FORE KAZIKLARIN YATAY YATAK KATSAYISI İLE ÇÖZÜMÜ

Devrim ALKAYAPamukkale üniversitesi, Müh. Fakültesi,İnşaat Müh. Böl., Denizli

Özet: Kazı alanlarında, kazı çevresindeki yollarda ve diğer mevcut yapıların olası hasarını inşaat süresince önlemek, derin kazı gerektiren yapılar için dikey kazı sistemlerini destekleyen kazı oluşturmak gerekir. Bu çalışmada, derin kazılar destek sistemleri ve fore kazık ve bir ankrajlı destek sistemi incelenmiştir. İksa sistemlerini yatay yatak katsayısı ile çözen bir excel programı hazırlanmıştır. Program ile iksa sistemleri ankrajsız olarak çözülmüştür. Derin kazılarda kullanılan iksa sistemlerini hem güvenlilik sınırları içinde hem de en düşük maliyette hesaplamayı amaçlayan bir bilgisayar oluşturulmuştur.

Anahtar kelimeler: İksa, İksa tasarımı, Excelde iksa hesabı Structure of Excel with VBA

Design of Without Anchored Retaining with Horizontal Spring Coefficient

Abstract: It is required to build excavation supporting systems in excavation areas to prevent probable damage in roads and other existing structures around the excavation and to enable vertical excavation along the construction of structures requiring deep excavations. In this study, supporting systems of deep excavations are investigated and fore piles without anchoraged support system. An Excel program is organized to solve retaining systems without anchored retaining systems are solved with program .

Giriş: Derin kazılar günümüz modern şehirlerinin vazgeçilmez bir parçası haline gelmiştir. Yapıların inşa edilecek alanın hem çok sınırlı hem de çok değerli olması nedeniyle alanı en verimli şekilde kullanmak isteği doğmuştur. Bu istek sonucu sadece zemin seviyesinin üstü değil, altı da kullanıma açılmaya başlanmıştır. Artık ihtiyaç haline gelen derin kazıların tasarımı inşaat mühendislerini bu alanda ciddi çalışmalara yöneltmiş oldukça başarılı uygulamalar yapılmıştır. Bu çalışmaların, mühendislik açısından güvenlik koşulları önemli olduğu kadar maliyetleri de son derece önemli bir husustur. Derin kazılarda en önemli noktalardan bir tanesi kazı derinliği boyunca oluşacak basınç dağılımının tespitidir. Bu dağılım zeminin cinsine, su durumuna, yakın çevredeki bina, yol gibi dış etkenlerden gelen yüklere ve buna benzer bir çok faktöre bağlıdır. Geoteknik Mühendisliği alanında toprak basıncının dağılımı için geliştirilmiş bir çok yaklaşım mevcuttur. Kazı işlerinde kazı yüzeyinde oluşacak toprak basıncı dağılımını dengeleyebilmek için çeşitli iksa sistemleri tasarlayabilmek imkanı vardır. Çok derin olmayan kazılarda istinat duvarı gibi hem üretimi daha kolay hem de daha az maliyetli destekleme sistemleri kullanılırken derin bir kazıda bu ve buna benzer sistemler güvenlik ve maliyet açısından limit değerleri aşacaktır. Derin kazılarda oluşacak toprak basınçlarını dengelemek için iksa sistemleri geliştirilmiştir. Bunlardan en çok kullanıma sahip ankrajsız konsol olarak çalışan fore kazıklardır. İnşaat mühendisliğinde en önemli hususların başında güvenlik ve maliyet gelmektedir. Gereğinden fazla güvenli bir yapı ekonomik olmayacak, standartların altında ekonomik bir yapıda güvenli olmayacaktır. Bu nedenlerle inşaat mühendisleri hem en güvenli hem de en düşük maliyette tasarım yapmak zorundadırlar. Derin kazılarda kullanılan iksa sistemleri içinde aynı gereklilikler vardır. Bu

bildiri kapsamında bu gereklilikleri göz önünde bulundurarak derin kazılarda kullanılan iksa sistemlerini hem güvenlilik sınırları içinde hem de en düşük maliyette hesaplamayı amaçlayan bir bilgisayar program tanıtılmıştır. Program EXCEL ortamında hazırlanmış olup son derece yalın ve anlaşılması kolaydır. Bu bilgisayar programı kullanıcıya konsol çalışan fore kazıklarla çözüm üretebilme imkanı vermiştir.

Derin Kazılar Büyük şehirlerde artan nüfus yoğunluğunun sonucu olarak azalan kullanım sahaları

ve bu sahalara olan büyük talep, sahaların en iyi şekilde değerlendirilmesini gerektirmektedir.

Konut ve özellikle is merkezlerinin belirli alanlarda yoğunlaşması bu bölgelerdeki kullanım alanlarının değerlerinin yükselmesi ve bu alanların gittikçe azalması yüzünden eldeki alanın maksimum ölçüde kullanılması istenmektedir. Bunun sonucu olarak garaj, otopark, şehir içi karayolu ve yaya geçitleri, istasyon ve otogarlar yeraltında inşaa edilmektedir. Ayni zamanda inşaa edilecek yapıların, özellikle is merkezi, otel gibi yapıların servis, garaj ve depo v.b. genel kullanım bölümleri zemin altında tasarlanmaktadır.

Bütün bu problemlere çözüm getirmek amacıyla yeraltında yapılan inşaatlarda derin kazıların yapılması zorunlu hale gelmektedir. Bina ve diğer inşaat yapılarının tasarımının büyük bölümünün teknik elemanların kontrolünde olmasına rağmen, derin kazıların tasarımını kontrol eden en önemli faktör zemin özellikleridir. Zeminin her bölgede değişik özellikler göstermesi sebebiyle, derin kazı problemlerinin çözümü de zemin özelliklerine göre farklılıklar göstermektedir.

Destekleme SistemleriYapılacak derin kazılar için açılacak kazı hendeğinin desteklenmesi için oluşturulan

her tür yapı destekleme sistemini oluşturur. Derin bir kazı programının başarıya ulaşması için detaylı bir geoteknik araştırma, uygun ve güvenli bir destekleme sistemi seçilmesi, işin mümkün olan en kısa sürede bitirilmesi gerekmektedir. Destekleme sisteminin seçilmesinden önce yapılması gereken araştırmalar aşağıda açıklanmıştır.

Kazı sahasında detaylı bir geoteknik araştırma yapılmalıdır. Yapılacak sondaj lar uygun aralıkta seçilmeli ve kazı seviyesinin yeteri kadar altına inmelidir. Sondaj sonuçlarına göre kazı sahasının profillerinin aksonometrik tarzda gösteren bir panel diyagram hazırlanmalıdır.

*Ankrajlı destekleme sistemi uygulanması halinde ankraj köklerinin gelmesinin muhtemel olduğu bölgelerde eğer komşu yapılar mevcutsa eğimli, değilse düşey sondajlar yapılarak zemin profili ve özellikleri belirlenmelidir.

Kazı yapılacak alandaki zeminin özelliklerine ait daha önceden derlenmiş bilgiler mevcut değilse sondaj aralıklarının 20 m den fazla olmaması tavsiye edilmektedir.

Zemin profilinde rastlanan tabakalara ait geoteknik parametreler arazi ve laboratuar deneyleri ile belirlenmeli, eğer mümkünse ankraj köklerinin tespit edileceği yerlerde sürekli örselenmemiş numuneler alınmalıdır. Zemin kaya ise karot çapı 55mm.’den küçük olmamalı, maksimum TCR ve RQD değerleri verecek cinste karotiyer seçilmelidir.

* Kazı alanında varsa yeraltı suyunun seviyesi ve özellikleri, betona zararlı maddeler içerip içermediği araştırılmalı, inşaa süresince su pompajla çekilecekse debisi ve su taşıyan tabakalardaki basınçları belirlenmelidir.

* Komşu yapıların taşıyıcı sistemleri, yaşları, temel derinlikleri, komşu yapılarda müsaade edilen oturmalar bu yapıların projeleri incelenerek ve yerinde yapılan tespitlerle belirlenmelidir.

Ayrıca içme suyu, havagazı, elektrik, telefon ve kanalizasyon gibi şehir şebekelerinin yerleri ve derinlikleri tespit edilerek vaziyet planına işlenmelidir.

* Temel çukurunun boyutlarına ve uygulanacak inşaat hızına bağlı olarak kazı çukurunun açık kalacağı zaman ve mevsimler tahmin edilmelidir.

* Destekleme sistemleri geçici ve sürekli maksatlarla tasarlanabilir. Geçici maksatlı olanlar sadece kazı ve temel inşası süresince kazı duvarlarından gelecek basınçları karşılamak, sürekli alanlar ise yapının bir bölümünü oluşturmak üzere tasarlanırlar. 2 yıldan az süre yük taşıyacak sistemler geçici maksatlı kabul edilirler.

* Destekleme sistemine gelecek toprak basınçları, su basıncı, komşu yapılardan aktarılan yükler hesaplanmalıdır. Bu yükler altında sisteme etkiyecek kesit tesirleri ile meydana gelebilecek yatay deformasyonlar ve dönmeler hesaplanmalıdır. Destekleme sistemine ait elemanların seçiminde şu hususlar dikkate alınmalıdır;

a) Destekleme elemanları burulmaya ve aşırı deformasyona uğramadan toprak basıncı, su basıncı ve sürşarj etkilerini güvenle taşımalıdır.

b) Yatay destekler mümkün olduğu kadar seyrek konularak inşaat makinelerinin temel çukuru içinde rahat çalışabilmesi sağlanmalıdır. Ankrajlı bir destekleme sistemi seçilmesi halinde yüksek kapasiteli seyrek ankraj yerine, düşük kapasiteli sık ankraj kullanılması yoluna gidilmelidir.

c) Zemin yüzeyinde oturmalar istenmiyorsa destekleme sistemi ankrajlarla geriye bağlanmalı ve ankrajlara öngerme uygulanmalıdır.

d) Esas yapıya ait radye temeli ve bodrum katları yatay destek olarak kullanmanın mümkün olup olmadığı araştırılmalıdır.

Fore Kazıklar Kendini tutmayan zeminlerde geçici kılıf boru çakılır veya bentonit

solüsyonu kullanılır. Rotary ile foraj yapılır. Sert zeminlerde ayrıca tırpan veya kaşık kullanılır. Kuyu içine demir kafes yerleştirilir. Hazır beton tremie ile dökülür. Bentonit geri çekilir. Geçici kılıf boru vibro ile çekilir.

Şekil 1. Fore Kazık Yapım Aşamaları

Fore kazıklar, kazı derinliğinin çok fazla olmadığı durumlarda konsol olarak yanal yükleri taşıyabilirler. Bu tür iksa sistemlerinde, ankraj ve kuşak kirişi uygulamalarına gerek olmadığı için, projelere ekonomik çözümler sunulabilir.

DERİN KAZILARDA FORE KAZIK SİSTEMLERİN YATAY YATAK KATSAYISI YAKLAŞIMI İLE TABLOLAMA PROGRAMLARI KULLANILARAK (MS EXCEL) ÇÖZÜMÜ

Yatak katsayısı teorisinde zemin sıkılığı bir seri bağımsız elastik yay tarafından ifade edilmektedir. Yarı sonsuz elastik bir zemine yerlestirilen esnek bir kirismodellenmistir.

Bu sayede nispeten uzun ve bükülebilir elemanların (kazıklar vb.) davranıslarının incelenmesi mümkün olmustur. Elde edilen sonuçlara göre yatak katsayısı kabulünden elde edilen sonuçlardaki hatalar, elastik teoriye oranla yüzde olarak çok daha düsüktür. Bu yüzdendir ki yatak katsayısı teorisinin yatay yüklü kazıkların davranısının incelenmesinde önemli bir yeri vardır. Tomlinson (1994) tarafından yapılan arastırmada yatak katsayısına yüklü olan bölgenin büyüklüğünün etkisi arastırılmıstır.

Tomlinson (1994) tarafından asırı konsolide killer için önerilen kh değeri yaklasık 30 cm. boyutundaki kare plaka için 75 ila 300 kN/m3 ‘dür. Kumlar için nh değeri 4 ila 56kN/m3 olarak değismektedir. Bir çok zemin türü için değisik k değerleri bulunmaktadır. Belirli bir zemin içinyoğunluk arttıkça kh da artar. Tablo 1 de birçok yazar tarafından farklı zeminler için önerilen yatay yatak katsayısı değerleri bulunmaktadır. Prakash ve Kumar (1996), nh için Tablo 2’ deki değerleri önermislerdir.

Tablo 1: Farklı zeminler için önerilen yatay yatak katsayısı değerleri (Hsiung ve Chen,1997)

Tablo 2: Su altındaki kumlar için nh değerleri

Excel programının oluşturulması ve programın çalışma prensibi

Hazırlanan excel programa kullanıcının girmesi gereken veriler aşağıdadır.

-zemin birim hacim ağırlığı,-zemin Ø değeri,-H kazı derinliği,-Kazık çapları arası mesafe (merkezden merkeze)-Kazık çapı,-Q sürşarj yükü,-Kh yatak katsayısı

Şekil 2. Excel program Arayüzü Hesaplananar;

-D ankastre derinliği,-Mmax moment,-Ka ve Kp (aktif ve pasif toprak basıncı),-Toplam kazık boyu,-Kazık boyunca momentin derinlikle değişimini tablo ve grafik halinde verilmektedir.

Şekil 3 : Program Arayüzü

Şekil 4: Hesaplamada kullanılan katsayılar

SONUÇ: Yapılan arazi ve laboratuar deneylerine dayanılarak zemin özellikleri belirlenir ve destekleme sistemi seçilir. Destekleme sistemleri geçici veya kalıcı olabilmektedir. Geçici amaçlı destekleme sistemleri için ise en uygun görülen sistem birçok kere sökülüp yeniden kullanılabilen palplanş perdeler olmasına rağmen, çakma zorlukları ve şehir içerisindeki gürültü ve vibrasyon problemlerinden dolayı, şehir içerisindeki derin kazılarda çoğunlukla ankrajlı duvar ve kazıklı sistemli tercih edilmektedir. Çalışmada fore kazık aynı zemin koşullarında Rankine teorisine göre de çözülmüş sonuçlar karşılaştırılmıştır. Rankine teoremine göre çözüm için de MS Excel tablolama programı ile çözüm sayfası hazırlanmıştır. Problemim her iki yönteme göre çözüm sonrası benzer sonuçlar elde edilmiştir. Ankraj teknolojisinde ilerlemeler sonucu destekleme sistemleri, arkalarındaki zeminden gelen yüklerin büyük bir kısmını taşımak üzere ankrajlı olarak tasarlanmakta olup, desteklerin ankrajla geriye bağlanması her geçen gün daha da yaygınlaşmaktadır. Ankrajlı sistemlerin çözülmesi için çalışmalar devam etmektedir.

KAYNAKLAR 1. Birand, A. (2006) Duvarlar, Teknik Yayınevi, Ankara, 175 s. 2. Dumlu, M. (1988) Derin Kazılar ve Destekleme Yöntemleri, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 128 s. 3. Kumbasar, V., ve Kip, F. (1999) Zemin Mekaniği Problemleri, Çağlayan Basımevi, İstanbul, 671 s. 4. Sarıten, E., ve Akkaş, M (2007) Derin Kazılar ve Destekleme Yapıları, Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Denizli, 100 s. 5. Tanrıverdi, M. (1984) Zemine Ankastre Perde Duvarların Boyutlandırılması, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 72 s. 6. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı Web Site (2008). http://www.bayindirlik.gov.tr Erişim Tarihi: 23 Mayıs