok ölçüde çürümüş bitki
bulunan ve kayaların hava etkisi ile ayrışması sonucu oluşan
taşınmış zemin anlamında kullanılır.
1.2.2.2. Zeminlerin, oluşumlarındaki danelerin büyüklüklerine göre
sınıflandırılması:
Genellikle kullanılan bütün sınıflandırma sistemleri zeminlerin dane
büyüklüğüne göre sıralanması ilkesine dayanır. Buna göre zeminler üç
gruba ayrılır;
a) İri daneli, kohezyonsuz zeminler (kum, çakıl gibi)
b) İnce daneli, kohezyonlu zeminler (silt ve kil gibi)
c) Organik zeminler (turba gibi)
Doğal olarak zeminler, çeşitli çaptaki danelerin karışımından
oluşmuştur. Bir zeminin özelliği, içindeki baskın gelen (hakim) dane
çapına önemli ölçüde bağlıdır. Dane çapı dağılımı; normal olarak
mekanik analizle, çok küçük daneler de ıslak analizle bulunabilir. Dane
çapları dağılımının bulunmasındaki ana amaç, belirli çap sınırları
arasında bulunan daneleri kapsayan çeşitli bölümler için, bir adlandırma
sisteminin bulunmasıdır. Dane çapı sınıflandırılmasında, ana bölümlerin
sınır çapları az çok birbirinden değişik sistemler ileri sürülmüştür.
Bunlar içinde M.İ.T. sistemi olarak bilinen ve ana bölüm sınırlarının
aşağı yukarı zemin özelliklerindeki önemli değişikliklere karşılık olan
sınıflandırma sistemi, mühendislik konularına en uygun düşeni olarak
bilinir.
Tablo1.Dane çapı sınıflandırması
Kum, silt ve kil karışımından oluşan zeminlerin adlandırılmasında
kullanılan bir sistem olması bakımından Amerika Birleşik Devletleri
Tarım Bakanlığı tarafından ortaya atılan üçgen diyagram sistemini
belirtmeden geçemeyeceğiz. Burada eşkenar bir üçgenin kenarlarında
kum, silt ve kil yüzde olarak işaretlenmiştir. Bu diyagram basitleştirilmiş
şekliyle Şekil 1.1 de gösterilmiştir. Şekildeki S noktası içinde % 50 kil,
% 30 silt ve % 20 kum olan bir zemini gösterir.
Şekil .1.1 Zemin adlandırma sistemi
Bununla birlikte, yalnızca dane boyutuna bağlı olarak verilen
sınıflandırma sistemleri her zaman doğru sonuçlar vermez. Çünkü
zeminlerin çok ince daneciklerinin fiziksel özellikleri, dane çapından
başka birçok faktöre de bağlıdır. Bu nedenle, temel tekniği bakımından
zeminlerin sınıflandırılmasında birkaç sınıflandırma sistemi birlikte
düşünülmelidir.
1.2.2.3 Zeminlerin Temel Tekniği Görüş Noktasına Göre
Sınıflandırılması (DIN 1054 – 1976 ‘ ya göre)
Temel zemini, yapı yükleri altındaki değişik davranışları nedeniyle genel
olarak; gelişmiş zeminler, dolma zeminler ve kayalar olmak üzere üç
grupta incelenebilir:
1.2.2.3.1 Gelişmiş (Doğal Gelişimli) Zeminler
Bir zemin, eğer sona ermiş jeolojik olaylar sonucunda oluşmuşsa,
“Gelişmiş (doğal gelişimli) zemin” olarak adlandırılır. Gelişmiş
zeminler dane büyüklüklerine göre, kil, silt, kum ve çakıl olarak
sıralanır. Gelişmiş zeminleri, fiziksel özellikleri ve yapı yükleri altında
farklı davranışları nedeni ile, danecikleri arasında bağlantı olmayan
“Bağlantısız (kohezyonsuz = daneli) zeminler”, danecikler arasında
bağlantı bulunan “Bağlantılı (kohezyonlu) zeminler” ve organik
zeminler olmak üzere üç gruba ayırmak gerekir.
a) BAĞLANTISIZ (KOHEZYONSUZ VE DANELİ)
ZEMİNLER:
Bağlantısız zeminler; 0,06 mm den küçük boyuttaki danelerin ağırlıkça
tutarı % 15 den fazla olmayan kum, çakıl, taş ve bunların karışımları
gibi zeminlerdir. Bu zeminlerin taşıma yeteneği kural olarak çok iyidir.
Bağlantısız zeminlerin taşıma yeteneği özellikle tekil danelerin biçimi,
büyüklüğü ve yerleşim sıklığına bağlı olarak belirlenir.
b) BAĞLANTILI (KOHEZYONLU) ZEMİNLER:
Bağlantılı (kohezyonlu)zeminler; 0,06 mm den küçük boyuttaki
danelerden oluşan bağlantılı zemin bölümü ağırlıkça %15 den fazla olan
kil, silt, killi silt ve bunların bağlantısız zeminlerle karışımları (ince
kısmı fazla olan daneli zeminler; örneğin, kumlu kil, kumlu silt , lem ve
marn) gibi zeminlerdir. Bağlantılı zeminlerin taşıma yeteneği onun
jeolojik oluşumuna bağlı olup. Zeminin bir araya gelişine ve
konsistansına göre daha geniş sınırlar içinde bulunur.
c) ORGANİK ZEMİNLER:
Organik zeminler; turba veya çürük çamur gibi organik zeminler ile
bağlantısız ve bağlantılı zeminler hayvansal ve bitkisel orijinli organik
karışımlarla oluşturdukları zeminlerdir. (örneğin, humuslu kum, çürük
kum veya turbalı kum organik silt veya organik kil, balçık) bu zeminler,
organik bölümlerinin sıkışabilirliği fazla olması nedeniyle kullanılmaya
hiç elverişli değillerdir.
1.2.2.3.2. Kayalar
Genellikle kaya denilince masif kayalardan oluşan zeminler
anlaşılır.kayanın temel tekniği özellikleri, kaya türleri arasında fark
gözetilmeksizin, genellikle öteki temel zemini türlerinden daha
elverişlidir. Bizzat dağılmış kaya, eğer serbest yarık ve delikte üniform
özellik ve yeteli kalınlıkta bulunursa, çok iyi bir temel zemini oluşturur.
Tabakalı veya faylı kayalarda, önemli ölçüde yatay yükler taşınıyorsa
veya şev düzeltilmesinde heyelan tehlikesi varsa, kural olarak özel
araştırmalar yapmak gereklidir.
1.2.2.3.3. Dolma Zeminler
Dolma zeminler sözüyle, sonradan dökülerek doldurulan zeminler ile
akarsular tarafından oluşturulan dolma zeminler amaçlanmaktadır. İki
sınıfa ayrılır:
a) Sıkıştırılmamış dolgular: herhangi bir biçimde bir araya getirilmiş
olup, sıkıştırılmamış dolgu zeminlerdir. Sıkıştırılmamış dolmalar
bağlantısız zemin türlerinden oluşuyorsa derin sarsma yöntemi ile
sıkıştırılabilir.
b)Sıkıştırılmış dolgular: bağlantılı, bağlantısız veya organik
dökülerden oluşan, yeterli ölçüde sıkıştırılmış dolma zeminlerdir.
(örneğin, yapı döküntüsü, curuf, maden artıkları)
Sıkışma yeteneği olan dolgu zeminler, modern ve yüksek sarsma
kapasiteli sıkıştırma tekniği yardımı ile olağan üstü derecede yüksek bir
yerleşim sıkılığına getirilebilir. Böylece bu zeminlerin temel tekniği
açısından özellikleri, en az doğal olarak yerleşmiş zeminlerinkine eşit
duruma getirilebilir. Hatta kural olarak onların üzerine çıkabileceği
söylenir.
1.2.3 ZEMİN TÜRLRİNİN ÖZELLİKLERİ
1.2.3.1. Genel Bilgiler
Olağanüstü şekilde birbirinden farklı zemin türlerine ait özelliklerin
bulunmasında, bu özelliklerin sayısal değerlerini bulmayı amaçlayan
zemin mekaniği araştırma metotları yardımıyla öncelikle aşağıdaki
sorunların çözülmesi istenir:
a) Zemin türlerinin sınıflandırılması(klasifikasyonu)
b) Zemin durumunun tanımı
c) Teknik önlemler( örneğin, taban suyu düşüşü, sıkıştırma ,
sağlamlaştırma gibi) ve yapıların etki alanında bulunan temel
zeminin davranışı (örneğin yapı sisteminden gelen yükler
altındaki oturma davranışı) nedeniyle zemin durumundaki
değişikliklerin önceden tayını
d) Yapıların stabilite güvenliği derecesinin sayısal olarak
bulunması (örneğin, oturmaya zemin kırılmasına devrilmeye,
kayma ve heyelana karşı güvenlik derecelerinin bulunması)
e) Gerçek değerlerin, başka bir deyişle temel ve toprak
inşaatı uygulamalarından elde edilen deneyimlere dayanan
sayısal değerlerin bulunması.
Bu zemin özelliklerinin bulunması işlemi ister istemez temel zeminin
yerindeki hacmine göre ihmal edilebilecek oranda küçük ölçülerdeki
zemin örneklerinin alınması, taşınması ve laboratuarda deneyin
hazırlanması sırasında örnekte bir miktar bozulma (örselenme)
olabileceğinden, laboratuarda bulunan zemin özellikleri gerçektekinden
az çok farklı olmaktadır. Bu nedenle malzeme denemeleri deney
sonuçlarındaki rapor değerlerinden zeminin fiziksel tanım değerleri elde
edilemez. Bununla birlikte elde edilen tanım sayılarının büyüklük
sıralamasının, doğru belirleme yapmaya elverişli olduğunu deneyimle
göstermiştir. Zemin mekaniği hesapları için tanım sayılarından
yararlanmada yalnız bir gerçek göz önüne alınmakla kalınmaz, aynı
zamanda elde edilen değerlerin gerilme durumlarına bağlı olup
olmadığının veya hangi ölçüde bağlı olduğunun kontrol edilmesi gerekir.
Zeminlerin deneyler aracılığı ile elde edilen en önemli fiziksel özellikleri
Tablo 1.1 de topluca verilmiştir. Bir zeminin temel tekniği yönünden
değerlendirilmesinde, zeminin tek başına bir fiziksel özelliğinin
deneysel olarak bulunması hiçbir zaman yeterli değildir.
Burada genellikle zemin türüne göre en az aşağıdaki özelliklerin
bilinmesi gereklidir:
Bağlantısız Zeminler: Dane dağılımı, yerleşim sıkılığı,(kesme
dayanımı)
Bağlantılı Zeminler: Su kapsamı, konsistans sınırları (kıvam
limitleri ), sıkıştırılabilirlik, (dane dağılımı), (kesme dayanımı)
Organik Zeminler: Su kapsamı, konsistans sınırları (kıvam
limitleri ), sıkıştırılabilirlik, (dane dağılımı), (kesme dayanımı),
organik öğelerin miktarı
1.2.3.2. Zeminlerin Tanımlanması ve İndeks Özellikleri
Zemin, büyük bir çoğunluğunu kayaların kimyasal veya fiziksel
bozuşması ile oluşmuş katı daneler ile daneler arasını dolduran sıvı (su)
ve/veya gazın (hava) oluşturduğu bir malzeme olarak tanımlanabilir.
Katı-sıvı-gaz fazının bir arada bulunması, katı daneciklerin çok farklı
boyut, şekil, fiziksel ve kimyasal yapıda olabilmesi zemini diğer
malzemelerden farklı ve zor kılar. Zeminlerin basit laboratuar deneyleri
ile bulunan bazı fiziksel özellikleri, mühendislik özelliklerine ışık tutar
ve zeminlerin tanımlanması ve sınıflandırılmalarında kullanılır. Bunlara
“indeks özellikleri” denir.
1.2.3.3. Zeminlerin Dane Boyutları ve Dane Boyut Dağılımı
Zeminlerin en basit indeks özelliği dane boyutudur. Zeminlerde dane
boyutu aralığı çok geniş olup zemin danesi olarak kabul edilebilecek en
büyük dane çapı farklı mühendislik uygulamalarında farklı
alınabilmektedir. Elle kazılan küçük kazılarda ve tabakalar halinde inşa
edilen dolgularda en büyük zemin dane çapı 0.3 m, kepçe gücü ile
yapılan kazılarda ise limit dane büyüklüğü 0.5-1.0 m3 mertebesinde
tanımlanabilmektedir (Sowers, 1979). En küçük daneler ise ancak
elektron mikroskopla görülebilmektedir. Dane boyutu esas alınarak
çeşitli sınıflandırmalar önerilmiştir. Ancak yaygın kullanımı(Amerikan
ve İngiliz Standartları) ve hatırlanabilme kolaylığı açısından M.I.T.
(Massachusetts Institute of Technology) sınıflandırması Şekil 1’de
verilmiştir. Çakıl, kum, silt ve kil belli dane boyut aralıklarını
belirtmekle beraber aynı zamanda belli tür zeminleri de ifade ederler.
Örneğin, kohezyon ve plastisite özelliği olan ama hem silt boyutunda
hem de genellikle 2µ m (0,002 mm)’den küçük daneli olan kil
minerallerini içeren zeminler de “kil” olarak adlandırılır. Boyutları 0,002
mm’den küçük olan bütün daneler de kil minerali olmayabilir. Bu
nedenle “kil yüzdesi” ile “kil boyutu yüzdesi” terimleri bilinçli
kullanılmalı ve sadece dane boyutu dikkate alınarak yapılan analizler
için “kil boyutu yüzdesi” deyimi tercih edilmelidir. Tabii zeminler
genellikle iki veya daha fazla boyut aralığına düşen dane dağılımı
gösterirler. Ağırlıkça çakıl ve kum boyutundaki daneler çoğunlukta ise
zemin, “kaba daneli (kohezyonsuz)” olarak tanımlanır. Silt ve kil
boyutunda danelerin hakim olması halinde ise “ince daneli
(kohezyonlu)” olarak isimlendirilir. Dane çapı (boyutu) dağılımı
(granülometri) kabaca silt boyutundan büyük daneler için kuru veya
ıslak elek analizi, daha küçük daneler için çökeltme (sedimentasyon)
prensibine bağlı olarak hidrometre veya pipet metodu ile tayin edilir.
Zemin mühendisliğinde pratik olarak kullanılan en küçük açıklıklı
elekler ASTM (Amerikan) Standardına göre 200 no.lı elek olup açıklığı
0,075 mm, İngiliz Standardında ise 0,063 mm olup görüldüğü gibi
yaklaşık olarak silt boyutu üst limitine tekabül etmektedir.
Dane çapı dağılımını gösteren “granülometri eğrileri yarı logaritmik bir
çizimle elde edilir ve şekil 1’de gösterildiği gibi eksenler tane çapı
(boyut) D, (veya elek açıklığı ) (logaritmik ölçek) ve D’den küçük
tanelerin ağırlıkça yüzdesi (elekten geçen yüzde)’dir. Farklı gradasyon
özellikleri olan dört zemin aynı şekil üzerinde gösterilmektedir.
Bunlardan zemin A’nın yatık olan granülometri eğrisi, zeminin değişik
boyutları havi taneleri yaklaşık aynı oranlarda içerdiğini göstermektedir.
Böyle bir zemine “iyi derecelenmiş (iyi gradasyonlu)” denir. b eğrisi ise
“uniform veya kötü derecelenmiş “ olarak tabir edilen ve tanelerin
çoğunluğunun çok dar bir dane boyut aralığında kaldığı bir zemini
göstermektedir.
1.2.3.3.1. İnce Daneli Zeminlerde Plastisite
İnce daneli zeminlerin mühendislik özellikleri gradasyona bağlı
olmamakta ve içerdiği killi minerallerine bağlı olarak ortaya çıkan
plastisite özellikleri önem kazanmaktadır. İnce daneli zeminler su
muhtevalarına bağlı olarak katı, yarı katı, plastik ve sıvı kıvamda
olabilir. İnce daneli zeminlerin çoğu tabii halde plastik kıvamda bulunur
ve bu kıvam aralığını belirleyen en yüksek ve en düşük muhtevalarına
”likit limit (LL veya WL)” ve plastik limit (PL veya Wp)” denir. plastisite
indisi (PI veya IP) ise şu şekilde tarif edilir:
Ip = WL – Wp
Zeminin tabii su muhtevası (Wn) ile likit ve plastik limit değerlerini
kıyaslayan likidite indisi (LI veya IL)
Wn - Wp Wn - Wp
IL = ---------------- = ------------------
WL - Wp Ip
İfadesi ile tanımlanır. IL‘nin değeri 1’den büyük ise zeminin likit
kıvamda , 0 ile 1 arasında ise plastik kıvamda, 0 ‘dan küçükse katı veya
yarı katı kıvamda olduğu anlaşılır.
Relatif Konsistans(Ic),
WL - Wn
Ic = ----------------
Ip
Bağıntısı ile ifade edilir. Ic‘nin değeri 1’den büyükse zemin yarı katı
veya katı , 0 ile 1 arasında plastik (1’e yaklaşınca daha sert olarak) , ve
sıfırdan küçük ise likit durumdadır.
Zemini rötre veya büzülme limiti yarı-katı ve plastik kıvamı ayırır ve
plastik kıvamda bir zeminin kururken eriştiği en küçük hacimde suya
doygun halindeki su muhtevasıdır.
Kıvam limitleri tek başlarına büyük bir anlam taşımamakla birlikte ince
tanelerin sınıflandırılmasında kullanılırlar ve mühendislik özelliklerine
ışık tutarlar.
Zeminlerdeki kil boyutundaki tanelerin plastiklik derecesi “aktivite”
(A)olarak tanımlanır ve aşağıda şekilde ifade edilir:
Ip
A = -------------
C - n
Burada Ip plastisite indisi ,C kil boyutundan (0.002mm)küçük danelerin
yüzdesi ve n tabii zeminlerde 5 laboratuarda yoğrularak hazırlanan kil
minerali numuneleri içi 10 olarak alınan sabit bir sayıdır. (Seed ve
arkadaşları 1964). Ancak aktivitenin kabaca hesabında n sabiti ihmal
edilmektedir. Killer, A>1.25 ise aktif kil.0,75<a<1,25 ise normal kil ve
A<0,75 ise aktif olmayan kil olarak adlandırılır.
Şekil 1.2 Plastisite diyagramı
1.2.3.4. Zeminlerin Sınıflandırılması
Zeminler için farklı mühendislik uygulamalarına yönelik olarak çeşitli
sınıflandırmalar önerilmiştir.bunların arasında birleşik zemin
sınıflandırma sistemi inşaat mühendisliği uygulama alanlarında en
yaygın kabul görenidir.tablo 1 de verilen sınıflandırmaya göre ağırlıkça
%50 den fazlası 200 no.lı elek üzerinde kalan kaba taneli zeminler, %50
den fazlası 200 no.lı elekten geçen zeminler ince taneli zeminler ana
gruplarını oluşturmaktadır. Sınıflandırmada granülometrik ve plastisite
özellikleri kullanılmakta ve iki harfli grup sembollerinin ilki esas zemin
tipini ikincisi gradasyon ve plastisite özelliklerini belirtmektedir.(tablo
2)örnek olarak GP kötü derecelenmiş çakıl, CL düşük plastisiteli kildir.
Tablo 2. birleşik zemin sınıflandırılmasında kullanılan semboller
İlk harf İkinci harf
G: çakıl W: iyi derecelenmiş
S: kum P: kötü derecelenmiş
M: silt M: plastik olmayan ince taneli
C: kil C: plastik ince taneli
O: organik kil L: düşük plastisiteli(WL<50)
Pt: turba H yüksek plastisiteli (WL>50)
İnce taneli zeminlerin sınıflandırılmasında şekil 2verilen “plastisite
diyagramı” kullanılır. Denklemi Ip = 0,73 (WL- 20) ile verilen “A” hattı
organik inorganik killeri ayırır. “U” hattı çeşitli zeminler için bulunan Ip
ve WL değerlerinin bir zarfını vermekte olup U hattı üzerinde bir değer
bulunda tayin edilmiş kıvam limitlerinin doğruluğunun kontrolü tavsiye
edilmektedir.(Bowles,1984)
1.2.3.5. Zeminlerde Ağırlık – Kütle – Hacim İlişkileri
Zemini üç fazını teşkil eden unsurların arasındaki ilişkiler blok
diyagramı kullanılarak verilebilir.
Şekil 1.3 Zeminlerde daneler, su ve havanın hacim kütle ve ağırlık
ilişkilerini gösteren blok diyagramı
1.2.3.5.1. Hacimle İlgili İlişkiler
Zeminin toplam hacmi (V), katı tanelerin hacmi (Vs), hava hacmi(Va), ve
su hacmi (Vw)’nin toplamı olan boşluk hacminden (Vv)oluşur. Boşluk
oranı “e” ve porozite “n” aşağıdaki gibi ifade edilebilir:
Vv Vv
e = -------- . n = -------- x 100 (%)
Vs V
n e
e = ---------- n = -----------
1 - n 1 + e
Doygunluk derecesi S boşlukların ne kadarının suyla dolu olduğunu
belirler ve
Vw
S = -------- x 100 (%)
Vv
olarak tarif edilir. S = %100, suya doygun zemini, S = %0 kuru bir
zemini gösterir. Kısmen suya doygun zemin için %0 < S < %100’dür.
Hava muhtevası A, aşağıdaki ifadeden bulunur.:
Va
A = -------- x 100 (%)
V
1.2.3.5.2. Kütle ve Ağırlıkla Olan İlişkiler
Zeminlerin kütle yoğunluğu(veya kısaca yoğunluk) ρ, birim hacim
ağırlığı γ sembolleri ile gösterilirler ,ve aşağıdaki gibi tarif edilirler:
Kütle M
ρ = ----------- = ------
Hacim V
Ağırlık (kuvvet) W M . g
γ = ---------------------- = ------- = ------- (g = yer çekimi ivmesi)
Hacim V V
su muhtevası w ise,
Mw Ww
w = -------- x 100 = --------- x 100 (%)
Ms Ws
ifadesinden bulunur.
Zeminlerin dane özgül ağırlığı Gs ,katı dane katı dane yoğunluğu (veya
birim ağırlık γs = Ws / Vs )ile suyun yoğunluk (veya birim
ağırlığı)arasındaki oran olarak ifade edilir:
ρs γs Ms Ws
Gs = ------ = ------ = ----------- = -------------
ρw γw Vs ρw Vs γw
Blok diyagramı, boşluk aranı e = Vv / Vs tarifi kullanılarak Şekil 3’deki
gibi basitleştirilebilir. Bu diyagram kullanılarak zeminin yoğunluk ve
birim hacim ağırlıkları için kuru(ρk , γk)ve suya doygun (ρd , γd)
durumlara tekabül eden hacim/kütle/ağırlık ilişkileri aşağıdaki gibi
bulunabilir:
Vw w . Gs
Suya doygunluk derecesi, S = ------- = -----------
Vv e
Se = w . Gs
Suya doygun halde S = %100 = 1 olacağından
e = w . Gs ‘ dir.
1.2.3.5.3. Yoğunluk İfadeleri
M Mw + Ms Gs (1 + w) Gs + Se
ρ = ----- = ------------- = --------------- . ρw = ------------ . ρw
V V 1 + e 1 + e
Gs + e
ρd = ---------- . ρw
1 + e
Ms ρ Gs
ρk = ------ = --------- = -------- . ρw
V 1 + w 1 + e
1.2.3.5.4. Birim Hacim Ağırlık İfadeleri
Gs + Se Gs + e
γ = ----------- . γw γ d =
---------- .γw
1 + e 1 +
e
Gs
γk = ---------- . γw
1 + e
Zeminin su altındaki efektif birim hacim ağırlığı suyun kaldırma
kuvveti göz önüne alındığından,
Gs - 1
γ' = γd – γw = --------- . γw
1 + e
olarak bulunur. Ancak bu su akımı olmadığı durumda değerli olup zemin
içinde akım söz konusu ise akım yönü de göz önüne alınarak
hesaplanması gerekir.
Kohezyonsuz zeminlerde davranımı belirleyen en önemli parametre
“relatif sıkılık Dr” derecesidir aşağıdaki ifade ile verilir:
emaks – e γk maks γk – γk min
Dr = ---------------- x 100 = ---------- . ------------------- x 100 (%)
emaks – emin γk γk maks – γk min
burada emaks ve γk min zeminin en gevşek durumuna; emin ve γk maks en sıkı
durumuna tekabül eden boşluk oranı kuru birim ağırlık değerleridir. e ve
γk ise zeminin tabii haldeki boşluk oranı ve kuru ağırlığı göstermektedir.
Sıkılık sınırları
0 ≤ Dr < %33 gevşek
%33 ≤ Dr < %66 ortasıkı
%66 ≤ Dr ≤ %100 sıkı
olarak tarif edilir (Kumbasar ve Kip, 1972)
1.2.3.6. Zeminlerin Sıkıştırılması
Zemin (toprak) bir inşaat malzemesi mesela bir dolgu malzemesi olarak
kullanılacaksa önce laboratuarda sıkıştırma şartları incelenir. Tipik bir
kompaksiyon eğrisi Şekil 4’te gösterildiği gibi sıkıştırma su
muhtevalarına karşı kuru birim ağırlık (veya yoğunluk) çizilerek
bulunur. Maksimum kuru birim ağırlık (γk maks ) optimum su
muhtevasında (wopt ) elde edilir. Pratikte elde olunamayan ve boşluklarda
hiç hava kalmayacak şekilde yapılan ideal sıkıştırma şartlarında
bulunacak γk – w ilişkisi de (S = 100% eğrisi) aynı şekilde verilmiştir.
Aynı zeminin daha fazla enerji ile sıkıştırılınca bulunan kompaksiyon
eğrisi , daha yüksek bir sıkışmanın daha düşük bir wopt değerinde elde
edilebileceğini göstermektedir. Farklı zemin türlerine ait tipik
kompaksiyon eğrileri Şekil 5’te verilmektedir. Görüldüğü gibi zeminin
plastisitesi arttıkça sıkıştırma zorlaşır ve maksimum kuru birim hacim
ağırlık azalır.
Çok sayıda deney sonuçları Atterberg limitleri ile kompaksiyon
parametreleri , wopt ve γ,
γk ve kompaksiyon enerjisi arasında istatiksel ilişkilerin varlığını ortaya
koymuştur (Ülker, 1985). Plastik limit ve optimum su muhtevası
arasında
wopt = wp – 4 %
gibi bir bağıntının kabul edilebileceği önerilmiştir.
Arazide sıkıştırmanın yeterli olup olmadığı arazi kuru birim ağırlığın
laboratuarda elde edilen maksimum kuru birim ağırlığın belli bir yüzdesi
(genellikle %95) olması şartının istenmesi şeklindedir (Şekil 4).
Şekil 1.4 Labotatuvar sıkıştırma deneyi sonuçları
Şekil 1.5 Sıkıştırma deney klavuzu
1.2.3.7. Zeminlerin İndeks Özelliklerinin Mühendislik Özelliklerine Işık
Tutması
Herhangi bir göçme, oturma veya şev kayması analizi yapmak için çok
detaylı arazi, laboratuar ve bilgisayar çalışması gerekebilir. Ancak, bir
zemin veya temel probleminde ne tip bir sorun çıkabileceğini
hissedebilmek, görebilmek; bir mühendislik sezi ve duyarlılığına
ulaşabilmek mühimdir. Bazen zeminin indeks özellikleri bile mühendise
bazı uyarmalar yapabilir. Aşağıdaki kısımlarda indeks özelliklerine göre
sınıflandırılan zeminlerin genel davranımlarına değinilecek, indeks
özellikleri ve mühendislik özellikleri arasında bulunan korelasyonlardan
bazı örnekler verilecektir. Ancak bunların sadece bir fikir vermek
amacını taşıdığını sağlıklı çözümler için her zemin ve her problem için
hakiki parametrelerin bulunması gerektiği açıktır.
Zeminlerin gradasyon ve plastisite özelliklerini içeren indeks
özelliklerinin , benzer mühendislik özelliklerini taşıyan zemin türlerini
gruplandırmak amacıyla sınıflandırmada kullanıldığına değinilmişti.
Ana grup olarak belirlenen kaba ve ince daneli zeminlere örnek olarak
kum ve kilin davranımını kabaca aşağıdaki gibi karşılaştırabiliriz
(Capper ve Cassie, 1969):
KUM KİL
Boşluk oranı düşük Boşluk oranı yüksek
Kuru olunca kohezyonsuz Su muhtevasına bağlı olarak
yüksek kohezyonlu
İçsel sürtünme yüksek İçsel sürtünme düşük
Plastik değil Plastik
Sıkışabilirliği az Sıkışabilirliği fazla
Sıkışma yük tatbik edilir edilmez Sıkışma (konsolidasyon)
uzun sürede
meydana gelir meydana gelir
Geçirimli Pratik olarak geçirimsiz
Kaba daneli zeminlerde gradasyon ve sıkılığın mühendislik özelliklerini
belirleyen en mühim faktörler olduğu ve iyi derecelenmiş, sıkı
zeminlerin yüksek dayanım, yüksek taşıma gücü, düşük sıkışabilirlik,
düşük geçirgenlik gibi aranılan davranımları gösterdiği anlatılmıştı.
Rutin zemin tanımlama deneyleri arasında dane şeklini (küresellik ve
yüzey pürüzlülüğü) belirleyen yöntemler yer almamakla birlikte, kaba
daneli zeminlerde dane şekli de önemlidir. Örneğin, danelerin köşeli
veya yuvarlak olması kohezyonsuz zeminlerde içsel sürtünmeyi dolayısı
ile kayma dayanımını etkileyen faktörlerden biridir.
Zemin içerisindeki plastik ince daneler zemin davranımını büyük ölçüde
etkiler ve bazen kaba daneli bir zeminin % 10-20 kadar yüksek
plastisiteli kil minerali içermesi zeminin ince daneli zemin gibi
davranmasına sebep olabilir (Sowers, 1979).
Zeminin jeolojik geçmişi, yapısındaki fisür ve çatlaklar gibi
süreksizlikler de davranımını etkiler. Jeolojik geçmişi açısından
zeminler iki gruba ayrılırlar. Zemin oluşumu ile günümüze kadar geçen
zaman içinde bugünkünden daha fazla (efektif) gerilmeler altında
kalmamışsa “normal yüklenmiş veya normal konsolide” zeminler denir.
önceden bugünkünden fazla bir yüklenmeye maruz kalma erozyon,
kuruma ve yer altı su tablasının yükselmesi gibi nedenlerle ortaya çıkar
ve bu tip zeminler “aşırı konsolide zeminler” olarak adlandırılabilir.
Normal konsolide killer genelde yumuşak normal konsolide kumlar ise
gevşek veya orta sıkıdır. Önceden yüklenmiş killer daha serttir. Bu
bakımdan normal konsolide zeminler yükler altında çok daha fazla
oturma gösterir ve kayma dayanımı ve taşıma gücü daha düşüktür.
Türkiye’deki zeminlerin büyük bir kısmı önceden yüklenmiş
durumdadır. Aşırı konsolide killerde tabii su muhtevası plastik limit
civarında normal konsolide killerde likit limite yakındır. Görüldüğü gibi
tabii su muhtevasının Atterberg Limitleri ile kıyaslanması zeminin
jeolojik geçmişi ve buna bağlı olarak beklenilen davranımı hakkında
fikir vermektedir.
Zeminin sıkışabilirliğini ifade eden parametrelerden sıkışma indisi Cc ile
likit limit, tabii su muhtevası, tabii boşluk oranı, plastik limit ve kil
yüzdesi arasında çok sayıda korelasyonlar önerilmiştir (Ansal ve Güneş,
1987, Yılmaz, 1987). Tablo 3’te bunlardan başlıcaları verilmektedir.
Tablo 3. Sıkıştırma İndisi Bağıntıları (Ansal ve Güneş, 1987)
Önerilen Bağıntılar Zemin Cinsleri Kaynak
Cc = 1,15 (eo – 0,35) Bütün killer Nishida
(1956)
Cc = 0,30 (eo – 0,27) Siltli killer Hough (1957)
Cc = 0,75 (eo – 0,50) Düşük plastisiteli
zeminler Sowers
(1970)
Cc = 0,40 (eo – 0,25) Bütün doğal Azzous,
Krizek
zeminler ve Corotis
(1974)
Cc = 0,01 wn Chicago killeri Osterberg
(1972)
Cc = 0,01 (wn – 5) Bütün doğal Azzous,
Krizek
zeminler ve Corotis
(1974)
Cc = 0,07 (wL – 7) Yoğrulmuş killer Skempton
(1944)
Cc = 0,009 (wL – 10) Normal konsolide Terzaghi ve
killer Peck (1967)
Cc = 0,006 (wL – 9) Bütün doğal Azzous,
Krizek
zeminler ve Corotis
(1974)
Sowers (1979) Cc = 0-0,19 için düşük sıkışabilirlik, Cc = 0,20-0,39 için
orta sıkışabilirlik, ve Cc ≥ 0,40 için yüksek sıkışabilirlik tanımlarını
kullanmıştır.
Killi suya doygun olmayan zeminlerin su emerek hacminin ***** veya
hacminin artmasının engellenmesi durumunda aşırı basınç tatbik etmesi
“şişme” özelliğidir. Bu tip zeminler kuruduklarında da büzülmeye maruz
kalırlar. Şişme sorunu yol, havaalanı kanal kaplamalarına büyük çapta
zarar verebilir. Bu zeminin şişme özelliği olup plastisitesi indisi,
büzülme (rötre) limiti, aktivite boyutu yüzdesi gibi indeks
özelliklerinden tahmin edilebilir (Wasti ve Ergun, 1985). Önerilen basit
korelasyonlarda biri Tablo 3’te verilmektedir. Şişme potansiyeli olan bir
zemin, başlangıçta kuru ve sıkı ise küçük yükler su alınca veya tabii
buharlaşmanın önlenmesi neticesinde su muhtevası artarsa şişme
gösterir.
Tablo 3. Şişme Potansiyeli ve Plastisite İndisi
Şişme Potansiyeli Plastisite İndisi
Düşük 0 – 15
Orta 10 – 35
Yüksek 20 – 55
Çok yüksek ≥ 55
Gevşek tabii zeminlerde, toprak ve kaya dolgularda zeminin ıslanması
veya suya doygun hale gelmesi sıkışmaya yani “çökme” tabir edilen
oturmalara sebep olabilir. Karakaya demiryolu köprüsü yapılırken, baraj
gölünün dolması ile sular altında kalacak kuru alüvyon tabakalarına
rastlayan köprü ayakları için böyle bir tahkik yapılması gereği ortaya
çıkmıştır (Ordemir, 1985). Tabii zeminlerde, (suya doygun durumdaki
su muhtevasının likit limite eşit veya büyük olması kriterinden hareket
edilerek)
Gs . γw
γk ≤ ----------------- (wL ondalık olarak)
1 + wL Gs
olduğu takdirde çökmenin
beklenebileceği önerilmiştir (Holtz ve Hilf 1961, Das, 1984’ten).
Çökmeye mütemayil ve gevşek yapıda bir zemin başlangıçta kuru ise,
suya maruz kalınca özellikle büyük yükler altında çökme gösterebilir.
Zeminlerin kuru iken dayanımları ile plastisite arasında da ilişki vardır.
Bunu tespit için 40 no.lı elekten (0,4 mm) geçen daneler gerekirse su
ilave edilerek yoğrulur ve bir küp yapılır. Havada veya güneşte
kurutulduktan sonra parmaklarla kırılır. Tablo 4 bu basit denemenin
değerlendirilmesi için kullanılabilir.
Tablo 4. Zeminlerde Plastisite ve Kuru Dayanım (Sowers, 1979)
Tanım Plastisite
indisi(%)
Kuru
dayanım
Arazi deneyi
Plastik
değil
0-3 Çok düşük Kalayca dağılır
Düşük
plastisit
eli
3-15 Az Parmaklarla
kolayca kırılır
Orta
plastisit
eli
15-30 Orta Zor kırılır
Yüksek
plastisit
eli
>31 Yüksek Parmaklarla kırmak
imkansız
1.3 ZEMİNLERİN KOMPRESSİBİLİTE-
KONSOLİDASYON
ve
KAYMA DAYANIMI ÖZELLİKLERİ
1.3.1 EFEKTİF GERİLME KAVRAMI
Efektif gerilme (σ’)zemin kütlesi içinde daneden daneye aktarılan
kuvvetlerin yarattığı , doğrudan doğruya ölçülemeyen gerilmeyi temsil
eder. Zeminde hacim değişikleri ve kayma dayanımının doğması efektif
gerilmelere bağlıdır. Suya doygun zeminlerde efektif gerilme Terzaghi
tarafından
σ’ = σ – u veya σ = σ’ + u
olarak verilmiştir. Burada, σ düzlemin birim alanına dik olarak etkiyen
zeminin toplam ağırlığının doğurduğu kuvvettir, ve toplam normal
gerilme olarak tanımlanır.
u ise boşluk suyu basıncıdır ve toplam gerilmenin boşluk suyu
tarafından taşınan kısmını gösterir.zemin yüzeyinin ve yer altı statik su
seviyesinin yüzeyden hw derinliğinde olduğu bir durumda , z > hw
derinliğinde düşey efektif gerilme aşağıda gibi hesaplanır.
σ = hw . γ + (z – hw) γd
u = (z – hw) γw
σ’ = σ – u = hw . γ + (z – hw) . γ’
Burada γ, yer altı su seviyesinin üstündeki zemin için ortalama birim
hacim ağırlıktır ve kuru , ıslak veya kapileriteden dolayı doygun duruma
tekabül edebilir.
γw suyun birim hacim ağırlığı, γ’ = (γd – γw) efektif birim ağırlık olup su
seviyesi altında suyun hidrostatik kaldırma kuvvetinin etkisini gösterir.
Boşluk suyu basıncı, u, yer altı su seviyesinde atmosferik basınca (sıfır)
eşit olup su seviyesinin altında hidrostatik dağılım gösterir.
Suyun yüzeysel gerilim etkisi ile yer altı su seviyesinin üstüne çıktığı
kapiler bölgede boşluk suyu basıncı negatiftir (u < 0) ve değeri kabaca
γw x hc ile bulunabilir. “hc”, negatif boşluk suyu basıncının bulunması
istenen noktanın yer altı su seviyesinden yüksekliğidir. Su akımı
mevcutsa boşluk suyu basıncı akım ağından elde olunur. Artezyen su
basıncı durumunda , basınçlı su ihtiva eden akiferde ve üstündeki
geçirimsiz tabakada statik yer altı suyu basıncının üstünde bir boşluk
suyu basıncı mevcuttur.
Zemine etkiyen yüklerde artma zemin kütlesinde bir hacim değişikliği
doğurmaya çalışır.suya doygun ve geçirgenliği düşük killi zeminlerde ,
su sıkışabilir bir malzeme olmadığından ve boşluklardaki su hızla dışarı
çıkmayacağı için hacim değişikliği hemen meydana gelmez. Bu boşluk
suyu basıncının geçici olarak , Δu kadar artmasına sebep olur ve efektif
gerilmede hemen bir artış almaz. (örneğin toplam düşey gerilmede
meydana gelen artış Δσ, tek yönlü sıkışma – konsolide şartlarında Δu =
Δσ kadar bir ilave (aşırı) boşluk suyu basıncı doğmasına neden olur.)
zamanla boşluk suyunun bir kısmının geçici akımla drene olması ile
basınçları söner, efektif gerilmede ve hacimde tedrici
değişiklik(düşey gerilmelerin artması durumunda konsolidasyon ve
oturmalar ) meydana gelir. Zemin üzerine etkiyen yükün azalmasına
örnek olarak kazılar yarmalar ve toprak baraj rezervuar seviyesinde ani
su seviyesi düşüşü gösterilebilir. Bu durumda ilave boşluk suyu basıncı
negatiftir (Δu <0) ve uzun vadede hacim artması meydana gelebilir.
Killi zeminlerde zemine etkiyen kuvvetlerin değiştirilmesinden hemen
sonraki durum “drenajsız safha” ilave boşluk suyunun sönümünün uzun
sürede tamamlanmasından sonra ulaşılan durum ise “drenajlı safha”
olarak anılır. Şev stabilitesi analizi ve taşıma gücünün tayini gibi
problemlerde drenajsız safha için kısa süreli “inşaat sonu hali) ve
drenajlı safha için “uzun süreli stabilite” tabir edilen ve farklı kayma
dayanımı parametrelerinin kullanıldığı iki ayrı tahkik söz konusu
olabilir.
Kum gibi geçirgenliği yüksek olan zeminlerde ilave boşluk suyu
basınçları çok kısa sürede kaybolduğundan sadece drenajlı safha durumu
geçerlidir.
1.3.2 ZEMİNLERİN KOMPRESSİBİLİTE VE KONSOLİDASYONU
Kompressibilite (sıkışabilirlik) genel olarak malzemenin birim basınç
artışına tekabül eden birim hacim değişimi olarak tarif edilebilir.
Konsolidasyon ise zeminlerde toplam gerilmenin artması (yük tatbiki)
veya boşluk suyu basıncının azalması (su tablasının veya artezyen
basıncının düşürülmesi) neticesinde efektif gerilmelerin artmasıyla
meydana gelen , boşluk suyunun aşırı boşluk suyu basıncı sönene kadar
drenajı ile oluşan tedrici bir hacim azalmasıdır. Silt ve kilerde düşük
permeabilite nedeniyle konsolidasyon çok düşük olduğu halde , kum ve
çakıllarda suya doygun halde bile hacim değişikliği ve oturma ani olur.
Kazı yapılarda efektif gerilme azalır ve kabarma (şişme) meydana gelir.
Ödometre deneyi
Pratik problemlerde genellikle yanal boy değişiminin sıfır olduğu tek
yönlü sıkışma kabulü yapılır. Bu sebepten zeminin kompressibilitesi ve
konsolidasyon hızı, tek yönlü sıkışma şartlarını sağlayan “ödometre
aleti” kullanılarak bulunur. Şekil 1a ‘da görüldüğü üzere zemin
numunesi rijit bir halka içine yerleştirilir, alt ve üst yüzeyleri boşluk
suyunun drenajına imkan vermek üzere gözenekli taşlar konur. Tatbik
edilen eksenel yük her defasında iki misline çıkarılır. Sıkışma okumaları
uygun konsolidasyonun pratik olarak bittiği yani aşırı boşluk suyu
basıncının sönerek toplam gerilme artışının tamamen efektif gerilmelere
dönüştüğü kabul edilen 24 saat süresince alınır. Zeminin şişme
özellikleri, belli bir yük kademesine çıkıldıktan sonra basınç düşürülüp
numunenin su alıp şişmesine izin verilerek belirlenir.
Tek yönlü sıkışmada kesit alanı kaldığından hacim, numune kalınlığı ve
boşluk oranı arasında aşağıdaki bağıntı vardır:
ΔV ΔH Δe
------ = ------ = ---------
Vo Ho 1 + eo
Burada Vo, Ho ve eo sırası ile başlangıçtaki hacim, kalınlık ve boşluk
oranı değerlerini, ΔV, ΔH ve Δe ise bu değerlerdeki değişimleri
göstermektedir. Her yükleme seviyesindeki boşluk oranı e1, yukarıdaki
ifade ve Şekil 1.b göz önüne alınarak iki şekilde hesaplanabilir:
(1) deney sonundaki su muhtevası : w1
deney sonundaki boşluk oranı : e1 = w1 . Gs (S = %100 kabulü
ile)
deney başlangıcındaki numune kalınlığı = Ho
deney sonundaki numune kalınlığı değişimi = ΔH
deney başlangıcındaki boşluk oranı = eo = e1 + Δe
“Denklem (1)” deki bağıntı,
Δe 1 + eo 1 + (e1 + Δe)
------- = --------- = -----------------
ΔH Ho Ho
yazılarak Δe ve eo hesaplanır ve benzer şekilde her yük
kademesi için boşluk oranı bulunabilir.
(2) Numunenin deney sonunda ölçülen kuru ağırlığı = Ms
Herhangi bir yükleme sonundaki numune kalınlığı = H1
Numune alanı = A
Ms
Danelerin eşdeğer kalınlığı = Hs = ----------
AGsρw
H1 – Hs H1
Boşluk oranı = e1 = ----------- = ------ – 1
Hs Hs
Şekil 1.6 Ödometri aleti
Şekil 1.7 tek yönlü sıkıştırma için blok diyagram
1.3.2.1 Kompressibilite özellikleri
Ödometre deneyi hesaplarından basınç/boşluk oranı eğrileri
çizilebilir.suya doygun bir kil numunesi için bulunan tipik eğriler Şekil 2
‘de verilmektedir. Numune tabiattaki çökelmeler sırasında olduğu gibi
cıvık vaziyette hazırlandığı taktirde e - log σ’ bağıntısı lineer olur.
Eğer bir noktadan sonra basınç azaltılırsa kil şişer ve tekrar
yüklendiğinde efb eğrisi boyunca tekrar sıkışır. σc’ efektif gerilmesi
aşıldığında numune tekrar lineer davranım gösterir. Eğer bozulmamış bir
numune , alındığı derinlikteki efektif düşey gerilme σo’ den itibaren abc
gibi lineer bir e - log σ’ bağıntısı veriyorsa bu tip bir zemin “normal
konsolide” veya “normal yüklenmiş” zemin olarak adlandırılır. Zemin
jeolojik geçmişinde σc’ > σo’ basıncı altında konsolide olmuş ise
e-log σ’ bağıntısı efb’c eğrisi tipinde bir davranım gösterir ve σc’ basıncı
ön konsolidasyon basıncı olarak adlandırılır. “Aşırı konsolide” veya
“aşırı yüklenmiş” olarak adlandırılan bu zeminlerde tabiatıyla ön
konsolidasyon basıncı aşılmadığı taktirde sıkışma ve oturmalar az olur.
Şekil 1.8 Boşluk oranı- efektif gerilme ilişkisi
Zeminin kompressibilite özellikleri aşağıdaki parametrelerle ifade
edilebilir :
1) Hacimsel sıkışma katsayısı, mv
1 Δe 1 (eo – e1)
mv = --------- -------- = ---------- ----------------
1 + eo Δσ’ 1 + eo (σ1’ – σo’)
2) Sıkışma indisi Cc , e - logσ’ diyagramının lineer kısmının
(bakir konsolidasyon eğrisinin) eğimidir ve birimsizdir.
Δe eo – e1
Cc = ----------- = ----------------
Δlog σ’ log σ1’ / σo’
e – log σ’ diyagramının şişmeye tekabül eden kısmı takriben bir doğru
olarak alınırsa eğimi, kabarma (şişme) indisi Cs olarak tarif edilir.
1.3.2.2 Konsolidasyon Oturmasının Bulunması
Nihai konsolidasyon oturması Sc’ esas olarak şu ifadeden bulunur :
Δe
Sc = ΔH = H ---------
1 + eo
Burada, Δe, mv cinsinden ifade olunabilir. O taktirde,
Sc = H . mv . Δσ’
Normal konsolide killer için ise,
Cc σ1’
Sc = H --------- log -----
1 + eo σo’
ifadesi kullanılabilir.
Bu ifadelerde σo’ ve σ1’ , sıkışabilir tabakadaki ortalama değerleri
bulmak için tabakanın ortasında hesaplanan başlangıçtaki efektif gerilme
ve yüklemeden sonraki efektif gerilme değerleridir. hacimsel sıkışma
katsayısı mv oturma hesaplarına konu olan gerilme değerleri mertebesi
için tayin edilebilir. Birden fazla kil tabakası için veya mv ve Δσ’ ‘nin
derinlikle değişimi hesaba katmak için kil tabakasının ara tabakalara
bölünmesi durumunda aynı ifade tabakaların her biri için uygulanır.
Yukarıdaki ifadelerde tek yönlü konsolidasyon kabulü yapıldığı için
yük tatbik edildiğinde drenajsız şartlar altında hacim değişikliği olmadan
meydana gelen ani oturma sıfırdır ve toplam oturma konsolidasyon
oturmasına eşittir. Skempt ve Bjerrum (1957) yanal deformasyonların
ihmal edilmemesi gereken durumlarda oturmaların ödometre deneyi
sonuçlarından hesaplanan değerleri kullanılarak aşağıda değerlerin
bulunmasını önermişlerdir:
S = S1 + Scx Sc
x = μ Sc
Elastik veya ani oturma killer için elastik teori çözümleri kullanılarak
hesaplanılır. Poisson oranı , killerde sıfır hacim değişikliğine tekabül
eden drenajsız yükleme için 0,5 alınır. Elastisite modülü drenajsız üç
eksenli basınç deneylerinden bulunur. Genellikle gerilme eksenel birim
deformasyon eğrisi üzerinde orijin ve kırılmadaki eksenel gerilmenin
1/2ila1/3 üne eşit gerilme değerini birleştiren doğrunun eğimi elastisite
modülü olarak alınır.
Kumlu zeminlerde , elastisite modülü derinlikle arttığı ve genellikle kum
tabakaları homojen olduğu için toplam oturmaya eşi olan ani oturma
elastik çözümler yerine plaka yükleme deneyi, standart penetrasyon
deney sonuçları kullanılarak uygulanan ampirik metotlardan yararlanılır
(Craig, 1983).
1.3.2.3. Müsaade Edilebilir ve Farklı Oturmalar
Bir temel sistemi tasarımında oturmaların yapıya ve fonksiyonuna zarar
vermeyecek mertebede tutulması gerekir. Maksimum oturmadan ziyade
yapının bir kısmı ile diğer kısmı arasındaki farklı hareketi ifade eden
farklı oturma daha kritiktir ve δ = smaks – smin şeklinde tarif edilir. Farklı
oturma, “açısal deformasyon”, δ / ι tarifi ile de karakterize edilir. Bu
tanımda δ iki nokta arasındaki farklı oturma, ι ise bu iki nokta arasındaki
yatay mesafedir. Diğer bir yapının oturması uniform ise bu, yapısal bir
zarara yol açmaz ancak tesisat vs. etkilenebilir. Farklı oturma bahsine
gelirse döşeme ve duvarlarda çatlaklar, yapının taşıyıcı elemanlarına ve
kullanımına zarar hasıl olabilir.
Yapının tolere edebileceği maksimum oturma ve farklı oturmalar,
yapının rijitliği, yapı sistemi, kolon aralıkları, yapı malzemesi ve binanın
kullanımı gibi pek çok faktöre bağlıdır. Ancak yapıların çoğu yarı rijit
olduklarından farklı oturma sorun olabilir. Kumlu zemin tabakaları
gelişigüzel dağılmış gevşek cepler ihtiva ettiklerinden killi zeminlere
nazaran çok düzensiz farklı oturmalar beklenebilir. Ayrıca, kilin aksine
oturmalar ani olduğundan yapının kendini farklı oturmalara adapte
etmesi imkanı olmaz. Farklı oturmaları azaltmak açısından kumlu
zeminlerde münferit sömeller yerine radye jeneral temel sistemi uygun
çözüm olabilir. Kum üzerindeki sömeller için müsaade edilebilir
(maksimum) oturma 25 mm genellikle kabul edilen bir kriterdir. Bu
durumda farklı oturmaların takriben 20 mm’den az olması beklenir.
Radye jeneral içinse 20 mm kadar farklı oturma limitine karşılık 50 mm
müsaade edilebilir oturma kabul edilir.
Açısal deformasyon için Bjerrum tarafından önerilen limitler genel bir
fikir vermek için aşağıdaki tabloda aktarılmıştır.
Tablo 5. Açısal deformasyon (δ / ι) limitleri
1 / 150 Genel binalarda yapısal hasar beklenir
1 / 250 Yüksek, rijit binaların kaykılması fark edilebilir.
1 / 300 Panel duvarlarda çatlak olabilir. Gezer vinç ve krenlerin
hareketi zorlaşabilir.
1 / 500 Çatlaklara müsaade edilmeyen binalar için limit.
1 / 600 Diyagonal çekme çubuklu çerçevelerde aşırı gerilme.
1 / 750 Oturmaya hassas, makinelerde sorun.
1.3.2.4. Konsolidasyon Oturma Hızı
Tek yönlü konsolidasyon için Terzaghi’nin verdiği denklem aşağıdaki
gibidir:
Cv = Konsolidasyon
katsayısı
∂u ∂2u k
----- = Cv ------- Cv = -----------
∂t ∂z2 γw mv
Bu denklemde “u”, kil tabakasının üst yüzeyinden “z” derinliğindeki bir
noktadaki aşırı boşluk suyu basıncının, basınç artımını tatbikten “t”
zaman sonraki değerini gösterir. Suyun birim hacim ağırlığı ve k
permeabilite katsayıdır. Sıkışabilir tabakanın tamamı için
konsolidasyonun hangi safhada olduğu veya t zamandaki oturma Sct
miktarı, konsolidasyon yüzdesi U ile ifade edilir:
Sct = U x Sc U = f (Tv)
Cvt
Tv = -------
d2
Burada, Tv birimsiz zaman faktörüdür. “d” ise boşluk suyunun serbest
drenaj yüzüne erişmesi için takip edeceği maksimum yolun
uzunluğudur. Kil tabakasının alt ve üstünde geçirimli tabakalar
olduğunda ve ödometre deneyinde d = H / 2 , drenajın sadece alt veya
üstte olması durumunda d = H’dir. U ve Tv arasındaki ilişki kil içinde
başlangıçtaki aşırı boşluk suyu dağılımına ve drenajın tek veya çift
yönlü olmasına bağlı olup abak veya tablolardan veya yaklaşık olarak
aşağıdaki ifadelerden bulunur:
π
U < 60 % için Tv = ---- U2
4
U > 60 % için Tv = – 0,933 log (1 – U) – 0,085
Konsolidasyon katsayısı Cv ödometre deneylerinde her yük
kademesindeki sıkışma - zaman okumalarından, sıkışma - √ t veya
sıkışma-log t bağıntıları kullanılarak bulunur (Kumbasar ve Kip, 1972,
Önalp, 1982).
1.3.2.5. Zeminlerin Suya Doyurulduklarında Şişme ve Çökme Davranışı
Kuru veya kısmen suya doygun tabii veya dolgu zeminlerin, üzerilerine
etki eden basınç değişmeden suyla satüre olduklarında gösterdikleri
hacim değişiklikleri de ödometre veya tek yönlü konsolidasyon şartlarını
sağlayan benzer aletler kullanılarak incelenir. Zemin, kuru yoğunluk, su
muhtevası, gradasyon, konsolidasyon basıncı ve hatta suya doyurulma
hızına bağlı olarak miktarı değişen şişme veya çökme gösterebilir.
Dolguda gerilme şartlarının tek yönlü gerilme şartlarından sapması, arazi
ve laboratuardaki farklı sıkıştırma yöntemi ile farklı zemin yapılarının
oluşması, laboratuar sonuçlarından arazi tahminleri yapılmasını
güçleştirmektedir. Ancak genel olarak kuru yoğunluk, su muhtevası
azaldıkça ve konsolidasyon basıncı arttıkça şişmeden ziyade çökme
beklenir.
1.3.3 ZEMİNLERİN KAYMA DAYANIMI VE STABİLİTE ANALİZİ
YÖNTEMLERİ
Bir zeminin kayma dayanımı, belirli şartlar (drenaj şartları, yükleme hızı
gibi) altında taşıyabileceği maksimum kayma gerilmesi olarak tarif
edilir. Zeminler için kırılma hipotezi Coulomb tarafından aşağıdaki
şekilde verilmiştir:
τf = c + σf tan Ø
Burada, τf = kayma dayanımı
σf = kayma düzlemine etkiyen toplam normal
gerilme
c = kohezyon } Toplam
gerilmelere göre
Ø = kayma direnci açısı }
Efektif gerilmeler cinsinden bu ifade
τf = c’ + σf’ tan Ø’ = c’ + (σf – u) tan Ø’
şeklini alır. Bu denklemde “σf’” kırılma esnasında kayma düzlemindeki
efekyif normal gerilme, “u” boşluk suyu basıncı, c’ ve Ø’ efektif
gerilmelere göre kayma dayanımı parametreleridir. Şekil 3’de görüldüğü
gibi, kırılmaya tekabül eden Mohr gerilme dairesi kırılma zarfına teğettir
ve teğet noktasının koordinatları (τf , σf’ ) kırılma anında kayma
düzlemine etkiyen normal ve kayma gerilmesi değerlerini verir. Kırılma
anındaki asal (efektif) gerilmeler σ3’ , σ1’ ve kayma dayanımı
parametreleri ve kayma düzlemine etki eden gerilmeler arasında
aşağıdaki bağıntılar vardır (Şekil 3):
AB 1 / 2 (σ1’ – σ3’)
tan Ø’ = ------- = ----------------------------------
QB c’ cot Ø’ + 1 / 2 (σ1’ + σ3’)
düzenlenince :
(σ1’ – σ3’) = 2c’ cos Ø’ + (σ1’ + σ3’) sin Ø’
şeklini alır ki bu ifade “Mohr-Coulomb Kırılma Hipotezi” olarak
adlandırılır.
Kayma düzlemine etki eden normal ve kayma gerilme değerleri de
aşağıdaki denklemlerden bulunabilir:
τf = 1 / 2 (σ1’ – σ3’) sin 2θ
σf’ = 1 / 2 (σ1’ + σ3’) + 1 / 2 (σ1’ – σ3’) cos 2θ
Burada θ, kayma düzlemi ile büyük asal düzlem arasındaki açıdır:
θ = 45 + Ø’ / 2
Kırılma zarfı deneysel olarak, kayma düzlemi üzerinde kırılma anındaki
normal ve kayma gerilmelerinin ölçülmesi ile (örneğin, kesme kutusu
deneyi) veya kırılma anındaki asal gerilmelerin ölçülmesi ile (örneğin üç
eksenli basınç deneyi) Mohr gerilme dairelerinin müşterek teğeti
çizilerek elde edilir.
Şekil 1.9 Kırılma anındaki gerilme şartları
Şekil 1.10 Direkt kesme deney aleti
1.3.3.1. Kayma Dayanımı Deneyleri
Kayma dayanımı parametreleri tabii zeminlerde bozulmamış temsili
numuneler, dolgularda aynı şartlarda sıkıştırılmış numuneler üzerinde
laboratuar kesme deneyleri yapılarak bulunur.
Direkt kesme (kesme kutusu) deneyinde, numune kare veya daire kesitli,
orta yüksekliğinden ikiye ayrılmış bir kutu içine yerleştirilir. Düşey yük
tatbik edilir. Kutunun üst yarısının alt yarısı üzerinde hareketi ile yatay
kayma düzlemine sabit tutulan düşey yük altında kesme kuvveti tatbik
edilerek numune kırılır (Şekil 4).
Üç eksenli basınç deneyi, en yaygın olarak kullanılan ve bütün zemin
tipleri için uygun bir deney yöntemidir. Deneyin avantajı drenaj
şartlarının kontrol edilebilmesi ve boşluk suyu basınçlarının
ölçülebilmesidir. Genellikle uzunluk/çap oranı 2 olan silindirik
numuneler kullanılır. Üç eksenli deney aletinin bir şeması Şekil 5’de
verilmektedir. Lastik kılıfla sarılan numune, saydam olan silindirik bir
hücre içine yerleştirilir. Hücreye doldurulan sıvı vasıtası ile hücre
basıncı veya çevre basıncı (σ3) tatbik edilir. Deviatör gerilmeye (σ1 – σ3)
tekabül eden eksenel yük bir mil vasıtası ile numune üzerine etkir.
Numune altındaki gözenekli alt başlık içinden bağlantı ile boşluk
suyunun drenajı veya drenaja müsaade edilmediği zaman boşluk suyu
basıncı ölçmeleri yapılır. Rutin deneylerde hücre basıncı (σ3) sabit
tutulur ve deviatör gerilme (σ1 – σ3) arttırılarak numune kırılır.
Hücre basıncı ve deviatör gerilme tatbiki sırasındaki drenaj şartlarına
bağlı olarak başlıca üç çeşit üç eksenli basınç deneyi vardır:
(a) Konsolidasyonsuz-Drenajsız Deney : Hücre basıncı
tatbiki sırasında drenaja (konsolidasyona) müsaade edilmez. Deviatör
gerilme tatbiki (kesme) esnasında da drenaja müsaade edilmez.
(b) Konsolidasyonlu-Drenajsız Deney : Numuneye hücre
basıncı tatbik edilirken drenaja (konsolidasyona) izin verilir ve sonra
deviatör gerilme drenaja izin verilmeden arttırılarak numune kırılır.
Parametreler Ccu ve Øcu ile gösterilir. Efektif gerilmelere göre kayma
direnci parametreleri c’ ve Ø’ nin bulunması isteniyor ise, deneyin
drenajsız kesme safhasında boşluk basınçları ölçülür.
(c) Drenajlı Deney : Numune, hücre basıncı altında
konsolidasyona bırakılır. Drenaj yolu açık tutulmaya devam edilerek,
deviatör gerilme ilave boşluk suyu basıncı doğmayacak yavaşlıkta
arttırılarak numune kırılır. Dolayısı ile bu deneyde toplam ve efektif
gerilmeler birbirine eşittir. Bu yöntemle Cd ve Ød ile gösterilen efektif
gerilmelere göre kayma dayanımı parametreleri doğrudan doğruya
ölçülmüş olur.
Şekil 1.11 Gerilme sistemi
Şekil 1.12 Deney aleti
Üç eksenli basınç deneyinin özel bir şekli olan ve sıfır yanal basınç (σ3 =
0) şartını sağlayan serbest basınç deneyi drenajsız deneydir.
Drenajsız kayma dayanımı laboratuarda kanatlı kesici (veyn) aleti ile
tayin edilebilir.
Kayma drenci parametrelerini belirlemek için bahsedilen farklı
deneylerin yapılmasının sebebi kayma dayanımının kullanılacağı
kompressibilite probleminde, zeminin arazide yükleme sırasında maruz
kalacağı drenaj şartlarının deneyde sağlamaya çalışmasıdır.burada göz
önüne alınan husus zemine gerilmelerin tatbik edilme hızının zeminin
konsolidasyonuna olanak sağlayıp sağlamamasıdır.örneğin killi bir
zeminde hızla yapılan bir bina için drenajsız deney söz konusu iken tabii
bir şevin uzun süreli stabilite analijinde drenajlı deney uygulanır.
1.3.3.2. Suya Doygun Olmayan Zeminlerde Kayma Dayanımı
Dolgu zemini gibi suya doygun olmayan zeminlerde efektif gerilme
prensibinin tatbiki efektif gerilme ifadesindeki ampirik bir ifadenin
tayının güçlüğünden dolayı son derece zordur. Efektif gerilmelere göre
kayma dayanımı parametrelerinin tayini için boşluk suyu basıncı
ölçülmeli konsolidasyonlu- drenajsız deneyler yapıldığında boşluk suyu
basıncı ve boşluk hava basıncının doğru ölçülmemesinden dolayı hatalar
doğabilir. (Bishop ve henkel 1962) diğer bir yaklaşımda numuneyi
boşluk suyuna ters basınç tatbik ederek suya doygun hale getirip drenajlı
deneylerle c’ ve Ø’ değerlerinin tayinidir.
Toplam gerilmelere göre kayma dayanımı parametreleri cu ve Øu
değerlerinin tayini için tabii zeminlerde bozulmamış numuneler veya
dolgu zeminlerinde arazideki su muhtevası ve sıkılıkta hazırlanmış
numuneler üzerinde konsolidasyonsuz – drenajsız deneyler yapılabilir.
(σ1 – σ3)f, hücre basıncı arttığından yatay ve lineer olmayan kırılma zarfı
elde edilebilir. (şekil 10). Cu ve Øu değerleri kırılma zarfı belli gerilme
aralığı için lineer kabul edilerek verilebilir. Yüksek hücre basınçlarında
boşluklardaki hava boşluk suyunda eridiğinden stürasyona ulaşılır ve Øu
= 0 durumu meydana gelir. Serbest basınç deneyi sonuçlarının Øu = 0
kabulüne dayanarak yorumlanmasından dolayı doygum olmayan
zeminler için kullanılması hatalıdır.
Boşluk basıncı katsayıları
Drenajsız şartlar altında toplam asal gerilmelerdeki değişikliklerin
yarattığı boşluk suyu basıncı miktarları boşluk basıncı katsayıları ile
ifade edilir. Bu katsayılar laboratuarda üç eksenli basınç deneyi
vasıtasıyla ölçülür ve şev stabilitesi problemlerinde arazideki boşluk
suyu basıncının tayininde kullanılır.
Şekil 1.13 Sıkı ve gevşek kumda kesme kutusu deney sonuçları
Bir zemin elemanı üzerindeki çevre basıncı drenajsız şartlar altında
izotropik olarak kadar arttırılırsa boşluk suyu basıncındaki artış, Δu3,
aşağıdaki ifade ile verilir :
Δu3 = B . Δσ3
burada “B boşluk suyu basıncı katsayısı” suya doygun zeminler için
1’dir, ve kısmen suya doygun zeminlerde B<1’dir.
Büyük asal gerilme Δσ1 kadar arttırılırsa,
Δu1 = AB Δσ1
olarak ifade edilir. Burada AB, Ā olarak da yazılabilir. Suya doygun
zeminlerde B = 1 olduğundan,
Δu1 = A Δσ1
ifadesi bulunur. Üç eksenli deneyde, drenajsız şartlar altında eksenel yük
arttırıldığında boşluk suyu basıncı ölçülerek A değeri bulunur. Boşluk
basıncı katsayısı A’nın değeri zeminin normal veya aşırı konsolide
olması, gerilme mertebesi gibi faktörlere bağlıdır.
Normal konsolide killerde A değeri 0,5 ila 1,0, az aşırı konsolide
killerde 0 ila 0,5 ve çok aşırı konsolide killerde –0,5 ila 0 arasındadır.
Aşırı hassas killerde A değeri 1’den büyük olabilir.
Üç eksenli deneyde olduğu gibi izotropik ve eksenel gerilmelerin her
ikisinin de arttırılması durumunda boşluk suyu basıncı artması Δu
aşağıdaki ifade ile verilir :
Δu = Δu3 + Δu1
= B [Δσ3 + A (Δσ1 - Δσ3 )]
bu denklem düzenlenirse,
Δu Δσ3
------ = B [ 1 – (1 – A) (1 – ------)]
Δσ1 Δσ1
veya
Δu _
------ = B
Δσ1
şeklinde yazılır.
Şev stabilitesi problemlerinde, muhtemel kayma yüzeyleri boyunca
boşluk suyu basıncının değeri, o noktadaki “dolgu basıncı” na
oranlanarak belirtilebilir. Bu birimsiz orana “boşluk basıncı oranı” “ru”
denir.
u
ru = -----
γh
Burada γ , zeminin toplam birim hacim ağırlığı (gerektiğinde suya
doygun haldeki birim hacim ağırlık), h ise o noktadaki düşey dolgu
yüksekliğidir. Toprak barajların çeşitli safhalardaki (yapım sonu,
rezervuar dolu olarak sızıntı hali vs) şev stabilitesi tahkiklerinde ru
değerleri boşluk basıncı katsayıları cinsinden ifade edilebilir. Bu, tipik
dolgu zeminlerde ve tipik toprak barajlarda mansap ve memba şevleri
için kabaca ve şev için ortalama bir ru değerinin belirlenmesine imkan
verdiğinden hesaplarda kolaylık sağlar.
2. SIĞ TEMELLER VE RADYELER
Genellikle temel taban kotuna temel yüzeyinden olan derinliğin temelin
dar genişliğinin 1,5 katını aşmaması halinde bu tür temellere sığ temeller
denir.
2.1 TİPLERİ
Münferit Temel : Bir kolonu tek başına taşıyan ayrı bir temeldir.
Birleşik Temel : Bu tür temel birkaç kolonu birden taşır.
Duvar Altı Temel : Sürekli duvar yükünü taşır.
Konsol Temel : Bir sürekli veya tek temeli mesnetlendiren temeldir.
2.2 SIĞ TEMELLERİN YAPIMVE PROJELENDİRİLMESİNDE GÖZ
ÖNÜNE ALINACAK HUSUSLAR
Bu tür temellerin yapılmasında, iyi ve anlamlı bir zemin etüdünün
yapılması ana ilke olmalıdır. Bunu takiben, şu hususlar gözetilir :
Proje Yükleri Belirlenir : Sabit ve hareketli yükler, kar, rüzgar, dinamik
etkiler vs.
Zemin Profili Tespit Edilir : Bu tespitte, yapılmış olan zemin etüdü ile su
tablası derinliği, zeminin yerinde yapılan SPT, kanatlı kesici veya koni
deneyleri ile tayin edilen özellikleri ve ilaveten örselenmemiş numuneler
kullanılarak bulunan laboratuar veriler. Bu veriler, sıkışabilirlik, zaman-
oturma özellikleri, sınıflandırma özellikleri ve mukavemet özellikleridir.
Civarda bulunan mevcut yapılar ve bu yapıların tasarlanan temel
sistemine etkileri araştırılır.
Temel Derinliği Tespit Edilir : Bu işlem için olan derinliği. Yüzeysel
toprağın uzaklaştırılması, yüzey gevşek dolgular üstüne temel
oturtulması, zeminin şişme veya çökme potansiyeli özellikle göz önüne
alınır.
Temellerin mecburiyet karşısında eğimli arazide yapılmaları halinde
aşağıdaki şekilde gösterilen şartlara riayet edilir :
a = Asgari don derinliği
b = Kazada en az 0,60 m.
b = Zeminde en az 1,00 m.
Kritik durumlarda kayma dairesi ile tahkikler mutlaka yapılır.
Temeller mümkünse aynı kota atılır. Farklı kotlarda temel yapılmasının
kaçınılmaz olduğu durumlarda aşağıdaki şartlara uyulur :
(a / b)asgari > 2 zeminlerde
(a / b)asgari > 1 kayada
Bu hususları takiben, zemin etütlerinde elde edilen veriler ve yükler
kullanılarak temelin:
a) Oturma
b) Taşıma gücü yönünden projelendirilmesine ve tahliline
geçilir
2.2.1 YÜZEYSEL TEMEL DERİNLİĞİ SEÇİMİNDE DİKKAT
EDİLECEK HUSUSLAR
a) Temel don derinliği altında kalacak,
b) Zeminin hacimsel değişim gösterdiği bölge dışında
kalacak,
c) Molon ve organik zemin derinliği altına inilecek,
d) Akarsu ve dalgaların, aşındırma ve oyma etkisi dışında
kalacak,
e) Komşu yapı temelinin zarar görmemesi sağlanacak,
f) Bodrum ihtiyacı karşılanacak.
2.3 ZEMİN EMNİYET GERİLMESİ KAVRAMI
Bu noktada, üzerinde önemle durulması gereken bir konu, “zemin
emniyet gerilmesi” kavramıdır. Çoğu kez, mühendisler böyle bir gerilme
bulunmasının çok yararlı olacağı ve işlerini kolaylaştıracağı inancı ile
hareket ederler. Yüzeysel çözümler peşinde olan meslektaşların, kolon
yükünü bu türlü bir gerilme rakamına bölerek temel alanını buldukları
ve işi bitirdikleri çok gözlenmiştir. Ne yazık ki zeminlerde, bir çelik
çubuğun çekme mukavemeti veya bir beton küpün kırılma değerine
benzer bu tür bir değerden söz edilemez. Zira bir yapının güvenli
olabilmesi :
a) Yapının altındaki temelin göçmeye karşı emniyetli olması,
b) Yapının, temelde meydana gelecek olan oturmalara karşı
güvenliğinin, bu oturmaların tespiti sonucunda saptanmasını
ayrı ayrı aramak gerekir.
Bu kriterlerin gözlenmesi sonucunda yapının emniyetli olup olmadığı
söylenebilir. Şüphesiz ki yapının projelendirilmesinde bu esaslara
uyulmalıdır.
2.3.1 GÖÇMEYE KARŞI ZEMİN EMNİYET GERİLMESİ
Göçmeye karşı emniyet aşağıda Tablo 1’de verilmiş olan denklemlerin
uygulanması ile tahkik edilmelidir.
Bu tabloda :
q = Temel seviyesinde efektif örtü yükü
c = Kohezyon
ф = İçsel sürtünme açısı
Nq , Nc , Nγ = ф açısına bağlı taşıma gücü katsayıları
γ = Zeminin birim hacim ağırlığı olmaktadır.
Tablo 2.1. Taşıma Gücü Katsayıları
ф Nc Nq Nγ
0 5,7 1,0 0
10 9,6 10 1,2
20 17,7 7,4 5,0
30 37,2 22,5 19,7
40 95,7 81,3 100,4
50 347,5 415,1 1153,2
Tablo 2.2
Şerit Yüklü Temel qult CNc + qNq + 0,5γBNγ .... (1)
Kare Sömel qult 1,3CNc + qNq + 0,4γBNγ .... (2)
Dairesel Sömel qult 1,3 CNc + qNq + 0,3γBNγ .... (3)
Burada verilen değerler nihai taşıma gücünü brüt değerler olarak verir.
Emniyetli net taşıma gücü ise bu değerden efektif örtü yükü çıkarılarak
bir emniyet faktörü tatbik edilmek sureti ile tariflenir. Örneğin birinci
denklem için :
qm = (qem)n = qult – q = │CNc + q (Nq – 1) + 0,5γ BNγ │ (1 / F) ..... (4)
F bir emniyet emsalidir. (2 – 3 olabilir)
2.3.1.1. Kohezyonlu Zemin
Drenajsız bir yükleme söz konusu olacağından ф = 0 ve Nq = 1 olur.
Örneğin (1) ifadesi.
CNc
qm = ------------ ..... (5) ifadesine dönüşür.
F
Bu ifade, şerit yükleme için olup dikdörtgen bir temel için (1 + 0,2 B /
L) ile çarpılmalıdır.
2.3.1.2 Granüler Zemin
Bu durumda örneğin denklem (1)
qm = q (Nq – 1) + 0,5 γ NγB ...... (6) olur.
2.3.1.3. Oturmalar
Yukarıdaki ifadelerle tayin edilen taşıma güçlerinin uygulanması ile
tespit edilecek olan temellerin oturma analizlerinin yapılması gerekir.
Killerde oturmalar iki süreç sonucu oluşur :
2.4 STATİK HESAPLAR
Zeminin taşıma gücünün hem göçme hem oturmalara karşı hassasiyet
belirlenerek tespitinden sonra bu kısımda yurdumuzda yaygın olarak
kullanılan çeşitli tipteki temellerin statik analizlerine değinilecektir. Bu
hesaplarda bulunan en büyük gerilmenin taşıma gücü emniyet
gerilmesini geçmemenin şartı yanında, oturma kriterlerine özen
gösterilmesi de bir kere daha hatırlatılır. Bu noktada şu hususu
belirtmekte yarar vardır :
Takdim edilen metotlar, temellerin davranışının tamamıyla rijit olduğu
esasına dayanmaktadır.
2.4.1 Münferit Sömel : Yük ve Tek Düzlemde Moment
Bir kolon – münferit sömel sistemine aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi
moment ve yükler gelebilir :
Bu durumda sömel altındaki basınç dağılımı lineer olup ve şu ifadeler ile
hesaplanır :
ΣV 6e
qmax = ------- (1 + -------) .... (12)
BL B
ΣV 6e
qmin = ------- (1 – -------) .... (13)
BL B
Burada B moment alan düzlemdeki boyut, L ise diğer boyuttur. “e”
eksantriklik miktarını gösterir.
a) Ani (elastik) oturma
b) Zamana bağlı oturma
Kumlarda oturmalar daha ziyade elastik mahiyettedir. Bu oturmaların
çoğu bina inşa edilirken görülür, ancak özellikle servis yükleri değişken
yapılarda (Silolar, Dolum Tankları vs.) çok önemli olur.
Kumlarda küçük ф açıları için bile (6) ifadesi ile çok büyük emniyet
bulunabilir. Ancak, özellikle genişliği 1,5 m den büyük olan sömellerde
oturmalar önem kazanır. Günümüzde standart penetrasyon değerini esas
olan bir oturma formülü çok kullanılmaktadır ve kullanılması tavsiye
olunur : Bu formül
qu
ΔH = ------------- (7)
(0,41)N
ifadesidir.
Burada qu (kN / m2) olarak gerilme, N = SPT değeri ΔH (mm) olarak
oturmadır.
Buradan qu = (0,41 (N) (ΔH) ..... (8)
ifadesi yazılabilir. ΔH yerine müsaade edilir oturma miktarı
yerleştirilirse taşıma gücü qu olarak bulunur. Bu değer genellikle (6)
ifadesi ile bulunandan küçüktür ve kabul edilen değer olur.
Burada kullanılan N değeri, belirli bir tabaka için alınan en küçük değer
olmalı (Nm) ve ayrıca aşağıdaki şartlara göre düzeltilmelidir:
1) Yeraltı su seviyesi düzeltilmesi:
Bu düzeltme
Dw
Cw=0,5 + 0,5 ------------ (9)
Df + B
bağıntısı ile yapılır.
Burada :
Cw=düzeltme katsayısı
Dw=yeraltı suyu yüzeyine zemin yüzeyinden derinlik
Df=temel alt kotuna zemin yüzeyinden derinlik
B=temel kısa genişliği
olmaktadır.
2) Örtü yükü düzeltmesi
191,5
cn = 0,77 log ----------- (10)
σo
σo (t / m2) olarak B / 2 derinliğindeki efektif gerilmedir.
Bu suretle denklemde kullanılan SPT değeri
N=NmxCwxCn........ (11)
olmak üzere bulunur.
Oturmalarda müsaade edilebilir miktarlar çeşitli durumlar için Tablo 2.3
te verilmiştir. Farklı oturmalar toplam oturmanın %75’i mertebesinde
olabileceği bilinmektedir.
Tablo 2.3 Müsaade edilebilir oturmalar
Hareketin cinsi yapı tipi
miktarı
Toplam oturma yığma yapı
2,5-5,0 cm
Toplam oturma karkas yapı
5,0-1,0 cm
Toplam oturma silo, baca, radye temel
7,5-30 cm
Dönme kuleler ve bacalar vs.
0,004 ℓ
Dönme vinç rayları
0,003 ℓ
Dönme türbinler(makine)
0,002 ℓ
Dönme pamuk tezgahı(makine)
0,003 ℓ
Farklı oturma yüksek mütemadi tuğla duvar
0,0005 ℓ
Farklı oturma alçı sıva kırılması
0,001 ℓ
Farklı oturma betonarme karkas sistem
0,0025 ℓ
Farklı oturma betonarme perde duvar
0,003 ℓ
Farklı oturma çelik mütemadi yapı
0,002 ℓ
Farklı oturma çelik basit yapı
0,005 ℓ
Not: ℓ farklı hareketin olduğu iki temel noktası arasındaki
açıklıktır.
Yukarıda genel olarak tarif edilen temel projelendirme analiz metotları,
özellikle zeminin durumuna göre çok titizlikle uygulanmalıdır.
Tabakalanma olması, taban suyu seviyesinin değişimi, don, şişme gibi
durumlar dikkatle incelenmelidir.
Öncelikle son iki husus çok önemlidir. Yurdumuzda don olayları
oldukça iyi bilindiği ve don haritaları olduğu halde şişme ile ilgili etütler
yapılmamakta hatta problem hiç bilinmemektedir.
Oysa zeminlerin şişmesi nedeni ile ABD’de ortaya çıkan hasar orada
saptanmış ve yıllık 10 milyar dolar olduğu görülmüştür. Sorunun iyi
bilindiği bir memlekette (ABD) kasırga + sel + deprem olayları
sonucunda bir yılda meydana gelen hasardan daha büyük olabilmesi,
memleketimizdeki kayıplar hakkında bir fikir verebilir.
Yurdumuzda bu etkiden en fazla zarar gören bölgeler yarı – kurak iklim
bölgeleridir. Yani iç anadolu ile batı anadolunun bir kesimi, güneydoğu
anadolu ve doğu anadolunun bir kesimi. Buralarda özellikle dikkatli
olunmalıdır. Aşağıdaki Şekil çok basit zemin parametreleri (kil yüzdesi
= c; PI = plastislik endisi) ile şişebilen killeri tanımak için kullanılabilir.
Şekil 2.1 Killerde şişme potansiyeli
Bu denklemler e < B / 6 hali için geçerli olur. e = B / 6 halinde üçgen bir
taban basınç dağılımı elde edilir. e > B / 6 hali için ise aşağıdaki taban
azami gerilmesi aşağıdaki denklem ile hesaplanır :
4 ΣV
q = ----- ------------ (14)
3 (L – 2e)
M + H x d
Burada e = ----------------- ile en geniş ifadesini bulur.
V
Genel olarak şartnameler e < B / 6 şartının sağlanmasını ararlar.
Ancak, sağlam kazada L / 6 < e < L / 4
şartına izin verilebilir.
2.4.2 Münferit Sömel : Yük ve Çift Düzlemde Moment
Bu durumda
M1 M2
e1 = -------- e2 = -------- olur. (15)
B L
Taban gerilmeleri ise
ΣV 6e1 6e2
qmax = ------- (1 + ------ + ------) (16)
BL L B
ve
ΣV 6e1 6e2
qmin = ------- (1 – ------ – ------) (17)
BL L B
formülleri ile hesaplanır.
6e1 6e2
------ + ------ = 1 hali için qmin = 0 (18)
L L
bulunur.
Şartnameler, zeminlerde
6e1 6e2
------ + ------ < 1 ... (19)
L B
şartını, yani bütün taban zemininin basınç altında olması şartını ararlar.
Zeminlerde, aksi varit olduğu takdirde proje tekrar hazırlanır.
2.4.3. Simetrik Olmayan Temeller :
Komşu bir binanın temeli, projelendirilecek temele taşabilir. Bu
durumda iki hal söz konusudur :
1) Eğer bir simetri ekseni üzerinde bir simetri var ise
her iki eksen üzerinde temelin atalet momentleri
hesaplanır ve taban gerilmeleri kritik noktalarda bulunur.
Aşağıdaki şekilde 1-1 ekseni ve2-2 ekseni ile
a,b,c,d,e,f,g,h noktalarındaki gerilmeler
ΣV M1 M2
σ = ------ ± ------- x1 ± ------- x2 (20)
A I1-1 I2-2
ifadesiyle hesaplanır.
Burada 1-1 ve2-2 eksenleri ağırlık merkezinden geçerler. M1-1 ise 1-1
ekseni etrafındaki moment olur. 1-1 aynı zamanda simetri eksenidir.
2) Eğer herhangi bir eksen etrafında simetri yok ise
fakat sömel dışında kalan alan sömel alanının % 20’sini
aşmıyor ise yine yukarıdaki usul kullanılır. Aşağıdaki
şekil bu hali özetler:
A1
-------
< 0,20
A
her iki halde de kolonların durumundan veya yük değerlerinden ötürü
yük tatbik noktası ağırlık merkezinden geçmeyebilir. M1-1 ve M2-2
momentleri bu nedenle oluşurlar.
A1
3) ------ > 0,20
A
halinde yukarıdaki hesapların asal atalet moment eksenleri tayin
edilerek yapılması gerekir.
ΣV 6e
qmax = ------- (1 +
------)
BL L
L’ = L
+ 2e
ΣV
ΣV
q = ------- =
---------------
BL’ B
(L + 2e)
Eksantriklik ,yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi uzunluk (L), L’ = L + 2e
kadar uzaklarda ortadan kaldırılabilir ve uniform basınç sağlanabilir. Bu
tavsiye edilecek bir husustur.
Yanda bir komşu temelin olması nedeniyle bu uzatma yapılırsa aşağıda
sözü edilen trapez sömel tipine gidilebilir.
Bu sömellerin betonarme projeleri yapılırken bazı statikerler temeli ters
çevirir ve mesela Cross metodu ile çözerler bu yanlıştır temel kolon
yükleri ve zemin basıncı alınarak doğrudan moment ve kayma kuvvetleri
hesaplanır.
Trapez sömel :
Trapez sömeller yukarıda anlatılan nedenlerle uniform basınç elde etmek
için yapılırlar.
Aşağıdaki şekilde A, ağırlık merkezini , E ise x-x simetri ekseni
üzerinde alınan kesitteki orta noktayı göstermektedir.bu kesit sömel
dikdörtgen olsa idi onu gösterecekti şeklinde düşünebiliriz.Uniform
basınç elde etmek için alan öyle ayarlanmalıdır ki yüklerin bileşleri V
yükünü karşılayacak şekilde ve A noktasından tatbik olunsun.
Bu şartlar şu şekilde yerine getirilir:
1) sömelin L uzunluğu bellidir. B1 + B2
sömel aralığı W= L x γc x -------------
(21)
2
sömel alanı A = 1 / 2 (L) (B1 + B2)
(22)
dir.
2)dolayısı ile
ΣV + W = 1 / 2 (B1 + B2) ifadesinden
(23)
(B1 + B2) hesaplanır.
3) yüklerin A noktası etrafında momentlerin alınması ile de x mesafesi
bulunur.
4) trapezlerin kenarlarından ağırlık merkezine olan mesafeyi (x) veren
geometrik denklem
L B2 + 2B1
x = ------ x --------------
(24)
3 B2 + B1
ifadesi ile (B1 + B2) nin bilinen değeri kullanılmak sureti ile B1 ve B2
hesaplanır.
Özel durumlar :
Moment olması halinde taşıma gücü değeri:
Emniyetli taşıma gücü değerleri tayin edildikten sonra taşıyabildikleri
yükün bu değerin temel alanı ile çarpılarak bulunduğu malumdur.
Ancak , moment olması halinde temel faydalı taban alanı
A’ = (L – 2e1) (B – 2e2) (25)
Halinde momentlerin tatbik düzlemi üzerindeki eksantriklik oranları göz
önüne alınarak hesaplanır. Kaldırma kuvvetine maruz sömel su altındaki
sömellerde kaldırma kuvveti etkir. Bu durumda bu kuvvete karşı
genellikle 1,5 olan bir emniyet misali ile tahkik yapmak gerekir:
W1 + W2 + F
Fem = -------------------
U
Burada
W1 = temelin ağırlığı
W2 = temel çevreleri toprağın ağırlığı
F = sürtünme katsayısı
U = γw x B x L x hw
γw = suyun birim hacim ağırlığı
B ve L = temel boyutları (B=1)
hw = su üst kotu ile temel alt kotu
arasındaki mesafe
Kohezyonlu zeminlerde F = C x Df x L
Df = temel derinliği
C = kohezyon
L = temel eni (temel boyu birim uzunluktur)
Granüler zeminlerde
F = γo Ko x Df x L
dir.
Ko = 1 – sin ф
γo = 1 / 2 Df . (γ – γw)
olarak bulunur.
γ = zeminin toplam birim hacim ağırlığı
ф =içsel sürtünme açısı
2.4.4 Mütemadi Sömeller
Bu sömellerde de yukarıda olduğu gibi düşey yükler toplamı ile
hesaplanan eksantriklik oranlar 12 ve 13 no.lı denklemlerde yerini korur.
En yüksek gerilmenin zemin emniyet gerilmesi altında kaldığı ve oturma
şartlarının sağlandığı saptanır. Aşağıdaki şekil bu durumu
yansıtmaktadır.
ℓ1, ℓ2, ℓ3 ,ℓ4 = V1, V2, V3, V4 e merkezden mesafeler
Bileşke : ΣV = V1 + V2 + V3 + V4
Eksantriklik oranı : e = 1 / ΣV (V1 ℓ1 + V2 ℓ2 – V3 ℓ3 – V4 ℓ4 – M2 + M3)
ΣV 6e ΣV 6e
Zeminde basınç : qmax = ------- (1 + -------) ; qmin = ------- (1 – -------)
BL L BL L
2.5 RADYE TEMELLER
Radye temeller, genelde zeminin emniyetli taşıma gücünün düşük
olduğu durumlarda “münferit sömeller ile yapılan temel yüzey alan
hesaplarının binanın mimari alanının yarısından fazlasını işgal ettiği
zaman” düşünülürler. Bu durumda çok büyük ihtimalle radye temel
diğer sistemden daha ekonomik olur. Ayrıca zeminin temel altında
yerden yere çok değişken olduğu hallerde de radye temeller yararlı
olurlar.
2.5.1 RADYE TEMEL TİPLERİ
Radye temeller aşağıdaki şekillerden biri olarak inşa edilebilirler :
a)
Bu şekilde bir döşeme doğrudan kolonları taşır. Özel durumlarda kolon
altları döşemede biraz yukarı veya aşağı doğru kalınlaştırılabilir.
b)
Bu sistem temelde çok rijit, iki yanda kirişlerle teşkil edilmiş bir
radyedir.
c)
Bu sistemde alt bodrum kata tamamen betonarme perde duvarlarla teşkil
edilmiş bir çok rijit radye görülmektedir.
2.6 RADYELERİN TAŞIMA GÜÇLERİ
Granüler Zemin Üzerine Oturan Radyeler :
Bu radyelerde taşıma gücü, aynen granüler zemin üzerine oturan sığ
temellerde olduğu gibi (7) ifadesi ile bulunur. Ancak bulunan buradaki
(0,41) değeri (0,22) olarak değiştirilir.
Kil Zeminin Üzerine Oturan Radyeler :
Bu radyeler için de (1) (2) (3) denklemlerinde biri kullanılabilir. Nq = 1 ,
Nγ = 0 olduğundan ifade
qult = CNc + qNq (27)
haline dönüşür.
Emniyetli taşıma gücü de
qoc = 1 / F (CNc + qNq) (28)
olur.
Burada A radye alanı, Q’da radye üzerindeki toplam yük ise Q / A ≤ qa
olmalıdır.
Burada Q’nun hesabında şu hususa dikkat etmek gerekir :
Qt = QD + Q2 – Q3 (29)
QD = Yapı yükü (radye ağırlığı dahil)
Q2 = Hareketli yük
Q3 = Hafredilmiş olan toprağın ağırlığı
Radye temelin özelliği (29) ifadesinde görülmektedir. Eğer derine
oturtulan bir radye varit ise Qt sıfıra yaklaşacaktır. Bu durum özellikle
zayıf zeminler için çok yararlı olup ve birçok halde kazıklı temele
gitmekten kurtulunabilir.
3. KAZIKLI TEMELLERE GENEL BİR BAKIŞ
Temeller, genel bir çerçeve içinde iki grup halinde düşünülürler bunlar
yüzeysel temller, derin temeller’ dir. Zemin şartları uygun olduğu
hallerde kullanılan yüzeysel temeller ,münferit sömel, mütemadi sömel,
radye temel şeklinde olabilir. Zemin şartlarının yüzeysel temel yapmaya
müsait olmadığı veya üst yapıdan gelen yüklerin fazla olduğu
durumlarda yüzeysel temelle yeterli olmazlar. Bu durumda yükleri daha
derinlerdeki sağlam tabakalara aktarmak , ve yapının yapacağı
oturmaların istenen sınırlar içerisinde kalmasını sağlamak için derin
temeller inşa edilir,
Derin temeller tabiri, izafi bir durum ifade etmekte olup genel olarak
derinliği, genişliğinden daha büyük bir temeli ifade etmek için kullanılır
ve kazıklı temeller, kesonlar ve derin ayak temelleri içine alır. Bunların
içinde en yaygın olarak kullanılanı kazıklı temellerdir.
3.1 KAZIKLI TEMELLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ
Kazıklı temeller uzun ve nispeten ince yapı elemanlarıdır. Kazıklar üst
yapıdan gelen yükleri, daha aşağıda bulunan zemin tabakalarına
aktarırlar. Kazıklı temelleri, yükleri taşıma ve iletme şekillerine ve
yapıldıkları malzemeye , zemin yerleştirme tarzına yapıldıkları veya inşa
edildikleri teknolojiye göre sınıflandırmak mümkündür.
Yükleri taşıma ve zemine iletme tarzlarına göre kazıklar:
a) Sürtünme kazıkları
b) Uç kazıkları
olarak ikiye ayrılırlar. Kazıklar genel olarak yükleri hem çevre
sürtünmesi ile hem de uç mukavemeti yolu ile taşımakla birlikte, yükün
önemli bir kısmı kazığın etrafındaki çevre sürtünmesi ile taşıdığı taktirde
bunlara “sürtünme kazığı” da denir.
Uç kazıkları ise, yükü aşağıdaki saydam bir tabakaya (kaya veya sıkı
kum-çakıl gibi) kazık uç direnci yolu ile aktarılırlar ve çevre sürtünmesi
bu kazıklarda ihmal edilecek seviyelerdedir.
Diğer bir sınıflandırma, kazıkların yapıldıkları malzemeler göz önüne
alınarak gruplandırılmasıdır. Buna göre de kazıklar, beton kazıklar, çelik
kazıklar, ahşap kazıklar, kompozit kazıklar gibi sınıflara ayrılabilirler.
Bir başka sınıflandırma, kazıkların zeminde sebep oldukları
deformasyonlar yönünden yapılmakta olup, kazıklar, “deplasman
kazıkları” ve “deplasman yaratmayan kazıklar” olarak ikiye
ayrılabilirler. Birinci tip kazıklar, isminden anlaşılacağı gibi zemini yana
doğru iterek deplasmana sebep olan çakma kazıklardır. Bu tipe, önceden
dökülmüş betonarme çakma kazıklar dahil olduğu gibi, Franki kazıkları
gibi, önce bir muhafaza borusunun dibine kuru beton konarak bu
betonun tokmaklanması yolu ile borunun zemine çakılması, bilahare
dökülen betonun tokmaklanması sırasında borunun çekilmesi şeklinde
oluşturulan kazıklar da dahildir.
İkinci tip, yani zeminde bir deformasyon yaratmayan kazıklar ise genel
olarak fore kazık olarak bilinen ve zeminde önce sondaj deliği açarak
bunun içine beton (gerekirse demir donatılı olarak) yerleştirilerek
oluşturulan kazıklardır.
Şekil 3.1 Sürtünme kazığı
Sürtünme kazıklarında grup etkisi :
Kazıklar, yükleri daha derinlerdeki tabakalara naklederler. Tek bir
sürtünme kazığının etrafında oluşan gerilme alanı Şekil 3.2’de şematik
olarak gösterilmiştir. Bu şekilde eğri, Q yükünün belli bir P gerilmesi
yarattığı noktaların birleştirilmesi ile elde edilmiş olarak düşünülecektir.
Şekil 3.2 Tek kazık ve kazık grubu için basınç bölgeleri
Bir kazık grubu için gerilme alanları birbirini etkiler ve aynı P
gerilmesinin oluştuğu noktalar daha derinlere inerek Şekil 2’de solda
görülen yeni bir gerilme bölgesi yaratır. Buradan görüleceği gibi kazık
grupları gerilmeleri daha derinlere indirir. Ancak, yapı genişledikçe ve
kazıklar kısaldıkça kazıklı temellerin yüzeysel temellere göre en önemli
bir farkı olan bu özellik önemini kaybedebilir. Şekil 3’de sol tarafta
radye temel, sağ tarafta kazık temel için belli bir P yüküne tekabül eden
basınç soğanları (bölgeleri) şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 3a’da dar
bir yapı, 3b’de ise geniş bir yapı temsil edilmiştir. Her iki yapı da bir q
yükünü zemine ileteceklerdir. Ancak dar bir yapıda kazıklar yükleri
derinlere indirirken, geniş yapıda kazıklar geniş yapıya göre yeterli
uzunluk ta olmadığı için yükleri radye temele göre zeminin
derinliklerine nakletmede pek etkili olmayabilirler. Yani geniş yapıda
kısa kalan kazıkların büyük bir faydası olmayabilir ve radye temel de
aynı vazifeyi görebilir.
Şekil 3.3 Kazık uzunluğu- temel genişliği ilişkisi
Öte yandan, kazık gruplarında, kazıkların zeminde yarattığı gerilme
alanlarının birbirine girişimi sonucu, ortadaki kazıkların etrafındaki
zeminde oluşan gerilmeler, kenar kazıkların çevresindeki zemine göre
daha büyük gerilmelere maruz kalırlar. Kazık grubunun esnek bir yapıyı
taşıdığı kabul edilirse, ortadaki kazıklar daha büyük oturma yaparlar. Bu
açıklamadan, bir kazık grubunun taşıma gücünün, kazıkların tek tek
taşıma güçlerinin toplanması sonucu bulunan değerden daha küçük
olması icap ettiği sonucu çıkar. Buna “grup etkisi” denir.
Tek kazık davranışı ile bir kazık grubunun davranışının çok farklı
olabileceği Şekil 4’ den de görülmektedir. Tek bir kazığın gerilme
bölgesi, sıkışabilirliği yüksek kil tabakasına nüfuz etmediği halde, kazık
grubunun gerilme bölgesi bu tabakanın içine girmektedir. Bu durumda,
kazık grubunun oturması tek kazığa göre çok daha fazla olacaktır.
Şekil 3.4 Tek kazık ve kazık grubu basınç bölgeleri
Sürtünme kazıklarını yakından ilgilendiren bir başka husus da killerde
thixotropy denen bir olaydır. Killi zeminde sürtünme kazığının çevre
sürtünmesi en fazla kilin mukavemeti kadar olabilir. (Kazık yüzeyi ile
zemin arasındaki yapışkanlık (adhezyon) zemin mukavemetinden fazla
olsa bile, kazığa zemin mukavemetini aşacak şekilde bir yük tatbik
edildiği zaman, zemin, kazığa çok yakın bir mesafede mukavemet
kaybına uğrayarak kazığın göçmesine neden olur). Öte yandan killi
zeminlerde drenajsız mukavemet genellikle zeminin örselenmesi ile
önemli ölçüde azalır. Ancak, zamanla zemin kendini toplayarak,
mukavemeti zaman içinde yeniden artar. Bu olay thixotropy olarak
bilinir. Kazık zemine çakılırken zemin örseleneceğinden zeminin
mukavemeti azalır. Çevre sürtünmesi de zemin mukavemetinin bir
fonksiyonu olduğundan, kazığın zemine çakılmasından hemen sonra,
azalan mukavemet yüzünden kazığın taşıma gücü de nispeten azdır.
Zaman geçip, zemin mukavemeti artınca, kazığın taşıyabileceği yük de
artar. Bu yüzden, kazık yükleme deneyleri, killi zeminlerde, kazığın
teşkilinden bir zaman geçtikten sonra yapılmalıdır.
Yer altı suyu altındaki ince kum ve siltli kumlarda da, kazık çakılırken
zemin sıvılaşarak mukavemet kaybeder. Bu geçici bir olay olup, çakma
işlemini müteakip zemin yeniden eski mukavemetini kazanır.
Aşağıda, çeşitli zeminler için yaklaşık çevre sürtünmesi değerleri
verilmektedir. (Terzaghi ve Peck) :
Gevşek kum 25 KN / m2
Sıkı kum 100 KN / m2
Yumuşak kil – silt 10 – 30 KN / m2
Kumlu silt 20 – 50 KN / m2
Katı kil 40 – 100 KN / m2
Uç kazıkları :
Bu tip kazıklar sağlam tabakaya oturdukları için önemli bir oturma
(çökme) yapmazlar. Öte yandan çevre sürtünmesinin oluşabilmesi için
kazığın muayyen bir miktar düşey deformasyon yapması icap eder. Uç
kazıklarında bu deformasyon oluşamadığı için de çevre sürtünmeleri
ihmal edilecek kadar az olur. Uç kazıkları kullanılarak teşkil olunan bir
kazık grubunda genellikle grup tesiri yüzünden taşıma gücünde bir
azaltma yapılmaz. Yani grubun taşıma gücü, tek kazıkların taşıma
gücünün toplamına eşittir.
Uç kazıkları teşkilinde önemli bir nokta, kazıkların dayandığı sağlam
zeminin tespitinde yanılgıya düşülmemesidir. Bazı hallerde sağlam bir
tabakaya rastlandığı zannedilebilir, ancak bu, kalınlığı fazla olmayan bir
tabaka olabilir ve altında da sıkışabilirliği yüksek, yumuşak kil gibi kalın
bir formasyon yer alabilir. Böyle bir durumda, alttaki yumuşak tabaka
oturma yaparak, kazıklarında oturmasına sebep olur.
Uç kazıklarının tasarımında negatif çevre sürtünmesi oluşabileceği
hesaba katılmalı ve bu yüzden gelecek fazla yük göz önüne alınmalıdır.
Uç kazığı sağlam zemine oturduğu için çökmesinin çok az olacağı veya
hiç olmayacağı daha önce ifade edilmiştir. Diğer taraftan, sağlam
tabakanın üstünde yer alan zayıf zemin çeşitli sebeplerle oturabilir. Bu
sebeplere örnek olarak, zemin yüzeyine dolgu yapılması (sürşarj), yer
altı suyunun inmesi gibi olaylar gösterilebilir. Oturan bu zemin, kazığı
da beraberinde sürüklemek ister. Ancak kazık sağlam zemine
oturduğundan, direnecektir. O zaman kazık, çevresindeki oturan zemin
yüzünden ek bir düşey yüke maruz kalır. Buna “negatif çevre
sürtünmesi” tabir edilir. Negatif çevre sürtünmesi aşağıdaki gibi hesap
edilebilir (Şekil 3.5).
Şekil 3.5 Negatif çevre sürtünmesi
Şekil3.6 Taşıma gücü katsayısı
Tek kazık halinde oturan zeminin kayma mukavemeti ile kazık çevre
alanının çarpımı sonucu bulunacak değer, negatif çevre sürtünmesi
nedeni ile oluşan ilave yük olarak alınır. Bu durumda kazık uç direnci :
R = Q + W + π D H s
olur. Burada
Q = Kazığa üst yapıdan gelen yük
W = Kazık ağırlığı
D = Kazık çapı
H = Oturan zeminin kalınlığı
s = Oturan zeminin mukavemetidir.
Kazık grubu için toplam uç direnci, iki şekilde hesaplanır:
ΣR = ΣQ + ΣW + n π D H s
ΣR = ΣQ + γ H A + P H s
ve küçük olan değer kazık grubunun toplam uç direnci olarak alınır. Bu
ifadelerde
n = gruptaki boşluk sayısı
γ = zemin birim hacim ağırlığı
A = kazık grubunun alanı (zemin alanı dahil)
P = kazık grubunun çevresinin toplam yanal alanı
3.2 KAZIK TİPLERİ
Kazıkların fonksiyonlarına, zemin içinde teşkil edilme şekline veya
yapıldığı malzemeye göre, sınıflandırılabildiklerinden söz edilmiş ve
sürtünme kazığı- ıç kazığı, deplasman kazığı-deplasmana sebep olmayan
kazıklar, çakma kazıklar- fore kazıklar gibi tarifler ve ifadeler
kullanılmıştı.aşağıda, kazıkların yapıldığı malzeme ve inşa şekillerine
göre bir değerlendirmesi yapılmaktadır:
3.21.Ahşap kazıklar
Mimar Mustafa Ağa tarafından 1748-1755 yılları arasında yapılan
İstanbul’da Nur-u Osmaniye camii ahşap kazıklar üzerine oturmaktadır.
Caminin zemini 8 metrelik yapay dolgu, bunu altında yer alan kum-çakıl
tabakalı yeşil renkli kil- marn olup en altta 20-22 metre derinliklerden
itibaren de grovak şist (ana kaya) vardır. Yer altı suyu 16,5 metrededir.
Uçları demirli ahşap kazıklar yüzeyden 18 metre derinlikte (su
seviyesinin 1,5 metre altında) başlamaktadır ve uzunlukları 2,63
metredir. Kazıkların Üzerine horasan kireçten oluşan bir radye
yapılmıştır ve ucu ana kayaya oturmaktadır.
Ahşap kazıklar, hafif olduğu için kolay nakledilebilirler, özellikle
killerde kazık – zemin arasında bir adhezyon sağlarlar. Öte yandan, su
seviyesi altında ömürleri uzundur. Ancak, su seviyesi üstünde mantar ve
bazı böcekler tarafından tahrip edilirler. Bu nedenle, özel muameleden
geçirilmeden su seviyesi üstünde kullanılmamalıdırlar. Ahşap kazıkların
çürümesini önlemek için kullanılan en etkin metot ahşabın litlerine
nüfuz edecek şekilde basınçlı kreozot uygulamasıdır. Özel tesislerde
yapılan bu işlem sırasında deniz suyu altında kalacak kazıklarda 1 m3
hacme yaklaşık 250 kg kreozot uygulanır.
Ahşap kazıkların boylarını uzatmak için aşağıdaki şekilde gösterildiği
gibi ekleme yerlerini çelik boru ile desteklemek veya bulonlu çelik
levhalarla birleştirmek yollarından biri kullanılır.
Şekil 3.7 Ahşap kazıklara ek yapılması
Ahşap kazıkları sert zeminlere, sıkı kum – çakıl tabakalarına çakmak
zordur. Aşırı çakma halinde uç kısımlarında veya gövdelerinde kırılma
ve tahribata uğrayabilirler. Bu nedenle, çakma sırasında kazığın
davranışı gözlenmeli, giriş miktarı / darbe sayısı oranı dikkatle
izlenmelidir.
Ahşap kazıkların taşıma gücü yüksek değildir.yaklaşık 20-25 cm. çaplı
bir kazığın taşıyacağı yük 20-30 ton civarında düşünülebilir.
3.2.2 Beton kazıklar
Beton kazıklar bugün en çok kullanım alanına sahip kazık
tiplerindendir.bir çok değişik teknikle imal edilen bu kazıklardan en
yaygın olanlarını iki kategoriye ayırmak mümkündür:
a) Önceden dökme kazıklar
b) Yerinde dökme kazıklar
3.2.2.1 Önceden dökme kazıklar (çakma kazıklar)
önceden dökme betonarme kazıklar, veya çakma kazıklar, genellikle
kesitli imal edilip uç kısımları sivridir ve genellikle çelik çarıkla
bulunur. Kazık başlarına da çelik yastıklar konulabilir. Kazıklarda
boyuna ve enine demir donatısı yerleştirilir. Bu donatılar daha ziyade
kazığın vinçlerle ve kancalarla kaldırılıp, yerleştirilmesinde emniyeti
sağlamak içindir. Demir donatısı %1-%4 arasındadır. Betonarme
kazıkların kesiti daire kare veya sekizgen şeklinde olabilir.
Betonarme kazıklarını boylarını inşaat sırasında ayarlamak, yani
kesmek, kısaltmak veya uzatmak oldukça zor bir işlemdir. Ancak sınırlı
alanda dahi kazık uzunluğunu tam olarak mümkün olabilir. Kazık boyu
kısaltılacağı zaman kısaltılacağı seviyede çekiç ile oyularak demirler
ortaya çıkarılır ve kesilir. Kazığın üstte kalan kısmı da koparılarak
kesilir. Kazığın boyu uzatılacaksa donatı demirler eklenecek üst kısımla
aderans sağlayacak kadar ortaya çıkarılmalı ve bu kısımda kazık betonu
kesilerek üst kısma dökülecek yeni donatı ve betonla uygun birleşimi
sağlanmalıdır.
Beton kazıkların ömrü pratik olarak devamlıdır. Bazı özel durumlarda,
yer altı suyunun betona zararlı maddeler içermesi, kazığın devamlı
çözülme olayına maruz bir zeminde bulunması, devamlı akarsu ve dalga
etkisine uğraması vb. durumlarda kazık ömrü kısalır. Kazık ömrünü
uzatmak için en etkin yol kazık betonun kaliteli olarak imalidir.
Betonarme çakma kazıklar ön gerilmeli olarak da imal
edilmektedir.bunlarda kullanılan beton yüksek kaliteli olup, yük taşıma
kapasiteleri, normal betonarme kazıklara nazaran daha yüksektir. Bu
nedenle bu kazıklar daha hafiftir. Öngerilmeli beton kazıklar genellikle
içi boş olarak üretilirler. Çevresinde hem demir, hem de öngerilmeli
çelik teller yer alır.
Betonarme kazıkların emniyetli taşıma güçleri aşağıdaki tabloda
verilmiştir. (TS 3167, DIN4026)
Kare kesitli betonarme veya öngerilmeli beton çakma kazıkların
müsaade edilen basınç yükleri:
Taşıyıcı zemin müsaade edilen yük(kN)
İçindeki kenar boyu(cm)
derinlik 20 25 30 35
40
3 200 250 350 450
550
4 250 350 450 600
700
5 - 400 550 700
850
6 - - 650 800
1000
3.2.2.2. Yerinde Dökme Kazıklar
Yerinde dökme beton kazıklar, zeminde çeşitli delme teknikleri
kullanılarak veya zemine boş bir boru çakılarak oluşturulan deliğin
gereğinde donatı da konularak betonla doldurulması yolu ile imal edilen
kazıklardır. Bu kazıkları genel olarak aşağıda belirtilen iki grupta
toplamak mümkündür: yerinde dökme betonarme çakma kazıklar ve
yerinde dökülen kazıklar (fore kazıklar)
a) Yerinde dökme betonarme çakma kazıklar:
bu tip kazıklar, kaplama borusuz, kaplama borusu yerinde bırakılan, ve
kaplama borusu çakılan tipte imal edilebilirler. Bu şekilde teşkil edilen
kazıklar taşıyıcı eleman olabildikleri gibi, zeminlerin sıkıştırmak içi de
kullanılabilirler.
Kaplama borusuz olanlardan kompres kazığı zemin içinde silindirik bir
delik açan çelik bir çarığın zemine çakılması ve meydana gelen çukurun
betonla kaplanması yolu ile oluşturulur. Reymond kazıklarında ise
konik biçimli silindirik helisel kaplama borusu, bu borunun içine giren
bir çelik mandrelin çakılması ile zemine girer. Sonra mandrel çıkarılır
ve kaplama borusunun içi betonlanır. Konik olanların dış yüzü 1/10
eğimindedir. Reymond kazıkları 50-90 ton (500-900 kN) yük taşıyabilir,
sürtünmeli veya uç kazık olarak kullanılabilirler.
Kaplama borusu çakılan tipe örnek olarak ise Franki kazığı
verilebilir.Franki kazığını oluşturmak için 30-50 cm. çapında bir çelik
borunun dibine beton veya kum çakıl konularak tokmaklanır. Konan
beton veya kum-çakıl boruyu zemin içine doğru sürükler.
Şekil 3.8 Frenki kazığı teşkil kademeleri
İstenilen derinliğe inilince, boru içine beton dökülerek tokmaklanır, bu
esnada da boru dışarı çekilir. Franki kazıkları, killi zeminlerde
kullanıldığı gibi gevşek kumlarda da uygulanabilir. Bazen kazığın içine
beton yerine kum-çakıl veya taş konarak tokmaklanır. Mesela deprem
bölgelerinde yer altı su seviyesi altında sıvılaşmaya maruz kalabilecek
gevşek kumlu zeminlerde bu tip bir işlem zemini sıkıştırıp sıvılaşma
potansiyelinin azaltılması için kullanılabilir. İri çakıl ve taş hem taşıyıcı
özeliğe sahiptir hem de deprem sırasında oluşacak aşırı boşluk suyu
basıncını söndürmede yardımcı olarak sıvılaşma tehlikesini azaltır.
Bir başka tip olan Simplex kazıklarında ise timsah ağzı denen, açılıp
kapanabilen özel uçlu bir kaplama borusu zemine çakılır. Sonra beton
dökülerek timsah ağzı açılarak boru ile birlikte dışarı çekilir. Dökülen
beton tokmaklanarak zemine intibakı sağlanır ve betonda boşluk
kalmaması temin edilir.
b) Yerinde dökülen kazıklar (fore kazıklar)
Fore kazıklar (veya sondaj kazıları, delme kazıklar), zeminde yanal bir
deplasman yaratmayan cinsten kazıklardır. Çok basit olarak tarif etmek
gerekirse, önce zeminde bir delik açılır, bu deliğe demir donatı
yeleştirilir ve alttan başlamak suretiyle delik betonlanır ve kazık
oluşturulur. Tabi bu işlem sırasında kullanılan bu yöntem ve teknoloji,
kazık çapı, uzunluğu, zemin cinsi gibi faktölerle değişebilir.
Kullanılacak yöntem ve teknolojiyi seçeerken en önemli unsur
ekonomidir.
Fore kazıkalrın hem bazı avantajları, hem de dezavantaşları vardır.
Avantajları:
a)Fore kazıklar temel kazısı yapılmadan da teşkil edilebilirler. Bu
suretle işe hız kazandırırlar.
b)Zemin şartları uygun olduğu taktirde kısa zamanda inşa edilebilirler.
c)Büyük çapta ve derinliklerde inşa edilebildikleri için yük kapasiteleri
fazladır.
d)Çakma kazıkların teşkilinde zorluk veren zemindeki taş ve bloklar,
fore kazık oluşturulmasında uygun teçhizat kullanılarak elimine
edilebilir.
e)Delik açılması ve betonlama sırasında çevrede önemli titreşim, sarsıntı
yaratmazlar. Çevre yapıların bu tip etkilere karşı hassas olduğu
durumlarda bu büyük bir avantajdır.
f)Kazıklar yerinde teşkil olduğu için, taşınacak malzeme kum, çakıl, su,
çimento, demir gibi malzemeler olup, bunların nakli, hazır ve önceden
dökülmüş kazıklara göre daha kolaydır.
g)İcabında kazık dibinde genişletilmiş bir bölge (soğan) oluşturarak
taşıma gücü artırılabilir. Bu şekilde, kazığın çekmeye karşı da taşıyacağı
yük artar.
h)Sondaj deliğinin istenen derinliğe indiği ve istenen sağlam tabakaya
eriştiği kolaylıkla kontrol edilebilir.
i)Fore kazıkların boyu kolayca ayarlanabilir. Bu özellik, çakma
kazıklara göre büyük bir avantajdır.
Dezavantajları :
a)Yağışlı ve kötü havalar delme işlemini aksatır.
b)Beklenmeyen zemin şartları ile karşılaşması halinde işlerde önemli
gecikmeler olabilir.
c)Yukarıda bahsedilen nedenle, fore kazıkların yapılacağı mahalde çok
detaylı bir zemin etüdü gerekir.
d)Kazık betonunun hazırlanması, dökülmesi sırasında çok iyi bir teknik
denetim mutlaka yapılmalıdır.
e)Yer altı suyunun mevcudiyeti betonu etkileyebilir, özellikle yer altı
suyu akımı varsa betonu yıkayıp kazığın oluşumunu engelleyebilir.
Sondaj deliği çevresi yıkıntı veya döküntü yapabilir. Bunlar için özel
önlemler almak gerekir.
Fore kazıklar, genellikle “uç kazığı” olarak kullanılırlar. Sert killerde
sondaj deliği kendini tutar ve deliğin üst 4 –5 metresi dışında muhafaza
borusu gerekmeyebilir. Ancak, kuru olsun, ıslak olsun kum – çakıl,
yumuşak kil, siltli kil, çamur ve yer altı suyu altındaki silt, ince kum,
deliğin açılmasını ve stabilitesinin sağlanmasını engeller, özel önlem
alınmasını gerektirirler. Bu tip zeminlerde delik devamlı muhafaza
borusu indirilerek açılır. Betonlama bitince borular çekilir. Ancak yer
altı suyunun betonu yıkama tehlikesi olan yerlerde muhafaza borusu
içine yerleştirilen daha ince ikinci bir boru dışarı çekilmeden yerinde
bırakılır. Bu durum, çevre sürtünmesinin önemli ölçüde azalmasına
neden olabilir.
Zemindeki blok ve taşlar balta tabir edilen demir bir tokmağın
düşürülebilmesi ile kırılabilir. Deliğin açılması sırasında, rotari sondaj
ekipmanları, darbeli sondaj ekipmanları, burgular, kovalı sistemler
kullanılabilir. Bazı özel makineler, muhafaza borusunu titreştirerek
zemine sokar, veya zeminden çekerler. Bu makinelerle büyük çaplı
kazıklar oluşturulmaktadır. Bu titreşimler, zeminle boru arasındaki
sürtünmeyi azaltırlar.
Deliğin betonlanması sırasında, delik içine dökülen beton tokmaklanır
ve boru bu esnada dışarı çekilir. Titreşimli muhafaza borusu kullanıldığı
hallerde ise, boruyu çekmek ve aynı zamanda betonu sıkıştırmak için
basınçlı hava kullanılır.
Diğer bir betonlama usulü de demir teçhizat deliğe indirildikten sonra
bir enjeksiyon borusu ile basınçlı beton basılarak deliğin betonla
doldurulmasıdır. Genellikle demir teçhizatın iç çapı 60 cm. den küçük
ise bazen delik ağzından beton dökme uygulanabilirse de bu metot tercih
edilir.
Betonun delik ağzından dökülmesi sırasında katiyen bir beton yerden
doğrudan doğruya veya kürekle beton dökme yoluna gidilmez. Çünkü,
bu taktirde delik kenarlarına çarpan beton, toprakla karışarak özelliği
bozulur, veya demir teçhizata çarparak ayrışır. Beton, delik ağzından,
tam delik ortasına yerleştirilecek özel kovalar (bena) vasıtası ile
dökülebilir. Ancak bu işlem ara vermeden ve bir seferde yapılmalıdır. Su
altında beton dökerken, ya delikte hiç su olmamalıdır veya bu temin
edilemiyor ise delik ağzına kadar su ile veya betonit çamuru ile
doldurularak delik dibinden başlayarak betonlama yapılmalıdır. Alman
şartnamesi, fore kazıklarda kullanılacak betonun en az 350 kg dozda
olmasını ve B225 kalitesini sağlamasını şart koşmuş olup, su ağırlığı /
çimento ağırlığı oranını 0,6 olarak vermiştir. Bu şartnameye göre ilk 35
kazık için kalite kontrolü için 6 adet beton deney küpü alınır. Bunların
üçü 7 gün, diğer üçü 28 gün sonra kırılır.
3.2.3. Çelik Kazıklar
Çelik kazıkların kesiti H veya I profili şeklinde, veya dairesel olabilir.
Dairesel kesitli, yani boru şeklinde olanların uçları kapalı veya yarık
olabilir ve genellikle içleri betonlanır. Çakma sırasında uçları takviye
edilir. Uzatmak için perçin, bulon veya kaynak yapılır. Bu kazıklar
yüksek yük taşıma kapasitesine sahip uç kazıkları olarak
kullanılabilirler. Ancak, yer altı suyunun zararlı madde ihtiva etmesi
halinde, deniz içinde çabuk çürürler. Kumlu zeminlerde de ömürleri
uzun olmayabilir. Sert ve katı killerde ***** oksijen bulunmadığı için
uzun müddet kalabilirler. Bu kazıkları dış etkilere karşı korumak için
dışları bitümlü maddelerle kaplanabilir, katodik koruma yapılabilir veya
beton gömlek içine alınabilir.
3.2.4. Kompozit Kazıklar
Kompozit kazıklar birden fazla farklı malzeme kullanılarak yapılan
kazıklardır. Bu tip kazıkların genellikle alt kısmı ahşap, üst kısmı beton
veya çelikten oluşan kazıklardır. Ahşap kısım çürümeye maruz
kalmayacağı derinliklere (mesela yer altı seviyesinin tamamen altına)
kadar çakılır. Sonra üst kısım beton olarak, şartlara göre gereğinde
kaplama dolgusu yerinde bırakılarak, teşkil olunur. Bu tip kazıklar çok
yaygın olmayıp, daha çok özel durumlarda kullanılırlar.
3.2.5. Özel Kazıklar
Son senelerde çeşitli amaçlar için mini kazık tabir edilen özel kazıklar
kullanılmaya başlanmıştır. Mini kazıklar, 10 – 25 cm çapında olup, foraj
yolu ile aşılan deliğin basınç altında (gereğinde demir teçhizat de
konarak) betonlanması ile oluşturulurlar. Mini kazıkların taşıma gücü
yüksek olabilmektedir. Mesela, 25 cm çaplı bir kazık 10 ton (1000 kN)
basınç yükü taşıyabilir. Ancak bu kazıkların moment taşıma kapasiteleri
sınırlıdır.
Öte yandan zemin çivilemesi (soil nailing) denen nispeten yeni bir
uygulamada ise genellikle tabii zemine çakarak, delik açarak veya
titreşimle yerleştirilen çelik donatılarla zeminin özelliklerinin
iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Donatının bir delik içine yerleştirilmesi
halinde bu delik betonlanabilir. 4 – 5 cm. olan bu deliklere bazen delikli
bir boru sokularak beton bu boru içine basılır. Delikli boru da zemin
içinde kalır. Donatılarla (çivilerle) zeminin etkileşimi oldukça karışıktır.
Ancak tecrübeler, çivilenmiş zeminlerin monolitik bir blok gibi
davrandığını göstermektedir. Zemin çivilemesi bilhassa şev ve kazıların
stabilitesini artırmak ve mevcut yapıları takviye etmede uygulama alanı
bulmuştur.
Kum kazıklar:
Kum kazıklar, fore kazık, veya çakma kazık tekniği ile imal edilen,
ancak demir ve betonun kullanılmadığı tipte kazıklar olup, daha çok
zemin ıslahında kullanılmaktadır. Yumuşak killerde 70 – 80 cm çaplı, 2
– 3 m. Aralıklı yerleştirilen kazıklar hem zemin taşıma gücünü
artırmakta hem de oturmaları azalmaktadır. Kazıkta kullanılacak
granüler malzemenin içine kil tanelerinin girerek özelliğini bozmaması
için dane dağılımı ayarlanmalıdır. Bu kazıklar gevşek kumlu zeminlerin
sıkılığını artırmada da kullanılabilir.
Kireç kazıklar:
Kireç, yumuşak killerin su muhtevasını hidratasyon yolu ile azaltıcı,
plastik indisini düşürücü, kil danelerinin flokülasyonuna yol açan
özelliklere sahiptir. Bu özellikleri nedeni ile, killi zeminlerin
stabilizasyonunda önceden beri kullanılmışlardır. Kireç kazıklar da
benzer etkileri ile bu zeminlerin özelliklerini iyileştirmede, sınırlı da
olsa, uygulama alanı bulunmaktadır.