Construction Details and Performance of Piled Raft Foundation

Transkript

1 Afyon Kocatepe Üniveritei Fen ve Mühendilik Bilimleri Dergii Afyon Kocatepe Univerity Journal of Science and Engineering AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) Özel Say (24 30) AKU J. Sci. Eng.16 (2016) Özel Say (24 30) Kazkl Radye Temel Uygulama ve Performan Ali Ergün 1 1 Afyon Kocatepe Üniveritei, Mühendilik Fakültei, İnşaat Mühendiliği Bölümü, Afyonkarahiar. e pota: aergun@aku.edu.tr Anahtar kelimeler Kazkl radye temel; temel taarm ilkeleri; uygulama detaylar; kazk performan. Özet Yapal güvenliği ağlanmş olan üt yap taşyc itemlerin zaman içeriinde güvenliği ve kullanailirliği zemin koşullarna ve temel itemine ağldr. Bu çalşmada, Afyonkarahiar İl merkezinde konut amaçl ina için taarlanmş kazkl radye temel iteminin uygulama detaylar incelenmiş ve uygulama onra performan değerlendirilmiştir. İncelenen projede kazkl radye temel iteminin taarmnn, aitleştirilmiş kazkl radye heana göre değerlendirilmei yaplmştr. Kazklarn ve radye temel iteminin uygulama detay aşamalar verilerek, taarm aşamanda itenilen yük taşma kapaitei ve oturma miktarlarnn, kazklarn imalat onra yerinde yaplan kazk yükleme deneyi ile performan düzeyi araştrlmştr. Uygulama gerçekleşen gerçek ir kazkl radye temel iteminin detaylarnn ve performannn ortaya konulma, taarmc ve uygulayc mühendiler için yol göterici aha deneyleri ve onuçlar olacaktr. Contruction Detail and Performance of Piled Raft Foundation Keyword Piled raft foundation; Deign fundamental; Contruction detail; Performance of pile. Atract Safety and uaility of the earing ytem of upertructure with tructural afety in the coure of time i dependent on foundation ytem and ground condition. In thi tudy, contruction detail of piled raft foundation ytem deigned for reidential uilding in Afyonkarahiar City center are invetigated and pot contruction performance i evaluated. In the invetigated project deign of piled raft foundation i evaluated according to implified piled raft calculation. Contruction detail tage of pile and raft foundation ytem are provided and the performance level of requeted load carrying capacity and ettlement of the raft foundation and pile at deign phae are invetigated y on ite pile loading tet conducted after contruction of pile. The explication and illutration of piled raft foundation ytem performance and contruction detail will e a guide aout how to evaluate on ite tet and their reult for the deigner and field engineer. Afyon Kocatepe Üniveritei 1. Giriş Binalarn temel iteminin oturduğu zeminler, yap yüklerini göçmeden veya aşr oturmalar yapmakzn taşyailecek ir yüzeyel temel teşkiline uygun olmadğ durumlarda derin temel itemleri tercih edilir. Kazkl temeller, yap yüklerini zeminin derin taakalarna taştmak amacyla kullanlan ir çeşit derin temel türüdür. Bu temeller, yüzeyel temellerin derinlik akmndan ekonomik olmadğ, yüzeye yakn zemin taakalarnn düşük taşma gücü nedeni ile yüzeyel temel uygulamann mümkün olmadğ, inşa edilecek yaplarn oturmaya haa olduğu, üt yapdan temellere üyük yatay yük etkidiği veya vlaşma potaniyeli ulunan durumlarda uygulama alan ulurlar. Kazkl temellerin taarmnda, göçmeye karş yeterli güvenlik ulunmal ve işletme yükleri altnda meydana geleilecek oturmalar kaul edileilir nrlar içeriinde kalmaldr. Kazk taarmnn haaiyeti, zemin incelemelerinin doğru ve yeterli olmana ağldr. Zemin incelemelerinin neleri içermei gerektiği, hangi derinliğe kadar ondaj yaplacağ, hangi arazi ve laoratuvar deneylerine gerekinim duyulacağ, çalşmalarn aşlangç aşamanda zemin konuunda uzman ir inşaat mühendii tarafndan elirlenmeli ve programlanmaldr. Kullanm amaçlarna göre uç kazğ, ürtünme kazğ, çekme kazğ ve kştrma kazğ gii farkl tipte kazk türleri vardr. Kazklar imal edildikleri

2 Kazkl Radye Temel Uygulama ve Performan, Ergün. malzemeye göre ahşap kazklar, çelik kazklar, etonarme kazklar ve karma kazklar şeklinde çeşitlere ayrlrlar. Betonarme uç ve ürtünme kazklar, açlan ilindirik ir çukur içeriine konulan donatlarn etonlanma uretiyle elde edilirler ve kaca ondaj kazğ veya fore kazk olarak adlandrlrlar (Toğrol ve Tan 2009). Taarm yaplan ve uygulanan kazklarn zemin içeriindeki elirizliklere göre performannn elirlenmeine yönelik ahada deneyler yaplma gerekir. Bu amaçla en gerçekçi ve uygulanailir yöntemlerin aşnda tatik kazk yükleme deneyleri gelir. Statik kazk yükleme deneyleri, kazklarn elirli zaman aralklarnda yüklenerek u yüklerin neden olduğu deplaman değerlerinin ölçüldüğü deneylerdir. Bu çalşmada, Afyonkarahiar İl merkezinde ilk defa, konut amaçl taarlanmş inann kazkl radye temel iteminin uygulama detaylar incelenmiş ve uygulama onra performan değerlendirilmiştir. İncelenen inann ulunduğu parelin imar durumu, 4 kat ve taan alan katay (TASK) 0.3'dür. Bu alanda çağdaş ir yaşam merkezi projelendirilmei amacyla, ilgili parel adanda taan alan katayn (TASK) 0.30'dan daha düşük alnma, loklar ara oşluklarn artrlma, inalarn cephe aydnlklarnn ağlanma ve yeterli ahçe alanlarnn oluşturulma için katlar ara kullanm alan(kaks) korunarak 7 kata çkartlma ile ilgili imar izni değişiklikleri İdare tarafndan yaplmştr. Bu değişiklikte kat artrmna ağl olarak inşa edilecek yapnn temel iteminin üt yap yüklerini yeterli güvenlik içeriinde mevcut zemine aktarma için gerekli teknik özelliklerin ağlanma ön koşul olarak verilmiştir. Bu kapamda, parel üzerinde yaplan ondajl zemin etüt raporuna göre zeminin taşma gücü yeteriz, oturmalar izin verilen nrlarn üzerinde çkmştr. Yeteriz zemin şartlarnn iyileştirilmeine yönelik zemin iyileştirme çalşmalarnn yaplma kaçnlmaz olmuştur. 7 normal kat ve odrum kat ulunan inada radye temel itemi altnda zemin taşma gücünü artrmak ve ola oturmalar azaltmak için fore kazklar kullanlarak kazkl radye temel itemi taarm gerekli hale gelmiştir. Kazkl radye temel itemi, yüzeyel temel itemi olan radye (plak) temel ile derin temel itemi olan kazk temel iteminin irleştirilmei ile oluşmaktadr. Kazkl radye temel iteminin klaik yöntemlerle heaplanmanda yap yükünün tamamnn kazklar tarafndan taşndğ kaul edilir. Oyaki; radye temelin yüzeye tema ettiği durumda yap yükü radye ve kazk gruu aranda paylaşlarak zemine aktarlr. Bu davranş içimi temel taarmnda dikkate alnra daha ekonomik çözümler elde edileilir. Ekonomik çözümler, Ülkemizde fazla uygulama alan ulmayan zemin iyileştirme yöntemlerinin yaygnlaşmana katklar ağlayailir (Gök ve Toğrol 2009). Bu çalşmada, incelenen projede kazkl radye temel iteminin taarmnn, klaik yöntemlerle heaplanma ile Gök ve Toğrol (2009) tarafndan önerilen aitleştirilmiş kazkl radye heana göre ayrca değerlendirilmei yaplmştr. Kazklarn ve radye temel iteminin uygulama detay aşamalar verilerek, inşa teknikleri anlatlmştr. Taarm aşamanda itenilen yük taşma kapaitei ve oturma miktarlarnn, kazklarn imalat onra yerinde yaplan kazk yükleme deneyi ile gerçekleşip gerçekleşmediğini elirleyen performan düzeyi araştrlmştr. Uygulama yaplan gerçek ir kazkl radye temel iteminin detaylarnn ve una ağl performannn ortaya konulma, taarmc ve uygulayc mühendiler için yol göterici aha deneyleri ve onuçlar olacaktr. 2. İncelenen Binann Özellikleri Afyonkarahiar İl merkezinde konut amaçl taarlanan ve temel itemi olarak kazkl radye temel uygulama yaplan inann taşyc item modeli Şekil 1'de verilmiştir. Derinlikleri m aranda değişen ondaj çalşmalar onranda, zemin profili, m düşük plaiteli kil (CL), m yükek plaiteli kil (CH), m iltli kum (SM) ve m düşük plaiteli kil (CL) den oluşmaktadr. Zemin ortalama doğal irim hacim ağrlğ =1.87 ton/m 3 ve c=5.25 ton/m 2 dir. Yeralt u eviyei 5 m. dir Deprem Bölgelerinde Yaplacak Binalar Hakknda Yönetmelik (DBYBHY 07) için gerekli olan zemin AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 25

3 Kazkl Radye Temel Uygulama ve Performan, Ergün. parametreleri ie; zemin gruu D, yerel zemin nf Z4, zemin emniyet gerilmei zem = 9.0 ton/m 2 ve yatak katay K o = 1080 t/m 3 dür. Bina, odrum + 7 normal kattan oluşan, kat alan 425 m 2 olan perde + çerçeveli ir taşyc itemli ir yapdr. Binann ağrlğ, zati yükten N G = 5050 ton, hareketli yükten N Q = 970 ton olmak üzere toplam N = 6020 tondur. Şekil 1.İncelenen inann 3D görüntüü q v v xk x tan x (2) q v xn xn (3) q ağntlar ile heaplanr. Burada, Q F kazğn nihai taşma gücü, Q uç direnci, Q toplam çevre ürtünmei, q kazk ucunun oturduğu zeminin irim alanna gelen taşma gücü, q kazk irim çevre alanna etkiyen ürtünme gerilmei, A kazk uç keit alan, A kazk toplam çevre alandr. v düşey efektif zemin gerilmei, değişken zemin profili ve u eviyei dikkate alnarak 17 m oyunca heaplanarak 0 5 m ara v = 9.4 t/m 2, 5 10 m ara v = 13.6 t/m 2, m ara v = 17.9 t/m 2, m ara v = 19.6 t/m 2 ulunmuştur. = (1 in )xtan = (1 in7)xtan7 = alnr ve N c taşma gücü faktörü (kazk taşyc taaka ütüne oturmuş N c = 6.5), u kazk ucunun girdiği zeminin drenajz kayma mukavemeti ( u = c u = 5.25 t/m 2 ) dir. u c Radye temel alan 585 m 2 dir. Ortalama zemin gerilmei t/m 2 ve temel plan ve oykeit detaylar Şekil 2'de verilen kazk gruunda, 65 cm çapnda 17 m uzunluğunda 68 adet fore kazk mevcuttur. Ortalama kazk yükü ie 88.5 ton/adet olarak heaplanmştr. Kazkl radye heanda kullanlmakta olan farkl yöntemler ulunmaktadr (Poulo, 2001). Klaik yöntemlerde kazkl temel hea, yap yükünün tamamen kazklar tarafndan taşndğ kaulüne göre yaplmana karşlk, yap yükünün radye ve kazk gruu aranda paylaşlarak zemine aktarldğn dikkate alan yaklaşmlar da vardr. İncelenen projede yap yükünün tamamnn kazk gruu tarafndan taşndğ ealarna göre heap yaplmştr. Killi zeminler içindeki kazklar için taşma gücü (Toğrol ve Tan 2009); Q F Q Q q xa q xa (1) Şekil. 2. Fore kazk yerleşimi ve oykeiti = (1 in )xtan = (1 in7)xtan7 = alnr ve N c taşma gücü faktörü (kazk taşyc taaka ütüne oturmuş N c = 6.5), u kazk ucunun girdiği zeminin drenajz kayma mukavemeti ( u = c u = 5.25 t/m 2 ) dir. AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 26

4 Kazkl Radye Temel Uygulama ve Performan, Ergün. q (9.4x5 13.6x5 17.9x5 19.6x2)x (4) f = t/m q 6.5x t/m 2 (5) koruyucu şap dökümü onra radye temel donatlar hazrlanmştr. Radye temel donatlar ile fore kazk aşlk donatlarnn kenetlenmei ağlanmştr (Şekil 6). Q F 2 x0.65 x0.65x26.25 x t/adet (6) Kazk ay n = adet (7) İncelenen projede yap yükünün kazklar tarafndan taşnma durumunda 49 adetten oluşan kazk gruuna ihtiyaç vardr. Taarmda imetrik yerleşime uygun olma akmndan 68 adet fore kazk yaplma uygun görülmüştür. Bu durumda, ir fore kazğa düşen yük taşma kapaitei ie 88.5 ton'dur. Projede depremden meydana gelen devirici momentler 6752 tonxm'dir. Kazk gruu yerleşimine ağl olarak devirici momentlerin kazk gruunun oluşturduğu çekme anç kuvvet çifti yaklaşm ile ir kazğa depremden dolay gelen normal kuvvetler ortalama 20 ton eviyelerinde olmaktadr. Depremli durumda ie yük taşma kapaitei ton olacaktr. Şekil 3.Fore kazk ondaj 3. Kazkl Temel Uygulama Detaylar Afyonkarahiar İl merkezinde yukarda taarm ilkeleri verilen S.S. Afyon Akademi Kooperatifi tarafndan yaptrlan konutlarn kazkl radye temel uygulama ve detaylar aşamalar aşağda verilmiştir. 1. Fore kazk ondaj yaplma (Şekil 3). 2. Açlan fore kazk çukuruna donat yerleştirilmei (Şekil 4). 3. Donat yerleştirilen fore kazk içeriine tremi yöntemi kullanlarak etonlarn dökülmei (Şekil 5). 4. Fore kazk imalatlar tamamlandktan onra kazk aşlarnn üt ölümünde mukavemeti düşük olan eton kmlar krlarak kazk aşlar düzeltilmiştir. Düzeltilen kazk aşlar onra, radye temel imalat için zemin hazrlanmştr. Öncelikle tailize malzeme erilerek zemin düzeltmei yaplmş, groeton dökümü ile u yaltm malzemei erilmei için altlk oluşturulmuştur. Yaltm üzerine Şekil 4..Fore kazk donat yerleşimi AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 27

5 Kazkl Radye Temel Uygulama ve Performan, Ergün. üzere % civarnda olaileceği ortaya Şekil 5..Fore kazk eton dökümü 4. Baitleştirilmiş Kazkl Radye Temel Hea Kazkl radye temel, radye (veya kazk aşlğ) ve kazklardan oluşan iki itemin irleştirilmei ile oluşmaktadr. Gök ve Toğrol, (2009) tarafndan önerilen heap yönteminde, yap yükünün radye ve kazklar tarafndan paylaşlarak taşnacağ kaul edilerek yük paylaşm oranna göre radyenin ve kazk gruunun oturmalar heaplanmaktadr. Bu yöntemde, önce radye kendi aşna (Q kazk /Q toplam =0) ele alnr ve tema ettiği zeminin özelliklerine ağl olarak ne kadar oturacağ heaplanr. Sonra, radyenin zemine tema etmediği, yükün tamamen kazklar tarafndan taşndğ kaul edilerek (Q kazk /Q toplam =1), kazk gruunun ne kadar oturacağ heaplanr. Heaa yükün farkl oranlarda radye ve kazk gruu tarafndan taşnma hallerinde, radyenin ve kazk gruunun oturma ayr ayr heaplanarak devam edilir. Çeşitli Q kazk /Q toplam oranlar için elde edilen oturmalar karşlaştrlarak, radye ve kazk gruunun oturmalarnn eşit olduğu paylaşm oran elirlenir (Gök ve Toğrol 2009). Yaplan örnek çalşmalarda, yük paylaşm oran zemin cini, kazk çap ve oyu ile ilişkili olmak Şekil 6. Kazkl radye temeli hazrlanş çkmaktadr. İncelenen projede, aitleştirilmiş heaa göre paylaşm orannn % 25 merteeinde olduğu kaulü ile kazk gruundan itenilen taşma kapaitei düşey yük durumunda 0.75x6020 = 4515 ton eviyelerinde olacaktr. Bu durumda, ir fore kazğa düşen yük taşma kapaitei ie 67 ton'dur. Depremli durumda ie yük taşma kapaitei 87 ton AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 28

6 Kazkl Radye Temel Uygulama ve Performan, Ergün. olacaktr. 5. Kazk Yükleme Deneyi Kazkl temellerin taarm, kazk zemin etkileşimini içeren deneyel ve kmi teorik analiz içeren ampirik ağntlara dayandrlarak yaplr. Taarmda kullanlan verilerdeki elirizlikler ve taarm yöntemlerinin haaiyetinin itenen düzeyde olmama, kazkl temel taarmnn arazi deneyleriyle doğrulanman zorunlu klmaktadr (Çiftçi, 2010). Kazk kapaitei ve ağlamlğnn elirlenmeine yönelik deney yöntemlerinden en güvenilir olan tatik kazk yükleme deneyidir. Bu deney tekniği kazğn elirli zaman aralğnda yüklenerek kazkta meydana gelen oturmalarn ölçülmei eana dayanr. İncelenen projede kazk gruu için gelişi güzel eçilen ir kazkta tatik anç yükleme deneyi yaplmştr. ASTM D 1123 (1994) de tanmlanan içimde fore kazk aşlarnda 1.0 m x 1.0 m üyüklüğünde eton yükleme anç loğu yaplarak tet düzeneği, Şekil 7'de verildiği şekliyle hazrlanmş ve onranda tatik yükleme yaplmştr. Deney anç yükü, yüklenen kazğa komşu 4 adet kazğ çekme kazğ olarak kullanan yükleme çerçevei araclğyla, lok üzerine yerleştirilen hidrolik piton tarafndan verilmiştir. Yük altnda kazkta meydana gelen düşey yer değiştirmeler, kazk aş çevreine yerleştiren deplaman ölçer aatlerle elirlenmiştir. Deney Şekil 7..Statik kazk yükleme deneyi Şekil 8. Yük oturma grafiği Birinci yüklemede 120 tonluk anç yükü altnda oluşan oturma 1.84 mm, kalc oturma ie 0.64 mm dir. İkinci yüklemede 180 tonluk yüklemeye karşlk 5.00 mm oturma oluşmuş yük oşaltldktan onra kalc otuma miktar 2.35 mm olarak ölçülmüştür. Kazklarda kazk çapnn(d) %2.5 D kadar kalc oturma meydana getiren yük, kazk için nr yük kaul edilir. Burada incelenen kazğn çap 650 mm olduğundan kazklar için mm ye kadar nihai kalc oturmalara izin verilmektedir. Yükleme deneyinde u kalc oturmaya kadar yükleme yaplmamş, u miktarn ie grafik eğiliminden 350 ton civarnda olaileceği tahmin edilmiştir. Projede kullanlan kazkl temel iteminde düşey yükler altnda yükün tamamen kazklar tarafndan taşndğ heap yöntemine göre güvenlik kataynn yaklaşk 4 olduğu, aitleştirilmiş yöntem kullanlarak Q kazk /Q toplam = 0.75 oran kaulü durumunda ie güvenlik kataynn yaklaşk 5.2 olduğu elirlenmiştir. 6. Sonuçlar ve Öneriler onuçlarna göre ortaya çkan yük oturma grafiği Şekil 8'de verilmiştir. Bu çalşmada uygulama gerçekleşen gerçek ir kazkl radye temel iteminin uygulama detay aşamalar verilerek, taarm kriterleri ile yerinde yaplan yükleme deneyi ile kazklarn performan düzeyi karşlaştrlmştr. İnceleme onuçlarna göre aşağda elirtilen onuçlar çkartlailir; 1.) Kazkl radye taarmnda yap yükünün radye ve AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 29

7 Kazkl Radye Temel Uygulama ve Performan, Ergün. kazklar tarafndan paylaşlarak taşnacağ kaulü ile daha ekonomik kazk modellemei yaplailir. 2.) İyi ir projelendirme ve taarm yaplmş ve yüklerin tamamen kazklar tarafndan taşndğ fore kazk imalat onranda, düşey yük durumunda gerçekleşen güvenlik katay 4, depremli durumda 3.2 merteeinde çkailmektedir. 3.) Zemin iyileştirme gerektiren temel itemlerinde, hem ekenel yüklerin iletilerek taşnailme hem de keme kuvveti taşyailme kapaiteine ahip etonarme fore kazk uygulama diğer iyileştirme yöntemlerine göre daha yükek güvenlik götereilecektir. Kaynaklar Toğrol, E. ve Tan O., Kazkl Temeller. 142, ISBN Gök S., Toğrol E., Baitleştirilmiş kazkl radye hea. itüdergii/d mühendilik, cilt 8, ay 5, Poulo H.G., Piled Raft Foundation Deign and Application. Geotechnique, Vol. 50, (2): Düzceer İ. R., Kazk yükleme deneyleri ile nihai kazk taşma kapaiteinin elirlenmei üzerine ir çalşma. Yükek Lian Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Entitüü, İtanul, 371. Çiftçi, E.A., Türkiye de yetiştirilen az uğday çeşitlerinde genetik farkllklarn RAPD PCR yöntemi ile elirlenmei. Uludağ Üniveritei Fen Bilimleri Entitüü, Bura, 118. ASTM D , Standard tet method for pile under tatic axial compreive load, American National Standard Intitute, Philadelpia. AKÜ FEMÜBİD 16 (2016) 30