TMMOB İNŞAAT MÜHENDİSLERİ ODASI İSTANBUL ŞUBESİ MESLEK İÇİ EĞİTİM SEMİNERLERİ 17-19 Ocak 2017 ANKRAJLI İKSA SİSTEMLERİ İÇİN ZEMİN ETÜDÜ, TASARIM VE PROJELENDİRME ESASLARI Ozan DADAŞBİLGE, İnş. Y. Müh. GEOCON ZEMİN UZMANLARI İÇERİK 2 1. Tanım Ve Kavramlar 2. Taraflar 3. Zemin Etüdü 4. Geoteknik Tasarım 5. Projelendirme 6. Vaka Analizleri 1
1- TANIM VE KAVRAMLAR 3 GEOTEKNİK PROJE kavramı sektörde henüz son birkaç yıldır konuşulmaya başlanmıştır. İksa Sistemi: Herhangi bir yapının toprak altındaki kısmının yeterli güvenlik marjlarına sahip olarak inşa edilebilmesi için, gerek çevre yapıları ve üçüncü şahısları, gerekse inşaatta çalışan ekipleri koruma amacıyla yapılan, çoğunlukla geçici fonksiyonlu toprak tutma yapısı. İksa Sistem Elemanları: Düşey Elemanlar: BA Kazık, BA Perde, Palplanş, Çelik Kazık vb. Yatay Elemanlar: Öngermeli Ankraj, Pasif Ankraj/Çivi, Boru Destek, BA Destek Birleştirme Elemanları: Başlık Kirişi, Kuşak Kirişi, BA Perde Sisteme etkiyen yanal toprak itkileri düşey ve yatay elemanlar tarafından birlikte taşınır. Bunların birbirleriyle bağlantısı ise birleştirme elemanları ile sağlanır. 2- TARAFLAR Sağlıklı bir proje tasarımı ve uygulaması için tüm tarafların projeye yeterli düzeyde katkı vermesi gerekir. Yatırımcı / Mal Sahibi: Basiretli İş Adamı Mimar: Yapının yaratıcısı Zemin Etüd Raporu Müellifi: Geoteknik çalışmaların ilk ayağı Tasarımcı: Geoteknik proje müellifi Diğer Proje Müellifleri: Statik, Mekanik, Elektrik, Altyapı, Peyzaj Oda: Denetim ve Adil Rekabet Ana Yüklenici: Kaba ince inşaat İksa Alt Yüklenicisi: Uzman ekip Proje Yönetimi: İş programı ve bütçeye uyum Yapı Denetim: Üstyapı proje ve imalat kontrolü Geoteknik Danışman: Proje ve saha kontrolü, değerlendirme, revizyon kararları ve yönlendirme 4 2
5 3- ZEMİN ETÜDÜ Amaç: İksa elemanlarıyla etkileşime giren (yük veren ve taşıyan) tüm zemin tabakaları hakkında bilgi toplamak: Topoğrafya, tabakalanma, yeraltı suyu, özel durumları içeren yerel koşullar. Kapsam: Arazi keşfi, yeraltı araştırmaları, arazi deneyleri, laboratuvar deneyleri. 1. Arazi Keşfi: Yüzey topoğrafyası, saha ulaşım şartları, drenaj olanakları, jeolojik yüzeylemeler (mostra veya diğer oluşumlar) ve mevcut kazılar, yeraltı altyapı hatları ve yapıları, parsel ve yapı yaklaşma sınırları, potansiyel stabilite düşüklüğü gösteren alanlar (organik zeminler, yamaç molozu, yüksek YASS vb). 2. Yeraltı Araştırmaları: Sondajlar, muayene kuyuları ve jeofizik deneyler ile tabakalanma ve yeraltı suyu hakkında bilgi toplanır ve numuneler alınır. Boşluklar, ezik zonlar, yüksek plastisiteli killer, gevşek kumların tesbit edilmesi önemlidir. Araştırmalar iksa hattı boyunca, önünde ve arkasında (ankraj kök bölgesini de içerecek şekilde) yapılmalıdır. Yeraltı suyunun varlığı yatay toprak basınçlarını arttırır ve iksa sistem seçimini doğrudan etkiler. Yapı elemanları ile zemin arasındaki arayüzey sürtünme dayanımı azalır. YASS ölçümü için sondaj kuyusu içine piyezometre borusu yerleştirilmeli, kuyudaki su tamamen çekilmeli ve statik seviyeye yükselmesi beklenmelidir. 6 3. Arazi Deneyleri: Standart Penetrasyon Testi (SPT), Koni Penetrasyon Testi (CPT), Kanatlı Kesici (Vane), Pressiyometre (PMT), Dinamik Sondalama (DS) ve Dilatometre (DMT) deneyleri ile zeminin örselenmemiş durumdaki mühendislik özellikleri belirlenir. SPT deneyi ile örselenmiş numune de alınır. 4. Laboratuvar Deneyleri: İsimlendirme/sınıflandırma ve endeks özellikleri, Kayma mukavameti, Konsolidasyon karakteristiği, Drenaj ve sıkışabilirlik karakteristikleri, Elektrokimyasal özellikler (zemin ve yeraltı suyu için) çeşitli laboratuvar deneyleriyle belirlenerek tasarıma esas olacak değerler seçilir. Zemin etüdlerinin planlaması (araştırma noktalarının sayısı, yerleri ve derinliklerinin, arazi ve laboratuvar deney programının belirlenmesi) ve sonuçların değerlendirilmesi (tasarıma esas geoteknik parametrelerin ve proje esaslarının belirlenmesi) geoteknik alanında uzman bir inşaat mühendisince yapılmalıdır. 3
4- GEOTEKNİK TASARIM 7 4.1. Tasarım Esasları İşin önemi tüm taraflarına yeterli açıklıkta anlatılmalı (proje koordinasyon toplantıları), Geoteknik problem doğru teşhis edilmeli (taşıma gücü, oturma, yanal basınçlar, sıvılaşma, heyelan vb.), Üretilen çözümler Emniyet / Maliyet / Uygulanabilirlik şartlarını optimum düzeyde dengelemeli, Uygulama esasları verilmeli (teknik şartname), Kontrol esasları belirlenmeli ve detayları verilmeli (teknik şartname), Performans Değerlendirme kriterleri ortaya koyulmalı, Hedeflenen performansın sağlanamadığı durumlarda başvurulacak B planlarını uygulamaya ortam yaratan çözümler projelendirilmeli. 8 4.2. Tasarım Aşamaları Tasarım süreci sahada başlar, ofiste devam eder, sahada biter. 1. Verilerin Toplanması: Geoteknik, Jeolojik ve Topoğrafik veriler, Yapı özellikleri, Çevre koşullarının durumu Eksik verilerle projeye başlanmamalı. 2. Geometrik Modelin Oluşturulması 3. Geoteknik Parametrelerin Belirlenmesi: Zemin raporundaki tanımlamalarla uyumlu olmayan parametreler sorgulanmalı, gerekirse mutlaka ilave etütler yaptırılmalı. 4. İdealize Zemin Profilinin Oluşturulması: Pilot Kazı 4
9 4. Analizi Yapılacak Kesitlerin Belirlenmesi: Zemin profili, Geometri (mimari), Yükleme durumu 5. Ön Analizler Ve Avan Proje Deplasmanlar, Kesit tesirleri, Ön boyutlandırma 6. Mimari Onay: Diğer disiplinlerle uyumun kontrolü 7. Detaylı Analizler ve Uygulama Projesi Deplasmanlar, Kesit tesirleri Ankraj yükleri, Ankraj kök deplasmanı, Ara kazı kademeleri, Deprem durumu, Toptan göçme, Boyutlandırma 10 8. Teknik Şartname İksa elemanlarının tanımı, Malzeme seçimi, Makina-Ekipman seçimi, Uygulama esasları, Kalite/Kontrol esasları, Performans ölçüm deneyleri 9. Proje Revizyonları Yaşayan Projeler 5
11 4.3. Tasarım Gereklilikleri Projeye hak ettiği zaman verilmeli. Mimari proje hazırlanırken iksa için yer bırakılmış olmalı. Sahanın mevcut durumu iyi bilinmeli, mutlaka saha incelemesi yapılmalı (mimari proje - bitmiş durum). Norm ve Standartların gerekleri dikkate alınmalı. Mertebe hissi gelişmeli, bilgisayar analizi sonuçları yorumlanmadan proje sonlandırılmamalı. İksa güvenliğiyle ilgili taleplerde ısrarcı olunmalı. Özellikle kazık imalatlarının geri dönüşü, telafisi çok zor. Projenin mutlaka uygulanacağı ve iyi bir performans göstermek zorunda olduğu unutulmamalı, her türlü olumsuz etken dikkate alınmalı. Tasarım revizyona müsait olacak şekilde yapılmalı. 12 4.4. Tasarımla İlgili Önemli Noktalar Zemine uygun olmayan tasarım Kötü işçilik Göçme Enstrumantasyona önem verilmeli ve çapraz ölçümler yaptırılmalı. Aletsel ölçüm dışında görsel incelemelere de önem verilmeli. Ölçümler yeterli sayı ve sıklıkta olmalı. Tüm inşaat aşamaları (kazı ve dolgu) dikkate alınmalı. Kuşak kirişlerinin kırılması gerekiyorsa daha olumsuz durumlar ortaya çıkabilir. Parametrik çalışma yapılmalı => Emin değilsen dene! Diğer disiplinlerle uyum için mimarın liderliğinde proje koordinasyon toplantıları düzenlenmeli, varsa uyumsuzluklar bu aşamada düzeltilmeli (drenaj için kanal kazısı vb.). Kontrol ve performans deneylerinin sonuçları talep edilmeli ve öngörülerle karşılaştırılmalı. Yüklenici seçiminde uzmanlık derecesi ve makine/ekipman kapasitesi dikkate alınmalı. 6
13 4.5. Muhtelif Problemler Çok fazla deneyimsiz / yetersiz yüklenici firma var. Seçilen yüklenici firmanın tecrübesi / makine kapasitesi çözümü etkileyebiliyor. Mevzuatla ilgili sıkıntılar var: Ankrajlara inşaat ruhsatı alınamıyor. Tasarımcının kontrolü dışında olan çok faktör var. Zemin etüdü saha içinde yapılıyor. Halbuki iksa sistemine itki veren zemin ve ankraj köklerinin tutunduğu zemin sahanın dışında. Projeler bugün verilip düne isteniyor. Uygulama kalitesi mevsim şartlarına, çevre koşullarına ve bölgesel imkanlara doğrudan bağlı. Sistemin çoğunlukla «geçici» olması projenin diğer taraflarının gözünde işin önemini azaltıyor. Tarafların çoğunun konu hakkında az bilgisi ama çokça fikri var. 14 5- PROJELENDİRME 5.1. Pafta İçeriği Ve Düzeni Paftaların hepsinin mümkünse aynı boyutta (A1 veya A0) olmasına özen gösterilmelidir. Rahat okunabilir bir ölçekle tek paftaya sığmayan çizimler bütün gösterimin dışında bölgelere ayrılarak birkaç paftada ayrıca verilmelidir. İksa elemanları yerleşim planı, plan detayları, tipik kesitler, cephe görünüşleri, donatı detayları ve ankraj detayları çizim paftalarında yer almalıdır. Kesit ve detay yerleri planda ve cephe görünüşlerinde gösterilmelidir. Hangi kesitin hangi bölgede geçerli olduğu belirtilmelidir. Planda ve kesitlerde arazi yüzeyi, parsel sınırı, yapı yaklaşma sınırı ve inşa edilecek bina temeli ile bodrum kat dış perdesi gösterilmelidir. Planda ve kesitlerde komşu parsellerdeki yeraltı ve yerüstü yapıları ile ankraj veya kazık imalatını etkileyebilecek altyapı hatları kotlarıyla birlikte gösterilmelidir. 7
15 5.1. Pafta İçeriği Ve Düzeni (devam) Kesitlerde ankraj test yükü, kilit yükü ve proje yükü ayrı ayrı gösterilmelidir. Geoteknik enstrumantasyon (inklinometre, loadcell, ekstansometre, piyezometre vb.) noktaları plan ve cephe görünüşlerinde gösterilmeli ve ölçüm periyodu notlarda belirtilmelidir. Donatı ve ankraj detaylarıyla ilgili gerekli açıklamalar yapılmalıdır. Tüm iksa elemanları numaralandırılmalıdır. Proje notlarında her bir iksa elemanı tipi için gerekli uygulama kriterleri belirtilmelidir. Çizimler diğer proje disiplinlerinin çizimleriyle uyum içinde olmalı ve aynı kot sistemi kullanılmalıdır. İksa üst kotları belirlenirken hem mevcut arazi kotları, hem de nihai peyzaj kotları dikkate alınmalıdır. 16 5.2. Proje Kontrolleri Sahada uygulamaya başlamadan önce proje üzerinde ve sahada gerekli kontroller yapılmalıdır. Proje kotlarıyla arazi kotlarının uyumu : Başlık kirişi, arazi yüzeyi, çevre yollar ve çevre yapılar Proje disiplinleri arasındaki uyum (mimari statik geoteknik altyapı): Temel taban kotu, nihai kazı kotu, temel altı detayı, Plan boyutlarının araziye uyumu: Bina ve iksa sistemi arsaya sığıyor mu? Bina ile parsel sınırı arasındaki mesafe: İksa sistemi için yeterli gabari var mı? Çevre yapıların yatay mesafesi ve temel taban kotları: Bodrum kat, yeraltı çıkmaları var mı, ankrajlar bunlara denk geliyor mu? İksa önü ve arkası altyapı hatları ve kotları: Ankrajlar bunlara denk geliyor mu? Ankrajların ömrü: Geçici mi, kalıcı mı? Plan, kesitler ve cephe görünüşleri arasındaki uyum: Hangi kesit hangi bölgede uygulanacak? 8
17 5.2. Proje Kontrolleri (devam) Ankraj öngerme test ve kilit yükleri: Her kesit için verilmiş olmalı Kazıklar arasındaki net açıklık: Ne az ne fazla olmalı YASS Kazı Tabanı ilişkisi: Geçirimsizlik ihtiyacı var mı? Geoteknik ölçüm noktaları ve sıklığı: İnklinometre, loadcell, ekstansometre, İnklinometre borusu dip kotları: Kazık arkasında / kazık içinde Ankraj Uygunluk Testi: Her cephede ve farklı zeminlerde en az 1 er adet Ankraj yerleşimi: Şaşırtma, ilave ankraj için boşluk Ankraj kafa detayı: Açılı kafa kullanılmamalı Kuşak kirişi askı filizleri: Kazıklara asılarak kendini taşımalı Plandaki kırıklıklar: b açısı ile imal edilecek ankraj var mı? 18 5.2. Proje Kontrolleri (devam) İksa arkasında izin verilen sürşarj yükü: Demir ve ağır vasıta yükleri Hafriyat kamyonu giriş çıkış rampası: Bu bölgede kazıklar nasıl çözülmüş? Kazık ve ankraj numaraları: Uygulama sırasında tutulacak kayıtlar açısından önemli BU HUSUSLAR SAHADA İMALATA BAŞLAMADAN ÖNCE KONTROL EDİLMELİ VE GEREKLİ REVİZYONLAR PROJE MÜELLİFİNCE YAPILMALIDIR!... 9
19 Her işin bir inceliği vardır! (İnklinometre Borusu Ekleme Detayı) 20 6. VAKA ANALİZLERİ Vaka-1: ALIŞVERİŞ MERKEZİ İksa plan uzunluğu: 750 m Bina Oturum Alanı: 86.000 m2 Kazı derinliği: 12 21,70 m Zemin Profili: 0 3 m Dolgu 5 10 m Kireçtaşı (Bakırköy Fm) 9 - >17m Çok Katı Kil Çözülen sistem: BA Fore kazık, öngermeli ankraj (geçici ve kalıcı), BA kuşak kirişi Vurgu: Yatırımcı, proje yönetim teşkilatı ve yapı denetim firmasının işin önemini kavramasının/kavramamasının projeye etkisi. 10
21 İksa Vaziyet Planı Kontrol teşkilatının ankraj germe sorusu / 2 ay danışmanlık 1 Yıl Sonra... 22 11
23 23 24 Uygulamadan Birkaç Fotoğraf 12
25 Uygulamadan Birkaç Fotoğraf 26 Uygulamadan Birkaç Fotoğraf 13
27 Sonuçlar İksa sisteminde görülen eksik ve kusurlu imalatlar stabilite açısından kritik önemdedir ve gelinen aşamada tamiri / tamamlanması mümkün değildir. Deplasman ölçümleri kritik duruma gelindiğini göstermekle birlikte sayıca yeterli olmadığı için değerlendirme yapılmasını güçleştirmektedir. Gelinen noktada hem kalıcı hem de geçici durum için ciddi riskler mevcuttur. Kalıcı iksa olarak projelendirilen kısımlar geçici kabul edilmeli ve yükler sistemin her tarafında rijit elemanlarla binaya aktarılmalıdır. Sonuçların Projeye Yansıması Statik proje revizyonu (kalıcı bölgede de toprak yükleri binaya) Mimari proje revizyonu Mahallerin kullanımında kısıtlama Projenin satış değerinin düşmesi 28 Vaka-2: ALIŞVERİŞ MERKEZİ İksa plan uzunluğu: 280 m Bina oturum alanı: 25.000 m2 Kazı derinliği: 3,0 8,50 m Zemin Profili: 1 7 m Dolgu 2 5 m Katı Kil 4 >15m Çok Katı Kil (Güngören Fm) Çözülen sistem: BA Fore kazık, öngermeli ankraj (geçici ve kalıcı), BA kuşak kirişi, jetgrout Vurgu: Önemsiz görülen bölgede karşılaşılan sorunlar ve aletsel gözlemin önemi 14
29 Sondaj Vaziyet Planı 30 Zemin Kesitleri 15
31 İksa Vaziyet Planı 32 İnklinometre Kuyuları Yerleşim Planı Ve Yatay Deplasman Grafiği 16
33 Optik Okuma Noktaları Yerleşim Planı Ve Yatay Deplasman Grafiği 34 Kesit-5 17
35 İksa Arkası Sürşarj Durumu 36 Deplasman Zaman Grafiği 18
37 Deplasman İnşaat Aşaması İlişkisi 38 Kazık Süreklilik Deney Grafikleri - 225 19
39 Kazık Süreklilik Deney Grafikleri 226, 227 40 Kazık Süreklilik Deney Grafikleri 228, 229 20
41 Kazık Süreklilik Deney Grafikleri 230, 318 42 Revize İksa Sistemi - Plan 21
43 Sonuçlar Projeye aykırı sürşarj yüklemesi ve kazık imalatındaki kalitesiz/yetersiz işçilik nedeniyle, en problemsiz gözüken bölümde aşırı miktarda deplasmanlar meydana gelmiştir. Kurulan deplasman ölçüm sistemi sayesinde aşırı deplasmanlar iksa sistemi göçme durumuna ulaşmadan önce tespit edilebilmiş ve acil müdahale ile gerekli kısa ve uzun vadeli tedbirler alınmıştır. Meydana gelen bu olumsuzluk mimari projede herhangi bir değişikliğe neden olmamış, ancak ciddi bir ilave maliyet getirmiştir. Revize İksa Sistemi - Kesit 44 Vaka-3: Yaşam Kompleksi İksa plan uzunluğu: 995 m Bina oturum alanı: 49.000 m2 Kazı derinliği: 9,5 21,0 m (ön kazı dahil) Zemin Profili: 2,0 3,0 m Kontrolsüz Dolgu 5,0 6,5 m Katı Çok Katı Kil 7,0 8,0 m Sert Kil >10 m Çok Zayıf Killi Kireçtaşı (Ceylan/Kırklareli Fm) Çözülen sistem: BA Fore kazık, öngermeli ankraj, zemin çivisi, BA kuşak kirişi, BA perde Vurgu: Zemin parametrelerinin seçimi 22
45 Kesit-5 Bölgesi Sondaj Vaziyet Planı 46 Zemin Kesiti 23
47 İksa Analizi Geoteknik Parametreleri İlk Çözüm 48 Sistem Kesiti İlk Çözüm 24
49 Sonlu Elemanlar Modeli İlk Çözüm 50 Beklenen Yatay Deplasman İlk Çözüm 25
51 İksa Analizi Geoteknik Parametreleri İkinci Çözüm 52 Sistem Kesiti İkinci Çözüm 26
53 Sonlu Elemanlar Modeli ve Beklenen Yatay Deplasman İkinci Çözüm 54 Birinci Çözüm İkinci Çözüm SİSTEM KARŞILAŞTIRMASI 27
55 Ölçülen Deplasmanlar (Nihai kazı aşaması) 56 DEPLASMAN KARŞILAŞTIRMASI Tahmin Edilen: 90 mm Ölçülen: 87 mm 28
57 Sonuçlar: Hafriyat Durumu 20 Mayıs 2014 Ölçülen deplasman değerleri drenajlı parametrelerin dikkate alındığı ilk çözümün gerçek davranışa uygun olmadığını göstermiştir. Kilin drenajlı duruma geçene kadarki davranışı oldukça hızlı ilerleyen geçici iksa uygulamalarında öncelikli olarak dikkate alınmalıdır. Zemin ne kadar iyi bilinirse bilinsin aletsel ölçümler ve görsel incelemeler yapılan kabullerin doğruluğunun ve sistemin performansının tek ölçütüdür. SON SÖZ 58 İyi bir mühendislik muhakemesiyle bir zarfın arka yüzünde bile yapılabilen tasarım, muhakeme yeteneği olmadan tonlarca bilgisayar çıktısı olsa da ortaya çıkartılamaz Anonim TEŞEKKÜRLER Ozan Dadaşbilge, İnş.Y.Müh. GEOCON ZEMİN UZMANLARI 29