Uygulamalar. Yumuşak Kil. Sıkı Kum. Sağlam Kaya. Çok büyük konsantre ağırlık. Büyük yayılı yük. Küçük yük

Transkript

1 DERİN TEMELLER

2 DERİN TEMELLER Üst yapı yüklerinin bir bölümü ya da tümünü zemin yüzünden daha derinlerdeki tabakalara aktaran (temel derinliği/temel genişliği oranı genellikle 4'den büyük olan) temel sistemleri derin temeller olarak adlandırılmaktadır. Derin temeller olarak kazıklı temeller, ayak/keson temeller ve derin kazı içine yerleştirilen yapı temelleri düşünülebilir.

3 Sağlam Kaya Uygulamalar Büyük yayılı yük Çok büyük konsantre ağırlık Küçük yük Yumuşak Kil Sıkı Kum

4 KAZIKLARIN KULLANILIMI a) Üsteki zemin tabakalarının üst yapı yükleri için yeterli taşıma güçlerinin olmayışı veya çok sıkışabilir nitelikleri nedeniyle yüklerin daha sağlam zemin veya kayaca aktarılma zorunluluğu doğabilir. Sağlam tabakanın çok derinde olması durumunda yükün büyük kesimi kazık çevresinden zemine aktarılacak şekilde düzenleme yapılabilir. b) Dayanma yapıları veya yüksek yapı temellerinde zemin, rüzgar ve deprem yükü gibi yanal etkilerinin karşılanması amacı ile düzenlenebilirler. c) Suyla ilişkiye geçtiğinde kabaran veya birden çökme gösteren zeminlerde üst yapı yüklerinin aktif zon diye tanımlanacak bir bölgenin dışına aktarmak gerekebilir. d) Kuleler, deniz platformları ve yeraltı suyu altındaki radyeler kaldırma kuvvetleri etkisindedirler. Bu kuvvetlerin karşılanmasında kazıklı temeller düzenlenebilir. e) Köprü kenar ve orta ayakları erozyon nedeniyle temel altının oyulmasına karşı kazıklı olarak düzenlenebilirler. f) Kazıklar bazı durumlarda zemin hareketini kontrol amacıyla kullanılabilir. g) Gevşek granüler zeminlerin sıkı hale getirilerek iyileştirilmesi amacıyla kullanılabilir.

5 KAZIKLARIN KULLANIMI Şekil 2. Kazıların kullanıldığı yerler

6 KAZIK TİPLERİ Malzemesine göre: Ahşap, beton, betonarme, öngermeli beton, çelik Yerleştirme biçimine göre Çakma kazık, delme kazık (fore kazık), vibrasyonlu, su jeti ile yerleştirilen kazık Yük aktarma biçimine göre Sürtünme kazıkları, uç kazıkları Zeminde yer değiştirme biçimine göre Çok yer değiştirenler : Ucu kapalı çakma boru Az yer değiştirenler: Ucu açık çakma boru, H Yer değiştirtmeyenler: Delme kazık

7 Kazık Tipi Seçimi En elverişli kazık tasarımında en elverişli çözüm için yapının yeri ve türü, zemin ve yeraltı suyu durumu, dayanıklılık ve genel maliyet göz önüne alınmalıdır. Bir kazık türünün birim fiyatının en ucuz olması, onun tüm tasarım için en ekonomik çözüm olacağı anlamına gelmeyebilir. Zira belirli koşullarda belirli bir deneyim kazanmış bir yapımcının deneyimsiz bir yapımcıya göre sonuçta daha az maliyet getireceği unutulmamalıdır. Malzeme seçimi yapılırken ahşap kazıkların özellikle yeraltı su seviyesi üzerinde çürüyebilecekleri, betonun tuz ve asitin olumsuz etkisinde olabileceği ve çelik kazıkların paslanabilecekleri düşünülmeli, gerekiyorsa önlem alınmalıdır.

8 Çakma Kazıklar Hazır beton çakma kazıklar belirlenmiş bir düzende çakılabilirler. Yumuşak kil, silt ve turbalık zeminde boğulma tehlikesi olmaksızın yerleştirilebilirler. Yeraltı suyunun varlığı kazık yapım işini etkilemezken, kazık malzemesinin kalitesi önceden denetlenebilir. Uzun boylarda çakılabilirler; deniz yapılarında su derinliğinin geçilmesi daha kolaydır. Bu olumlu yanlarının yanı sıra boylarının kolayca değiştirilemeyişi, büyük çaplarda ve sınırlı hacimlarda çakma zorlukları, çakma sırasında çevrede kabarma olasılığı ve gürültü, zor çakma koşullarında kazıkta hasar olasılığı ve taşınmaları sırasında doğacak etkileri karşılamak amacı ile belki de gereksiz donatı konulma zorunluluğu olumsuz yönleri olarak sayılabilir.

9 Fore Kazıklar Fore kazık diye de anılan zeminin kazıldıktan sonra betonlanması ile oluşturulan kazıklarda zeminde kabarma olmayışı, kazık boyunun koşullara göre kolayca ayarlanabilmesi, kazı sırasında zemin verilerinin doğrulanma olanağı olumlu yönleridir. Bu tür kazıkların yumuşak kayaç ve killi zeminde son bulan uçları özel aygıtlarla genişletilerek taşıma güçleri artırılabilir, uzun boylar ve geniş çaplar sınırlı kazık yapım yeri koşullarında gerçekleştirilebilir. Donatı taşınma ve çakma gerilmeleri tarafından belirlenmez. Bunların yanı sıra yumuşak zeminlerde boğulma olasılığı, su altında beton dökme zorlukları ve beton denetiminin az oluşu, foraj sırasında granüler zeminlerin gevşemesi, yumuşak kayaçların bozuşması olasılığı, özellikle kazık tabanı zemininde su akışı nedeni ile gevşeme ve kabarma olasılığı olumsuz ve özen gösterilmeyi gerektiren taraflarıdır.

10 DÜŞEY YÜK ETKİSİNDE TEK KAZIK DAVRANIŞI Şekil 3. Düşey yüklü bir kazıkta yük aktarma mekanizması Bir kazıktan zemine yük aktarılması oldukça karmaşıktır. Yükün zemine aktarılışı Şekil3 de şematik olarak gösterilmektedir. Kazığa etkiyen Q yükü çevrede Q 1 ve uçta taşınan Q 2 ile paylaşılacaktır. Kazık yükü artırılırsa kazığın çevre zeminine karşı göreceli olarak hareketi 5-10 mm'yi bulduğunda çevrede taşınabilecek yükün maksimumu mobilize olmuş olacaktır. Buna karşın tabanda taşınabilecek yükün maksimum değerine ulaşabilmesi için kazık tabanının, çakma kazıklarda çapın %10'u, fore kazıklarda %30'u kadar hareket etmesi gerekecektir (Şekil 4). Kazığa etkiyen düşey yükün göçme yükü Q u değerine ulaşması durumunda hem çevrede, hem uçta taşınabilecek maksimum yüklere ulaşılmış olacaktır. Daha büyük yüklerde zeminde kesme göçmesi meydana gelir.

11 Yük Mobilizasyon 2-5mm 10-20% çap Toplam Uç Çevre Oturma

12 Kazık taşıma gücü Q u = Q s + Q p Q u = Kazık nihai taşıma gücü Q s = Kazık çevre direnci Q p =Kazık uç direnci

13 P u Basınç kazığı W Q s Q u = Q b + Q s - W Q b

14 Çekme Kazığı T u - W = Q s,t < Q s,c P shaft,t

15 Kazık Taşıma Gücünün Bulunması Limit dengeyi esas alan statik formüller Amprik bağıntılar Dinamik çakma direnci formülleri Kazık yükleme deneyine dayanan analiz

16 Güvenli taşıma gücü Q a Q F u S Qa =güvenli (izin verilebilir) kazık taşıma gücü Fs=Güvenlik sayısı Kazık Taşıma Güçleri için Güvenlik Sayıları (AASHTO,1992) Kontrol ve Tahmin Artan Yapım Kontrolu Zemin İncelemesi Statik Analiz Çakma Eşitlikleri Dalga Yayılma Analizi Dinamik Ölçüm Yükleme Deneyi FS X X X X X - X X X - X X X X - X - X 2.00 X X - X X X 1.90

17 Kazık Uç Taşıma Gücü q p = c N * c + q N * q N c *, N q *, N γ * şekil ve derinlik faktörlerini içeren taşıma gücü katsayıları Granüler Zeminde Q q. A q. N. A p p p * q p =z c A p kazık ucu kesit alanı, q kazık ucu seviyesinde efektif düşey gerilme

18 Kazık Uç Taşıma Gücü Kohezyonlu zeminler : Q p = N * c c u A p = 9 c u A p CFEM Önerisi : B (m) Nc < > 6 AASHTO,(1992) : N c L 6.0(1 0.2 ) 9 B Ap=kazık ucunda enkesit alanı

19 Kazık çevre taşıma gücü Q s = p. L. f p kazık çevresi, f birim sürtünme direnci, L ise f ve p nin sabit alınabileceği kazık uzunluğu Granüler Zemin f Ks tan v Birim sürtünme için : K yanal itki katsayısı, s v herhangi bir derinlikte düşey efektif gerilme, ise kazık-zemin arasındaki sürtünme açısı

20 Kohezyonlu zeminlerde kazık çevre taşıma gücü 1) Yöntemi, Vijayvergia ve Focht (1972) f av = ( p v +2c u ) =kazık boyuna bağlı katsayı p v =kazık boyunca ortalama düşey efektif gerilme = ( L ) ) Yöntemi s f v K tan r r rezidüel içsel sürtünme açısı Normal konsolide killer K 1 sin r Aşırı konsolide killer K (1 sin ) r OCR

21 Kazık çevre taşıma gücü 3) Yöntemi f =.c u

22 Tek Kazık Taşıma Gücü İçin Çakma Eşitlikleri (Dinamik Formüller) Engineering News Record (ENR) s refü (vuruş başına zemine girme miktarı), c tokmak türü katsayısı. Fs=6 alınmalı Danimarka s c E tokmak etkinliği. H E : tokmak enerjisi E p kazık elastisite modülü Fs=6 alınmalı Q u W R H Q u s EH E EH 2A p E E L p

23 Dinamik Formüller (devam) NAVFAC Çakma Eşitlikleri Serbest Düşüşlü Tokmak c Q all 2WH S 1 Q Q Tek Etkili Tokmak a, c all b, c all 2WH S 0.1 2WH WD S 0.1 W Q Çift Etkili Tokmak a Q all b all 2E S 0.1 2E WD S 0.1 W W D çakılan ağırlık, W tokmak ağırlığı, a W D < W olduğunda kullanılır.c ENR eşitliği temel alınmıştır. E tokmakla iletilen gerçek enerji Birimler, ağırlıklar (lb), düşüş yüksekliği (ft), refü (inç) olduğunda güvenli yük (lb) olarak bulunacaktır.

24 Negatif Çevre Sürtünmesi

25 Kazık Grupları Birçok temel mühendisliği çözümünde yapısal yükler grup halindeki kazıklara taşıtılır. Zemin içerisinde veya açık deniz yapılarında olduğu gibi zeminin üzerinde bir kazık başlığı oluşturularak kazıkların birlikte yük taşıması sağlanır. Kazık gruplarının taşıma gücü oldukça karmaşık bir konudur. Kazıkların sık olması halinde zemine aktarılan gerilmelerin çakışacağı ve bu nedenle taşıma gücünün azalacağı söylenebilir. Grup kazıların tasarımında, kazıkların başlıklarının ekonomik olarak çözülebileceği kadar yakın, birbirlerini etkileyip taşıma gücünün düşürmeyeceği kadar uzakta olmasına çalışılmalıdır. Ayrıca killi zeminlerde kazık gruplarında blok göçmesi olasılığı araştırılmalıdır.

26 Kazık Grupları Taşıma Gücüne Grup etkisi Düşey Yüklü 1. Converse Laberre ( Bolin 1941 ) 2. Poulos ve Davis (1980) Yatay Yüklü Grup Azaltma Faktörü Yöntemi Grup Büyütme Faktörü Yöntemi Nümerik Analizler Winkler Hipotezi Sonlu elemanlar Sınır elemanlar

27 Kazık Grupları Oturmalar Grup Kazıkların monoblok bir temel varsayılması Nümerik Analizler Sonlu elemanlar Sınır elemanlar

28 Q ug Grup Taşıma Gücü Kazık Başlığı Q ug n.q up Q ug =. Q up

29 Tesir katsayısı, Kazık Başlığı n = 5 x 5 = 25 Zemin Kazık sayısı, Türü n Aralık/Çap Kil s d Kum s/d tipik olarak > 2 to 3 Kaya

30 Fleksibil Başlık Rijit Başlık Başlıksız Başlıklı Grup tipleri Gruplar

31 Grup Etkisinin Belirlenmesi 1) Converse Laberre ( Bolin 1941 ) g 1 90 n 1 m m 1 mn n Arctg Burada m kazık sıra sayısı, n bir sırada kazık sayısıdır. 2) Feld (1943) kazık sayısına göre g = arasında değer alınmasını önermektedir. 3) Whiteaker (1957), deneysel model sonuçlarına göre 3x3 ve 9x9 lu gruplar için s/b nin değişik değerlerine göre etkinlik sayısı vermektedir. NAVFAC (1988), bu eğrilerin killer için uygulamasını önermektedir. 4. Poulos ve Davis (1980) 1 g 1 mn Q 2 Q 2 B 2 o B s Burada Q o tek kazığın, Q B ise kazık grubu yerine düşünülecek eşdeğer büyük kazığın son taşıma gücüdür. (Q B için adhezyon faktörü 1 alınmalıdır.)

32 Serbest Başlı Grup için Converse-Labarre Formülü n = 5 kolon = 1 - (n-1)m + (m-1)n d=0.3 = tan -1 (d/s) s = mn = m = 3 sıra

33 Grup etkisi Whiteaker (1957), deneysel model sonuçlarına göre 3x3 ve 9x9 lu gruplar için s/b nin değişik değerlerine göre etkinlik sayısı vermektedir. NAVFAC (1988), bu eğrilerin killer için uygulamasını önermektedir.

34 Blok Göçme Fleksible Başlık D Q BL = BLc b N c + 2(B+L)Dc s c s L,B c b Q ug = min (nq up,q BL )

35 Granüler Zeminler Uç taşıma gücü etkileşim az, = 1 Çevre - Çakma Gevşek-orta sıkı kumlar için, > 1 Vesic çakma : s/d = 3 to 2 Sıkı/çok sıkı - gevşeme? Çevre - fore Genellikle az etki, = 1

36 Kazık Yükleme Deneyleri Ankrajlı veya çekme kazıklı

37 Kazık Yükleme Deneyleri Ölü yük

38 Kazık Yükleme Deneyi Yöntemleri 1. Yavaş Adımlı Yükleme Deneyi (SM) 2. Hızlı Adımlı Yükleme Deneyi (QM) 3. Sabit Giriş Hızlı Yükleme Deneyi (CRP) 4. Çevrimli Yükleme Deneyi (SC)