Çivinin Sıyrılma Kapasitesi

Nihai sıyrılma direnimi (sürtünme limiti F₁) her çivi için, çivi boyutlarının ve enjeksiyon deliğinin enjeksiyon işlemi öncesi temizlenme metodunun veya kullanılıyorsa enjeksiyon basıncının bir fonksiyonudur. Bütün bu hususlar anlamlı bir teorik bağıntı ile açıklanamamasına rağmen ankrajlar için geçerlidir ve ankraj kapasitesini belirler. Aynı durum zemin çivileri için de sözkonusudur. [2]

3.2.1 Kaya Zemin Ortamında Sıyrılma Kapasitesi

Tablo 3.2: Kaya Zeminler İçin Nihai Aderans Gerilmesi [1]

Ġmalat Metodu Kaya Tipi

Nihai Aderans Gerilmesi (F₁)

(kN/m²) Rotarili Delgi Marn / Kireçtaşı 300-400

Filit 100-300 Tebeşir Taşı 500-600 Yumuşak dolomit 400-600 Fissürlü dolomit 600-1000 Ayrışmış kumtaşı 200-300 Ayrışmış şeyl 100-150 Ayrışmış şist 100-175 Bazalt 500-600

Enjeksiyon işleminin tüm delik boyunca tremi ile yapılması sonucunda nihai kapasite aşağıdaki bağıntı yardımıyla tahmin edilir [2];

P = π D L F1 (3.2)

Burada F1, enjeksiyon ile kaya ortamı arasında kalan ara yüzeydeki bağ kuvveti veya çevre sürtünmesidir. Bağıntıda F1, pasif kaya kütlesi için iki eksenli basınç dayanımının %10’u olarak (4100 KPa değerini geçmemek kaydıyla) alınır. Halihazırda varolan literatür ve arazi çalışmaları neticesinde, kuru kaya zemin ortamı için kabul edilebilecek zemin F1 değerini içeren değerler Tablo 3.2 ile sunulmuştur.

3.2.2 Kohezyonsuz Zemin Ortamında Sıyrılma Kapasitesi

Çeşitli ampirik bağlantılarla ankraj dayanımının belirlenmesine yönelik sınırlı da olsa bir ortak görüş belirmiş ve tartışılmaya sunulmuştur. Bununla beraber müteahhitin imalat metodunun, enjeksiyonlu çivi uzunluğunun ve daha da önemlisi enjeksiyon basıncının kapasiteyi etkilediği düşünülmektedir. Bütün sözü geçen hususlar zemin çivileri için de geçerlidir. [4,6,7]

3.2.2.1 Çakma Çiviler

Laboratuar ölçekli araştırmalar tesis metodu ve zemin parametrelerinin bir fonksiyonu olarak enjeksiyonsuz çivilerin mobilize olmuş aderansını değerlendirme imkanını ortaya koymuştur. Sıyrılma verileri, maksimum kayma gerilmesi, τmax’ın toplam jeolojik yüke oranı olarak tanımlanan sürtünme katsayısı f*

ile değerlendirilmiştir. [2] f^* = V  max (3.3)

Sonuç olarak değişik imalat yöntemlerinin kapasiteyi açıkça etkilediği gözlenmiştir. Sınırlı kalsa bile elde edilen çekme deneyleri sonucunda 0 ve 20 derece eğime sahip çiviler eşdeğer gerilme değerleri almıştır. Netice olarak tasarım için çakma çivilerde, jeolojik yükün tanυ katına eşdeğer nihai sürtünme değeri alınması laboratuar bulgularıyla belirlenmiş ve anlamlı bulunmuştur [7]. Küçük jeolojik yük değerleri için hacim değişiklikleri, tanυ değerini 2 olacak şekle kadar yükseltmektedir. Buna rağmen kullanım açısından 1,5 değeri uygun olmaktadır.

3.2.2.2 Enjeksiyonlu Çiviler

Kaplama borusu içinde uygulanacak bir tremi enjeksiyonunda kapasite, delik geometrisinin ve doğal zeminin dayanımının bir fonksiyonu olacaktır. Bu durumda çivi boyunca uniform bir aderans kabulü ile nihai kapasite, verilen şu bağıntıyla hesaplanabilir [2];

P = A σv f*

(3.4)

Bağıntıda yer alan P nihai kapasiteyi, σv çivinin ortasındaki toplam jeolojik yükü, f* sürtünme katsayısını, A ise enjeksiyonlanmış delik çapını göstermektedir.

Sürtünme katsayısı delme metodunun, test edilen çivi uzunluğunun bir fonksiyonu olarak kesin nümerik değişimler göstermekle birlikte küçük jeolojik yük mertebelerinde zemin içindeki hacimsel değişimlerden de etkilenmektedir. Sözü geçen durum için sürtünme katsayısı değeri, 6 m derinliğe kadar 2 ile 4 aralığında, daha büyük jeolojik yüklerde ise 1,5 ile 3 aralığında kalmaktadır. 350 KPa’dan daha küçük enjeksiyon basıncı değerlerinde katsayı belirgin bir şekilde 1,5 ile 2 değer aralığı oranında yükselmektedir. Durum enjeksiyon malzemesinin delik çeperini aşarak daneli zemin ortamına nüfusu ile açıklanabilir.

Literatürde Denklem 3.4 için sürtünme katsayısı yerine başka ampirik faktörleri kapsayan birçok değişken mevcuttur. Bu faktörler zeminin permeabilitesini, birim hacim ağırlığı, dane boyutu, efektif enjeksiyon basıncı, enjeksiyon boyu, delme metodu ve benzeri özelliklerle ilişkilendirilmiştir. Bununla beraber bütün bu metodlar doğadaki gerçek durumu analiz etmekte zayıf kalmaktadır. Bunun nedeni ise metodların değişken tabakalaşmaya, enjeksiyon deliği delme işlemine ve enjeksiyonlama işlerindeki belirsizliklere karşı çok duyarlı olmalarıdır. [2]

Çoğu zaman kumlarda ve daneli zeminlerde açılan enjeksiyon delikleri uzun süreli baki kalamaz. Bu durumda kaplama borusu zemine sürülürken düşük enjeksiyon basıncı, destekleme amacı ile uygulanır. Özellikle hidrolik iletkenliği 10-2

cm/sn’den düşük olan ortamlara nüfus eden enjeksiyonun, hesabı çok zor olan enjeksiyon alan çevresinin belirlenmesini kolaylaştırarak, kapasiteyi etkin şekilde arttırdığı belirlenmiştir.

P = A tanυ Pe

a (3.5)

Denklemde P^e efektif enjeksiyon basıncını, υ içsel sürtünme açısını ve “a” da boyutsuz ampirik bir katsayıyı (<1 olmak üzere) göstermektedir. Pratik uygulamalarda P genel itibariyle 350 KPa’dan az olmak üzere sınırlandırılmıştır. Gerçek enjeksiyon basıncının, açık-sonlu bir enjeksiyon deliğinde belirlenmesi zor olacağı düşüncesi tanımlanan “a” katsayısına yansır. Dolayısıyla ne Denklem 3.4 ne Denklem 3.5 ne de benzeri bir yaklaşım önerilmez. Esas olan imalat öncesi arazide bir ön fizibilite değerlendirmesidir.

Kuru kohezyonsuz zeminlerde tremi veya düşük basınç değeri altında aşağıdaki Tablo 3.3 ile sınırlanan nihai sürtünme (aderans gerilmesi) aralıkları literatürde değerlendirmeye sunulmuştur [1].

Tablo 3.3: Kohezyonsuz Zeminler İçin Nihai Aderans Gerilmesi [1]

Ġmalat Metodu Zemin Tipi

Nihai Aderans Gerilmesi

(kN/m²)

Açık Delgi Plastik olmayan silt 20-30

Orta sıkı kum ve siltli kum/kumlu silt 50-75

Sıkı silt kum ve çakıllı kum 80-100

Çok sıkı siltli kum ve çakıl 120-240

Lös 25-75

3.2.3 Kohezyonlu Zemin Ortamında Sıyrılma Kapasitesi

Ankraj uygulamaları neticesinde boyunca bir şaft içinde tremi metodu ile enjeksiyonlama sonucunda nihai kapasite şu şekilde belirlenebilir [2];

P = π D la Г Cu (3.6)

Burada P nihai çivi kapasitesini belirtirken D, la, Г, Cu sırası ile delik çapını, enjeksiyonlanan çivi uzunluğunu, adezyon faktörünü ve ortalama drenajsız kayma dayanımını (kohezyon katsayısı) niteler.

Kil zeminler için adezyon faktörü 0,25 ile 0,75 değerleri aralığında değişmektedir. Sert ve katı killer için sözkonusu değerler düşer. Burgulu sondajla açılan deliklerde, deliğin temizlenmesi sırasında gösterilecek özene bağımlı olarak, adezyon faktörünün verilen aralığa kıyasla daha da düşebileceği gerçeği değerlendirilmelidir.

Kumlu ve siltli zeminlerde ise adezyon faktörü büyüyecektir. Genel itibariyle 48 KPa’dan küçük kayma dayanımına sahip zeminlerde, çivi kohezyonlu ortamda varsayılmaz.

Kohezyonlu zeminler için nihai sıyrılma direncinin tipik değerleri Tablo 3.4’de gösterilmiştir.

Tablo 3.4: Kohezyonlu Zeminler İçin Nihai Aderans Gerilmesi [1]

Ġmalat Metodu Zemin Tipi

Nihai Aderans Gerilmesi

(kN/m²)

Açık Delgi Katı kil 40-60

Katı killi silt 40-100

Katı kumlu kil 100-200

3.2.4 Arazide Çekme Deneyi

Arazide zemin çivilerinin çekme deneyleri ankrajlara uygulanan yöntemle paralellik gösterir. Yöntem çivi üzerinde 10 dakikadan 60 dakikaya kadar uzanan bir zaman sürecinde, çivi akma kuvveti Fy’nin %10 ile maksimum %90’ın kademeli uygulanmasını içermektedir. Her yük kademesinde deplasmanlar 0., 0.5., 1., 3., 5. ve 10. dakikalarda kaydedilir. Eğer 1. ve 10. dakikalarda kayıt edilen deplasman değerleri farkı 1 mm’den büyük ise uygulanan yük kademesi sabit tutularak 50 dakika daha beklenir. Bu süreç içerisinde her 10 dakikada bir ek deplasman değerleri ölçülür. Sıyrılma sonucu göçme 60 dakika zaman zarfında 2mm’den büyük deplasman kayıtları ile tanımlanır, karşılık gelen yük kademesi ise sıyrılma yükü olacaktır. 2,5 metrenin üzerinde uzunluğa sahip enjeksiyonlu çiviler arazide test için imal edilirler. Kaplama etkisini azaltması düşünülerek 1,5 metrelik kafa kısım enjeksiyonlanmaz [2].

Akmaya duyarlı zeminlerde, kritik kayma yükünün bulunması için her yük kademesinde ölçülen çivi deplasmanları logaritmik zaman eksenli kağıda işaretlenir. Grafik kağıdı üzerindeki yukarı dışbükey bir şekil akma davranışının zamanla ivmelendiğini gösterecektir. Deplasman “n”in logt zamana karşı çizgisel eğimi çıkarılır ve görülecek kırıklık kritik akma durumu, karşı gelen yük ise kritik akma yükü olarak tanımlanır.