temel İnşaatı 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.
GĐRĐŞ
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.ZEMĐN MEKANĐĞĐ VE TEMEL ĐNŞAATI B ĐLGĐLERĐ
1.1 GENEL BĐLGĐLER
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 ZEMĐN MEKANĐĞĐ BĐLGĐLERĐ
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 ZEMĐNĐNĐN TANIMI VE JEOLOJĐK 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 ZEMĐN TÜRLERĐNĐN 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) Đri daneli, kohezyonsuz zeminler (kum, çakıl gibi)
b) Đnce 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.Đ.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 basitleştirilmi ş 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 DANELĐ) ZEMĐNLER:
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) ZEM ĐNLER:
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) ORGANĐK ZEMĐNLER:
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. Đki 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 ZEMĐN TÜRLRĐNĐN ÖZELLĐKLERĐ
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 Đndeks 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 Đngiliz
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,
Đngiliz 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. Đnce Daneli Zeminlerde Plastisite
Đnce daneli zeminlerin mühendislik özellikleri gradasyona bağlı olmamakta ve
içerdiği killi minerallerine bağlı olarak ortaya çıkan plastisite özellikleri önem
kazanmaktadır. Đnce daneli zeminler su muhtevalarına bağlı olarak katı, yarı katı,
plastik ve sıvı kıvamda olabilir. Đnce 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
Đfadesi 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
Đlk harf Đkinci 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)
Đnce 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 Đlişkileri
Zemini üç fazını teşkil eden unsurların arasındaki ilişkiler blok diyagramı
kullanılarak verilebilir.
Şekil 1.3 Zeminlerde daneler, su ve havanın hacim kütle ve ağırlık ili şkilerini
gösteren blok diyagramı
1.2.3.5.1. Hacimle Đlgili Đlişkiler
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 Đlişkiler
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 ili şkileri 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 Đfadeleri
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 Đfadeleri
Gs + Se Gs + e
γ = ----------- . γw γd = ---------- .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 Đndeks 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 KĐL
Boşluk oranı düşük Boşluk oranı yüksek
Kuru olunca kohezyonsuz Su muhtevasına bağlı olarak
yüksek kohezyonlu
Đçsel sürtünme yüksek Đçsel 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 Đndisi 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 Đndisi
Şişme Potansiyeli Plastisite Đndisi
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 ZEMĐNLERĐN KOMPRESSĐBĐLĐTE-KONSOLĐDASYON
ve
KAYMA DAYANIMI ÖZELL ĐKLERĐ
1.3.1 EFEKTĐF GERĐLME 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 değişikli ği
doğurmaya çalışır.suya doygun ve geçirgenliği düşük killi zeminlerde , su
sıkışabilir bir malzeme olmadığından ve boşluklardaki su hızla dışarı
çıkmayacağı için hacim değişikli ği hemen meydana gelmez. Bu boşluk suyu
basıncının geçici olarak , ∆u kadar artmasına sebep olur ve efektif gerilmede
hemen bir artış almaz. (örneğin toplam düşey gerilmede meydana gelen artış ∆σ,
tek yönlü sıkışma – konsolide şartlarında ∆u = ∆σ 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 (∆u <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 ZEMĐNLERĐN KOMPRESSĐBĐLĐTE VE KONSOLĐDASYONU
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 değişikli ği 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:
∆V ∆H ∆e
------ = ------ = ---------
Vo Ho 1 + eo
Burada Vo, Ho ve eo sırası ile başlangıçtaki hacim, kalınlık ve boşluk oranı
değerlerini, ∆V, ∆H ve ∆e 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 = ∆H
deney başlangıcındaki boşluk oranı = eo = e1 + ∆e
“Denklem (1)” deki bağıntı,
∆e 1 + eo 1 + (e1 + ∆e)
------- = --------- = -----------------
∆H Ho Ho
yazılarak ∆e 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 ∆e 1 (eo – e1)
mv = --------- -------- = ---------- ----------------
1 + eo ∆σ’ 1 + eo (σ1’ – σo’)
2) Sıkışma indisi Cc , e - logσ’ diyagramının lineer kısmının (bakir
konsolidasyon eğrisinin) eğimidir ve birimsizdir.
∆e eo – e1
Cc = ----------- = ----------------
∆log 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 :
∆e
Sc = ∆H = H ---------
1 + eo
Burada, ∆e, mv cinsinden ifade olunabilir. O taktirde,
Sc = H . mv . ∆σ’
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 ∆σ’ ‘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 değişikli ği 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 değişikli ğine 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
rijitli ği, 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 ZEMĐNLERĐN KAYMA DAYANIMI VE STAB ĐLĐTE ANALĐZĐ
YÖNTEMLERĐ
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, ∆u3, aşağıdaki ifade ile
verilir :
∆u3 = B . ∆σ3
burada “B boşluk suyu basıncı katsayısı” suya doygun zeminler için 1’dir, ve
kısmen suya doygun zeminlerde B<1’dir.
Büyük asal gerilme ∆σ1 kadar arttırılırsa,
∆u1 = AB ∆σ1
olarak ifade edilir. Burada AB, Ā olarak da yazılabilir. Suya doygun zeminlerde
B = 1 olduğundan,
∆u1 = A ∆σ1
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 ∆u aşağıdaki ifade ile verilir :
∆u = ∆u3 + ∆u1
= B [∆σ3 + A (∆σ1 - ∆σ3 )]
bu denklem düzenlenirse,
∆u ∆σ3
------ = B [ 1 – (1 – A) (1 – ------)]
∆σ1 ∆σ1
veya
∆u _
------ = B
∆σ1
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 TĐPLERĐ
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 TEMELLERĐN YAPIMVE PROJELENDĐRĐLMESĐNDE 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 DERĐNLĐĞĐ SEÇĐMĐNDE DĐKKAT EDĐLECEK
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 ZEMĐN EMNĐYET GERĐLMESĐ 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 ZEMĐN EMNĐYET GERĐLMESĐ
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 = Đçsel 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 STATĐK 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
∆H = ------------- (7)
(0,41)N
ifadesidir.
Burada qu (kN / m2) olarak gerilme, N = SPT değeri ∆H (mm) olarak oturmadır.
Buradan qu = (0,41 (N) (∆H) ..... (8)
ifadesi yazılabilir. ∆H 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 TĐPLERĐ
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 RADYELERĐN TAŞIMA GÜÇLERĐ
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 BĐR 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 TEMELLERĐN GENEL ÖZELLĐKLERĐ
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.
Đkinci 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 ili şkisi
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 TĐPLERĐ
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 Đstanbul’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)
Đçindeki 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
Đstenilen 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. Đri 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)Đcabında 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.