Kazık Yükleme Deneylerinin Değerlendirilmesi İle İlgili Bir İnceleme

(1)

ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ  FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

KAZIK YÜKLEME DENEYLERĠNĠN

DEĞERLENDĠRĠLMESĠ ĠLE ĠLGĠLĠ BĠR ĠNCELEME

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ ĠnĢ. Müh. Yalım ALKU

501021273

ġUBAT 2006

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 19 Aralık 2005 Tezin Savunulduğu Tarih : 3 ġubat 2006

Tez DanıĢmanı : Doç.Dr. M. Tuğrul ÖZKAN (Ġ.T.Ü.) Diğer Jüri Üyeleri : Prof.Dr. Feyza ÇĠNĠCĠOĞLU (Ġ.Ü.)

(2)

ÖNSÖZ

Tezimi hazırlamamda değerli görüşleri ve yapıcı eleştirileri ile bana yol gösteren tez danışmanım Sayın Doç. Dr. M. Tuğrul ÖZKAN’a, yüksek lisans yapmam konusunda bana yol gösteren büyüklerime, bana her türlü desteği veren aileme ve arkadaşlarıma teşekkürlerimi sunarım.

(3)

ĠÇĠNDEKĠLER

KISALTMALAR vi

TABLO LĠSTESĠ vii

ġEKĠL LĠSTESĠ viii

SEMBOL LĠSTESĠ xiii

ÖZET xiv

SUMMARY xvi

1. GĠRĠġ 1

2. KAZIKLAR ĠLE ĠLGĠLĠ GENEL ĠLKELER 3

2.1. Yükleri TaĢıma ve Aktarma Durumuna Göre Kazıklar 3

2.1.1. Uç kazıkları 3

2.1.2. Sürtünme kazıkları 3

2.1.3. Sürtünme ve uç kazıkları 3

2.2. Zemin Ġçine YerleĢtirilme Tekniğine Göre Kazıklar 4

2.2.1. Deplasman kazıkları 4

2.2.2. Deplasman yaratmayan kazıklar 4

2.3. Yapımında Kullanılan Malzemelere Göre Kazıklar 4

2.4. Mini Kazıklar ve Mikro Kazıklar 5

2.5. Kazıkların TaĢıma Gücü 5

3. KAZIKLAR ĠLE ĠLGĠLĠ DENEYLER 6

3.1. Statik Yükleme Deneyleri 6

3.1.1. Statik eksenel basınç deneyi 7

3.1.2. Statik eksenel çekme deneyi 8

3.1.3. Yanal yükleme deneyi 8

(4)

3.2. Süreklilik deneyleri 10

3.2.1. Kazarak yapılan kontroller 10

3.2.2. Kazığın delinmesi ile yapılan kontroller 11

3.2.3. Akustik yöntemler 11

3.2.4. Radyometrik yöntemler 11

3.2.5. Sismik deneyler 11

3.2.6. Dinamik deneyler 12

3.2.7. Yükleme deneyleri 12

4. STATĠK EKSENEL BASINÇ DENEYĠ 13

4.1. Deney Teknikleri 13

4.1.1. Yavaş adımlı yükleme deneyi (SM) 13

4.1.2. Çevrimli (döngüsel) yükleme deneyi (SC) 14

4.1.3. Hızlı adımlı yükleme deneyi (QM) 14

4.1.4. Sabit penetrasyon hızlı yükleme deneyi (CRP) 14

4.2. Deney Sonuçları ve Güvenlik Katsayısı 16

4.3. Yükleme Deneyleri ve Kazık Tasarımı 16

4.4. Değerlendirmeyi Olumsuz Etkileyebilecek Etkenler 17

5. DENEY SONUÇLARINI DEĞERLENDĠRME YÖNTEMLERĠ 19

5.1. Göçme Yükü 19

5.2. Kazık Yükleme Deneylerini Değerlendirme Yöntemleri 20

5.2.1. Davisson yöntemi 20

5.2.2. Brinch Hansen %80 yöntemi 21

5.2.3. Mazurkiewicz yöntemi 23

5.2.4. Chin Kondner yöntemi 24

5.2.5. Decourt yöntemi 26

5.2.6. Teğet (Mansur Kaufman) yöntemi 28

5.2.7. Corps of Engineers yöntemi 29

5.2.8. De Beer yöntemi 30

5.2.9. Brinch Hansen %90 yöntemi 31

5.2.10. Fuller-Hoy yöntemi 31

5.2.11. Buttler-Hoy yöntemi 32

6. DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDĠRĠLMESĠ 34

6.1. Zeminin ve Kazıkların Genel Özellikleri 34

6.2. Yükleme Deneylerinin Sonuçları 35

(5)

6.4.1. Kazıklar için elde edilen göçme yüklerinin belirsizliği 37

6.4.2. Değerlendirme yöntemlerinin içerdiği belirsizlikler 38

7. ÖZKAN-ALKU YÖNTEMĠ 40

7.1. Yöntemin GeliĢtirilmesi 40

7.2. Yöntemin Uygulanma ġekli 41

7.3. Yöntemin Literatürdeki Yöntemler ile KarĢılaĢtırılması 46 7.4. Yöntemin Chin Kondner ve Decourt Yöntemleri ile KarĢılaĢtırılması 48

7.4.1. Zeminin ve kazıkların genel özellikleri 49

7.4.2. Deneylerin değerlendirilmesi ve değerlendirme sonuçları 51

8. SONUÇLAR VE TARTIġMALAR 54

8.1. Literatürdeki Yöntemlerin TartıĢılması 54

8.2. Özkan-Alku Yöntemi ile Ġlgili TartıĢmalar ve Sonuçlar 55

KAYNAKLAR 57

EKLER 59

ÖZGEÇMĠġ 151

(6)

KISALTMALAR

ASTM : American Society for Testing and Materials QM : Hızlı adımlı yükleme deneyi

SM : Yavaş adımlı yükleme deneyi SC : Çevrimli yükleme deneyi

(7)

TABLO LĠSTESĠ

Tablo 6.1 Deney Kazıklarının Başlıca Özellikleri 34

Tablo 6.2 Deney Kazıklarının Yerleştirildiği Zemin Cinsleri 35

Tablo 6.3 Kazık Yükleme Deneyi Sonuçları (özet) 35

Tablo 6.4 Deney Sonuçlarından Bulunan Göçme Yükleri 36

Tablo 6.5 Kazıklar İçin Elde Edilen Göçme Yüklerinin Belirsizliği 37

Tablo 6.6 Göçme Yükü Değerlerinin Deney Ortalamalarına Oranı 38

Tablo 6.7 Göçme Yükü Değerlerinin Uygulanan En Büyük Yüke Oranı 39

Tablo 7.1 Özkan-Alku yöntemi ile yapılan değerlendirmelerin sonuçları 47

Tablo 7.2 Göçme Yükü Değerlerinin Deney Ortalamalarına Oranı 47

Tablo7.3 Göçme Yükü Değerlerinin Uygulanan En Büyük Yüke Oranı 48

Tablo 7.4 Deney Kazıklarının Başlıca Özellikleri 49

Tablo 7.5 Deney Kazıklarının Yerleştirildiği Zemin Cinsleri 50

Tablo 7.6 Kazık Yükleme Deneyi Sonuçları (özet) 50

Tablo7.7 Değerlendirme sonucunda hesaplanan göçme yükleri 51

Tablo 7.8 %75Qmax sonuçlarının Qmax sonuçlarına oranı 52

Tablo A.1 Deney no.01 yük-oturma verileri 60

Tablo B.1 Özkan-Alku başlagıç grafiğinden elde edilen katsayılar 79

Tablo B.2 Özkan-Alku sonlanma grafiğinden elde edilen katsayılar ve sonuçlar 86

Tablo B.3 Chin-Kondner yöntemi sonuçları 93

Tablo B.4 Decourt yöntemi sonuçları 100

Tablo B.5 Brinch Hansen %80 yöntemi sonuçları 104

(8)

ġEKĠL LĠSTESĠ

ġekil 3.1 Belirlenmiş Ağırlıklar ile Yapılan Basınç Deneyi 7

ġekil 3.2 Hidrolik Kriko ile Yapılan Basınç Deneyi 7

ġekil 3.3 Eksenel Çekme Deney Düzeneği 8

ġekil 3.4 (a) (b) (c) Yanal Yükleme Deney Düzenekleri 9

ġekil 3.5 Yükleme Deneyi ile Süreklilik Kontrolü 12

ġekil 4.1 Deney Tekniklerinin Zamana Bağlı Karşılaştırılması 15

ġekil 4.2 Deney Tekniği ile Yük-Oturma Davranışının Değişimi 15

ġekil 5.1 Davisson Yöntemi 21

ġekil 5.2 Brinch Hansen %80 Grafiği 22

ġekil 5.3 Brinch Hansen %80 Yük-Oturma Eğrisi 23

ġekil 5.4 Mazurkiewicz Yöntemi 24

ġekil 5.5 Chin Kondner Grafiği 25

ġekil 5.6 Chin Kondner Yük-Oturma Eğrisi 26

ġekil 5.7 Decourt Grafiği 27

ġekil 5.8 Decourt Yük-Oturma Eğrisi 28

ġekil 5.9 Teğet Yöntemi 28

ġekil 5.10 Corps of Engineers Yöntemi 29

ġekil 5.11 De Beer Yöntemi 30

ġekil 5.12 Brinch Hansen %90 Yöntemi 31

ġekil 5.13 Fuller Hoy Yöntemi 32

ġekil 5.14 Buttler Hoy Yöntemi 33

ġekil 7.1 Özkan-Alku yöntemi ideal yük-oturma eğrisi 42

ġekil 7.2 Geliştirilen yöntem için başlangıç grafiği 43

ġekil 7.3 Geliştirilen yöntem için sonlanma grafiği 44

ġekil 7.4 Özkan-Alku ideal yük oturma eğrisi 45

ġekil A.1 Deney no.01 yük-oturma grafiği 63

(9)

ġekil B.1 Deney no.01 Özkan-Alku başlangıç grafiği 73

ġekil B.21 Deney no.01 Özkan-Alku sonlanma grafiği 80

ġekil B.41 Deney no.01 Chin-Kondner grafiği 87

(10)

ġekil B.61 Deney no.01 Decourt grafiği 94

ġekil B.81 Deney no.01 Brinch Hansen %80 grafiği 101

ġekil B.91 Deney no.01 Butler Hoy Yöntemi ile değerlendirme 105

(11)

ġekil B.101 Deney no.01 Davisson Yöntemi ile değerlendirme 110

ġekil B.111 Deney no.01 De Beer Yöntemi ile değerlendirme 115

ġekil B.121 Deney no.01 Fuller Hoy Yöntemi ile değerlendirme 120

ġekil B.131 Deney no.01 Mazurkiewicz Yöntemi ile değerlendirme 125

ġekil B.141 Deney no.01 Teğet Yöntemi ile değerlendirme 130

(12)

ġekil C.1 Deney no.01 verilerin %75’i ile Özkan-Alku grafiği 135

ġekil C.16 Deney no.01 verilerin %75’i ile Chin-Kondner grafiği 140

ġekil C.31 Deney no.01 verilerin %75’i ile Decourt grafiği 145

(13)

SEMBOL LĠSTESĠ

e : Kazığın elastik boy kısalması

Q : Kazığa uygulanan yük

L : Kazık boyu

A : Kazığın kesit alanı

D : Kazık çapı

E : Kazığın elastisite modülü

C1 : Doğrunun eğimi

C2 : Doğrunun “y” eksenini kestiği nokta

Q : Kazığa uygulanan yük

Qu : Kazığın göçme yükü

Qmax : Kazığa uygulanan en büyük deney yükü u : Göçme yükündeki oturma

 Oturma

T : Toplam oturma R : Kalıcı oturma

(14)

KAZIK YÜKLEME DENEYLERĠNĠN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ ĠLE ĠLGĠLĠ BĠR ĠNCELEME

ÖZET

Taşıma gücü probleminin aşılması için yapılan kazıklı temeller veya zeminin kazıklarla desteklenmesi gibi uygulamalarda kazık yükleme deneyleri çoğu zaman tasarımın bir parçası olarak işlev görür. Bu çalışmada, kazık yükleme deneylerinin sonuçları ele alınmış ve bu sonuçlar değerlendirilmiştir. Bunun için ilk önce kazıkların sınıflandırılması ve kazıkların taşıma kapasitesinin belirlenmesi ile ilgili genel ilkelere değinilmiştir.

Zeminin özellikleri ile kazık arasındaki ilişkilerin önceden tam olarak bilinemeyecek belirsizlikler taşıması, kazıkların bazı deney aşamalarından geçirilmesini gerektirir. Bu belirsizliklerin aşılması amacı ile yapılan deney ve kontrollere üçüncü bölümde değinilmiştir. Bu deneylerden, tezin konusuna esas oluşturan statik eksenel basınç deneyleri, şu amaçlarla yapılır.

1. Kazığın tasarım yükünde yaptığı oturmayı belirlemek 2. Kazığın göçme yükünü belirlemek

3. Tasarımın doğruluğunu kanıtlamak

Deney teknikleri, bu deneylerden elde edilen sonuçların kazığın emniyetle taşıyabileceği yükü belirlemekte kullanılacak güvenlik katsayısı üzerindeki etkisi ile yükleme deneylerinin kazık tasarımındaki yeri tartışılmıştır. Deneyde karşılaşılabilecek olumsuzlukların, deneyin değerlendirilmesi üzerindeki etkisi vurgulanmıştır. Bu kapsamda literatürde geçen yöntemlerden Davisson Yöntemi,

(15)

Decourt Yöntemi, Teğet (Mansur Kaufman) Yöntemi, Corps of Engineers Yöntemi, De Beer Yöntemi, Brinch Hansen %90 Yöntemi, Fuller-Hoy Yöntemi, ve Buttler-Hoy Yöntemi ayrıntılı bir şekilde işlenmiştir. Bunlardan Brinch Hansen %90 Yöntemi, ve Corps of Engineers Yöntemi haricinde kalan yöntemler, seçilen on adet göçmeye mümkün olduğu kadar yaklaşılmış deneyler üzerinde uygulanmış ve bu değerlendirmelerin sonuçları bir takım istatistik analizlerden geçirilerek tartışılmıştır. Literatür araştırmalarının sonunda kazık yükleme deneylerini değerlendirmek için yeni bir yöntem geliştirilmiş, ve bu yöntemin diğer yöntemler ile karşılaştırması yapılmıştır.

(16)

AN ANALYSIS ON INTERPRITATION OF FAILURE LOADS OF PILES FROM LOADING TEST RESULTS

SUMMARY

In the projects of structures that are supported by piles because of the bearing capacity problems, the function of the loading tests of piles, results of these tests, and interpritation of failure load from test results are to be part of the projects. In this study, static axial compression tests and interpritation of failure load from test results are covered. First of all classification of piles and determination of bearing capacity of piles are mensioned.

Relationships between the engineering properties of soils and the piles are sometimes can not be well defined because of the inaccuracy of the data obtained from the soil tests or the unknown behaviour of the piles. On this concept, some tests and controlling procedures are applied to the piles. These controlling and testing procedures are mensioned on chapter three. One of these tests which becomes the basis of this study is static axial compression test. Main purposes of static axial compression tests are known as:

1. To determine the settlement under working load of a pile 2. To determine the failure loads of piles

3. To approve the design considerations

General test procedures, effects of results from the static axial compression tests on the factor of safety, which is used to determine the allowable load of a pile, and the effects of the static axial compression tests on design process are discussed. Effects of undesirable faults through the test on interpritation of failure load from test data

(17)

Method, Chin Kondner Method, Decourt Method, Tangent (Mansur Kaufman) Method, Corps of Engineers Method, De Beer Method, Brinch Hansen 90% Method, Fuller-Hoy Method, and Buttler-Hoy Method are studied. Theese methods acsept Brinch Hansen 90%, and Corps of Engineers methods are applied to predict the failure loads of ten axial compression tests that are picked up from the literature. Results of the methods are expressed and discussed. In addition a new method for interpritating failure load from axial compression load tests of file is developed and discussed.

(18)

1. GĠRĠġ

Nüfus artışına bağlı olarak artan gereksinmeler ve gelişen teknolojinin getirdiği olanaklar ile birlikte kazıkların kullanım alanları oldukça genişlemiştir. Bunun sonucu olarak taşıma gücü düşük olan zeminlerin üzerine inşa edilmesi gereken yüksek yapılarda ve bunun gibi taşıma gücü probleminin aşılması ile üst yapının stabilitesinin sağlanması amacıyla kazıklı temeller veya zeminin kazıklarla desteklenmesi gibi uygulamalara oldukça sık gidilmektedir.

Üzerine gelecek yükleri taşıyarak ve aktararak yapının ayakta kalmasını sağlayan kazıkların üstlendiği bu önemli işlev nedeni ile kazık tasarımında belirli emniyet katsayıları kullanılarak, kazığın karşılaştığı yükleri güvenle taşıması ve bunu yaparken de deformasyonların yapıya zarar vermeyecek sınırlar içinde kalması sağlanır. Kazıkların tasarımında kullanılacak emniyet katsayıları zemin mekaniği ve geoteknik mühendisliğinin ilkelerine göre belirli bir sınıra kadar düşürülebilir. Özellikle maliyet ve zamanın önemi düşünüldüğünde, tasarımda kullanılacak emniyet katsayılarının değerleri daha da ön plana çıkmaktadır. Bir genelleme yapmak gerekirse; kullanılacak emniyet katsayılarının büyüklüğü belirsizliklerin fazlalığına, dolayısıyla da eldeki verilerin ne kadar güvenilir olduğuna ve bu verilerin değerlendirilmesine bağlıdır.

Belirsizliklerin azaltılması ve güvenilirliğin arttırılması için kazıkların bir takım kontrollerden geçirilmesi ve proje kapsamında bazı deneylerin yapılması gerekmektedir. Bu kontroller ve deneyler kazıkların tasarımında önemli yer oluştururlar.

Kazıkların düşey yükler altında davranışlarının nasıl olacağını tahmin etmenin en güvenilir yolu, kazığa öngörülen yükler ve koşullar altında statik eksenel basınç deneyinin uygulanmasıdır. Bu deneyler kazığa önceden belirlenmiş yükleri uygulayarak kazığın bu yükler karşısında yaptığı oturmaların ölçülmesi şeklinde yapılır. Bu deneylerin sonucunda elde edilen verilerden yola çıkarak kazığın göçme

(19)

deneyleri temel tasarımı sırasında yapılarak tasarıma esas oluşturacak pilot kazıkların denenmesi amacına hizmet edebileceği gibi, yapılan tasarımın kontrolü veya onaylanması için de yapılabilir.

Kazık yükleme deneylerinin değerlendirilerek kazıkların göçme yükünün tahmin edilmesi için araştırmacılar tarafından çeşitli yöntemler geliştirilmiş veya bir takım kriterler ortaya konmuştur. İlerideki bölümlerde kazıklar hakkında genel bilgilere değinilmiş, kazıklar üzerinde uygulanan deneyler tanıtılmış, bu deneylerden tezin çalışma konusuna esas oluşturan statik eksenel basınç deneyi daha ayrıntılı olarak irdelenmiştir. Daha sonra deneylerin değerlendirilmesinde kullanılan geniş kabul görmüş yöntemler anlatılmış ve bu yöntemlerden bazılarının uygulaması yapılmıştır. Bu uygulamalardan sonra kazık yükleme deneylerinin değerlendirilmesi için yeni bir yöntem geliştirilmiş ve bu yöntemin performansı araştırılmıştır.

(20)

2. KAZIKLAR ĠLE ĠLGĠLĠ GENEL ĠLKELER

Kazıklar üst yapıdan gelen yükleri gevşek ve zayıf tabakalardan veya sudan geçirerek taşıma gücü yüksek olan daha sıkı tabakalara veya kayalara aktarma işlevini gören yapı elemanlarıdır. Çok gevşek tabakaları geçerek taşıma gücü yüksek bir tabakaya belli bir uzunlukta soketlenen kazıklara uç kazıkları, derinlerdeki nispeten iyi özelliklere sahip zemin tabakaları ile kazığın yüzeyi arasında oluşan sürtünme kuvvetleri yardımı ile yükleri taşıma işlevi gören kazıklara sürtünme kazıkları adı verilir. Kazıklar üst yapıdan gelen basınç kuvvetlerini, çekme kuvvetlerini veya yanal kuvvetleri karşılamak üzere tasarlanırlar.

Bu bölümde kazıkların sınıflandırılması ve kazıkların taşıma kapasitesinin belirlenmesi ile ilgili genel ilkelere değinilmiştir.

2.1. Yükleri TaĢıma ve Aktarma Durumuna Göre Kazıklar

Yükleri taşıma ve iletme şekillerine göre kazıklar üç sınıfa ayrılır:

2.1.1. Uç kazıkları

Yükleri çok gevşek zemin tabakalarını veya su kütlesini geçerek taşıma gücü yüksek zemin tabakasına belli bir boyda yerleştirilerek uç direnci ile taşıyan kazıklardır.

2.1.2. Sürtünme kazıkları

Yükleri kazık yüzeyinde oluşan çevre sürtünmesi denilen sürtünme kuvvetleri ile taşıyan kazıklardır.

2.1.3. Sürtünme ve uç kazıkları

Yükleri oluşan çevre sürtünmesine ek olarak önemsenecek derecede uç direnciyle de taşıyan kazıklardır.

(21)

2.2. Zemin Ġçine YerleĢtirilme Tekniğine Göre Kazıklar

Kazıklar zemin içine yerleştirilme tekniğine göre iki ana guruba ayrılır:

2.2.1. Deplasman kazıkları

Zemin içine yerleştirilirken yerini aldıkları zemini kenara iterek zeminin yer değiştirmesine neden olan kazıklardır.

Çakma Kazıklar; dolu kesitli bir elemanın zemine yukarıdan kazık başına düşürülen bir ağırlık ile yerleştirildiği kazıklardır.

Yerinde Dökülen Çakma Kazıklar; kalın cidarlı, ucu kapalı çelik borunun zemine çakılıp içine donatı yerleştirildikten sonra geri çekilirken veya çekildikten sonra içine beton doldurulan kazıklar, prefabrik elemanın içine beton doldurularak yerleştirilen kazıklar veya zemine çakılan çelik borunun geri çekilmeden içine beton doldurulduğu kazıklardır.

Küçük Deplasman Kazıkları; dolu kesitli veya ucu kapalı çakılan kazıklara göre daha az kesit alanına sahip olan ucu açık prefabrik kazıklar, ucu açık çelik profil kazıklardır.

2.2.2. Deplasman yaratmayan kazıklar

Zeminde sondaj yapılarak çıkarılan zeminin yerine veya ucu açık bir çelik borunun zemine yerleştirilerek içindeki zeminin boşaltılıp yerine donatın ve betonun yerleştirildiği veya çelik borunun içi boşaltılmadan zemin içinde bırakıldığı kazıklardır.

2.3. Yapımında Kullanılan Malzemelere Göre Kazıklar

Yapımında kullanılan malzemelere göre kazıklar dört gurupta toplanır: 1. Betonarme Kazıklar

2. Çelik Kazıklar 3. Ahşap Kazıklar 4. Kompozit Kazıklar

(22)

2.4. Mini Kazıklar ve Mikro Kazıklar

Mini ve mikro kazıklar, çapları 5 – 30 cm arasında değişen ve 5 – 50 ton arasında servis yüküne göre tasarlanmış kazıklar olarak tanımlanabilir. Derin kazılarda, tarihi yapıların zeminlerinin iyileştirilmesinde, düşük taşıma kapasitesinin gerektiği derin temellerde ve bunun gibi projelerde kullanılırlar.

2.5. Kazıkların TaĢıma Gücü

Bir kazığa gelen düşey yük, kazığın uç direnci ve kazığın çevre sürtünmesi tarafından karşılanır. Kazıkların taşıma gücü aşağıdaki etkenlere bağlıdır. Bunlar aşağıdaki şekilde sıralanabilir[1]:

1. Zemin cinsi ve özellikleri 2. Yer altı su seviyesinin durumu

3. Kazığın taşıyıcı zemin tabakası içindeki uzunluğu 4. Kazık şekli ve kesit alanı

5. Kazığın yapımında kullanılan malzemenin cinsi 6. Kazığın yüzey yapısı

7. Kazığın uç bölgesinin şekli 8. Kazıkların konumları ve aralıkları 9. Kazık imalat tekniği

10. Kazığın imalatından sonra geçen zaman 11. Negatif çevre sürtünmesi

12. Dinamik etkiler

13. Kazığın çevresindeki zeminde oluşabilecek sistem dışı gerilmeler

Kazıkların taşıma gücünün bağlı olduğu etkenlerin birçok belirsizlik içermesi nedeniyle ve bu belirsizliklerin en aza indirilebilmesi için imal edilen kazıkların bir takım deneyler ile denenmesi gerekmektedir.

(23)

3. KAZIKLAR ĠLE ĠLGĠLĠ DENEYLER

Yüklerin zemine kazıklar ile aktarıldığı yapıların stabilitesinin sağlanmasında kazıkların projede planlandığı şekilde yerlerini almaları ve işlevlerini yerine getirmeleri büyük önem taşır. Zeminin özellikleri ile kazık arasındaki ilişkilerin kimi zaman olumsuz sonuçlara neden olabilecek belirsizlikler taşıması kazıkların bazı deney aşamalarından geçirilmesini gerektirir.

3.1. Statik Yükleme Deneyleri

Kazıkların taşıma gücü ve yapacağı deplasmanlar arazi ve laboratuvar deneyleri ile belirlenen zemin özelliklerinin, ampirik ve yarı ampirik formüller ile değerlendirilmesiyle belirlenir, ancak bu hesapların kazıklar üzerinde yapılacak bir takım deneyler ile sağlamalarının yapılması, statik kazık yükleme deneylerinin en önemli yapılma nedenidir. Statik kazık yükleme deneyleri en basit anlatımla, kazıkların belirli zaman aralıklarında yüklenerek bu yüklerin neden olduğu deplasman değerlerinin ölçüldüğü deneylerdir.

1. Pilot kazıklar üzerine yapılan statik yükleme deneyleri: Eğer kazık tasarımı kazık yükleme deneyi temel alınarak yapılıyorsa, deney kazığı mümkün olan en büyük yüke kadar yüklenir.

2. Çalışan kazıklar üzerinde yapılan statik yükleme deneyleri: belirsizliklerin fazla olmadığı veya zemin özellikleri hakkında güvenilir verilere sahip olunduğu durumlarda, daha sonra projede kullanılacak bir kazık üzerinde servis yükünün 2 katı kadar yüklenen kazığın davranışının hesaplar ile uyuşup uyuşmadığı kontrol edilir.

(24)

3.1.1. Statik eksenel basınç deneyi

Kalibre edilmiş hidrolik pompa veya ağırlıkları önceden bilinen bloklar ile yüklenen kazıkların her yük kademesi için yük-oturma değerlerinin belirlenmesi şeklinde yapılan bu deneyin amacı kazığın düşey yük taşıma kapasitesini ve bu yük altında yapacağı oturmanın belirlenmesidir. Tipik eksenel basınç deneyinin kurgusu Şekil 3.1 ve Şekil 3.2’de şematik olarak gösterilmiştir.

R efer a n s kirişi D en ey K azığı H id r olik sistem D ep la sm a n ölçer Y ükler

ġekil 3.1. Belirlenmiş Ağırlıklar ile Yapılan Basınç Deneyi [2]

İtm e kolu M a fsa l Basın ç ölçer d ep la sm a n ölçer

(25)

3.1.2. Statik eksenel çekme deneyi

Kazıklar, rüzgarın etkisindeki uzun yapılarda üst yapıya gelen yanal kuvvetlerden oluşan momentlerin kazıklarda oluşturduğu çekme kuvvetleri ile veya yer altı su seviyesinin altında bodrum katları olan yapılarda suyun kaldırma etkisinin sonucunda ortaya çıkan çekme kuvvetleri ile karşı karşıya kalabilir. Yapılarda ortaya çıkan bu tip iç tesirleri karşılamak amacı ile tasarlanan kazıkların çekme kuvvetlerini güvenle karşılayabilecek şekilde tasarlanması gereklidir. Bu tarzda yükleri temsil edebilmek için kazıklara statik eksenel çekme deneyi uygulanır. Tipik eksenel çekme deneyinin kurgusu Şekil 3.3’te şematik olarak gösterilmiştir.

H id rolik k rik o

Ç ekm e elem anı k rik o

D epls. ölçer

R eferans kirişi R eaksiyon kazığı D eney kazığı

ġekil 3.3. Eksenel Çekme Deney Düzeneği [3]

Eksenel çekme deneylerinde iki ana deney tekniğinden söz edilebilir. Bunlardan birincisi, yükün adım adım uygulanarak kazığın yaptığı deplasmanların ölçüldüğü deneyler, ikincisi yüklerin kazığın sabit bir hızla yukarı çekilebileceği şekilde uygulandığı sabit çekme hızlı yükleme deneyidir.

3.1.3. Yanal yükleme deneyi

İstinat duvarları ve limanlar gibi zemine yanal kuvvetler aktaran yapılarda bu kuvvetleri karşılamak için kazıklardan faydalanıyorsa, bu kazıklar üzerinde yanal yükleme deneyi uygulanır. Tipik yanal yükleme deneyinin kurgusu Şekil 3.4’te şematik olarak gösterilmiştir.

(26)

R e a k siyon siste m i D e p la sm a n ölçer R e fe ra n s kirişi H id rolik k rik o D en ey k az ığ ı (a ) H id rolik k rik o D ep lasm an ölçer R eferan s kirişi D en ey kazığı (b ) H idrolik kriko D ep la sm a n ölçer R eferans kirişi D eney kazığı (c )

(27)

Bu deneyde kazığa yanal yük uygulanarak uygulanan yüklere karşılık gelen kazığın yaptığı yanal deplasmanlar ve kazığın içine yerleştirilecek eğim ölçer yardımıyla kazığın eğimindeki değişimler ölçülür.

3.1.4. Osterberg deneyi

Özel bir firma tarafından geliştirilen bu yöntem, statik eksenel yükleme deneyinin modifiye edilmiş bir şekli gibi düşünülebilir. Klasik yükleme deneyinde yükün uygulanması için bir kriko ve bu krikonun dayandığı bir reaksiyon sistemini kullanılırken, Osterberg deneyinde kazık ucuna imalat sırasında yerleştirilen Osterberg hücresi kullanılır. [5]

Klasik yükleme deneyinde kazık çevresi sürtünme direnci ve uç direncinin ölçülebilmesi için gerilme ölçerlerin kullanılması gereklidir. Kazığın uç tarafından yüklendiği bu deney tekniğinde uç ve çevre dirençleri otomatik olarak ayrı ayrı ölçülür. Bunlardan biri göçmeye yöneldiğinde deney sonlanır.

Kullanılan aygıt geri çekilemediği için bir daha kullanılamaz, ancak reaksiyon sistemi kazığın kendisi olduğundan klasik kazık yükleme deneyinde uygulanan büyük yüklere, büyük reaksiyon sistemlerine gerek duyulmadan ulaşılabilir. Yaygın kullanılmıyor oluşu bu deney tekniğinin dezavantajıdır.

3.2. Süreklilik deneyleri

Kazıkların işlevlerinin yerine getireceğinden emin olmak için uygulanan deney guruplarından biri de süreklilik deneyleridir. Bu deneylerin amacı kazığın içinde çatlak, kırık ve boşlukların olup olmadığını kontrol etmektir. Bu grupta yapılan deneyler genelde özel firmalar tarafından üretilmiş aygıtlar ve bu aygıtlardan gelen verilerileri görüntüleyecek veya değerlendirecek özel yazılımlar kullanılarak yapılır. Bu deneyleri genel olarak şu sınıflara ayırmak mümkündür. [6,7]

3.2.1. Kazarak yapılan kontroller

Kazık boyu kadar kazı yapmak mümkün olmadığından bu yöntem genelde kazığın zemin yüzeyine yakın kısımlarında oluşabilecek çatlakların ve kırılmaların kontrol edilmesi amacıyla kullanılır. Kazık çevresi kazılarak kazığın baş kısmı gözlemlenir. Genelde çakım sırasında kazık başının zarar gördüğü durumlarda, çakma kazıklar

(28)

için uygulanır. Zaman alıcı ve ekonomik olmayan bir yöntem olduğu için her kazığın kontrol edilmesi amacı ile kullanılması uygun değildir.

3.2.2. Kazığın delinmesi ile yapılan kontroller

Karot alınarak veya sondaj ile açılacak delikler yardımı ile kazığın sürekliliği kontrol edilebilir. Özellikle karot alma yönteminde kazığın dayanımı da alınan numunelerin test edilmesi ile kontrol edilebilir, ancak bu yöntem ekonomik değildir. Kazığın imalatından kaynaklanan düşeylik problemi varsa, açılacak deliğin kazık şaftından dışarı çıkması da bu tür kontrollerin yapılmasını engeller, bu nedenle bu tür yöntemler küçük çaplı kazıklarda uygulanmaz.

Kazığın içinde açılan deliğin içine bir kamera sarkıtılarak, eğer varsa boşluklar, çatlaklar veya kırıklar gözlenebilir, ayrıca açılan deliğin içinin su ile dolması da kazık içindeki boşluklara işaret eder.

3.2.3. Akustik yöntemler

Kazığın içindeki deliğe indirilen ses dalgaları yayan bir verici yardımıyla yapılan bu deney yönteminde, bu dalgaların kazığın içinde yayılma hızı bir alıcı vasıtasıyla belirlenip görüntülenir. Görüntülenen dalgaların durumundaki anormallikler kazığın içindeki süreksizliğe işaret eder. Ayrıca çeşitli yazılımlar ile yapılan korelasyonlar aracılığıyla kazık malzemesinin özellikleri de belirlenebilir.

3.2.4. Radyometrik yöntemler

Radyometrik yöntemlerin uygulanma tarzı akustik yöntemlerin uygulanma tarzı ile aynıdır, ancak bu tip yöntemlerde ses dalgaları yerine gama ışınları veya nötron emisyonları kullanılır. Bu deneylerin verdiği malzeme özellikleri ile ilgili sonuçlar oldukça güvenilir olmasına rağmen, deneyin uygulanması için arazide kalifiye elemanlara gereksinme duyulması ve ekipmanın araziye taşınması ekonomik olmadığından çok sık kullanılan deneyler değildir.

3.2.5. Sismik deneyler

Bu yöntemde kazık başına ağırlık düşürülerek oluşan dalgaların kazık ucundan yansıyarak geri gelmesi için geçen zamanın gözlenmesi söz konusudur. Çok basit oluşu nedeniyle kazıkların sürekliliğinin kontrolünde en çok kullanılan yöntem

(29)

budur. Ekli imal edilen kazıklarda güvenilir sonuçlar vermez, ancak eksiz kazıklarda güvenilir sonuçlara ulaşılabilir.

3.2.6. Dinamik deneyler

Kazık başına takılan bir aygıt tarafından oluşturulan vibrasyona kazığın verdiği tepkiler kaydedilir ve çeşitli yazılımlar ile değerlendirilir. Bu tip deneylerin standart bir uygulama tekniği yoktur. Çeşitli firmalar tarafından geliştirilen aygıtlar ve yazılımlar ile bazı deneylerde kazığın göçme yükü ile ilgili korelasyonların yapılması mümkündür.

3.2.7. Yükleme deneyleri

Yükleme deneyleri sonucunda da kazığın içindeki süreksizlikler hakkında bilgi edilebilir. Ancak yükleme deneyleri esas olarak süreklilik kontrolü için değil, kazığın göçme yükünü belirlemek için yapıldığından, süreklilik kontrolü için ekonomik bir yöntem değildir. Şekil 3.5’teki grafikler, kazığın içindeki bir boşluk veya çatlağın olması durumunda, yük-oturma grafiğinde bunun nasıl ortaya çıkabileceği hakkında bilgi vermektedir. Y ü k O tu rm a

U ygulanan yük ile kazığın kırılm ası B eklenen

yük-oturm a eğrisi

K azık içindeki boşluğun uygulanan

yük ile kapanm ası

Y ü k O tu rm a B eklenen yük-oturm a eğrisi

(30)

4. STATĠK EKSENEL BASINÇ DENEYĠ

Kazıklı temeller ile tasarlanan projelerde hesaplanan göçme yükünün sağlamasının yapılması ve kazıkların yük altındaki davranışlarının tasarım sırasında yapılan kabullere uygun olup olmadığının araştırılması için projenin bir parçası olarak kazık yükleme deneyi yapılmaktadır. Bu deneyin yapılmasındaki en büyük neden, deney sonucunda elde edilecek verilerin yorumlanarak kazık taşıma kapasitesinin saptanması olarak gösterilebilir. Kazık yükleme deneyinin yapılmasının amaçları şunlardır:

1. Kazığın tasarım yükünde yaptığı oturmayı belirlemek 2. Kazığın göçme yükünü belirlemek

3. Tasarımın doğruluğunu kanıtlamak

Yapılacak deneyin amacına hizmet edebilmesi için en önemli etkenler, uygulanacak deney tekniğinin ve seçilecek deney kazığının özelliklerinin projede öngörülen yükleme, drenaj gibi koşulları, zeminin ve diğer kazıkların özelliklerini mümkün olduğu kadar ideal bir şekilde temsil edebilmeleridir.

4.1. Deney Teknikleri

Aşağıda, mühendisler tarafından en çok kullanılan kazık yükleme deneyi teknikleri ana hatları ile açıklanmış, her bir tekniğin önemli avantaj ve dezavantajları belirtilmiştir. [2]

4.1.1. YavaĢ adımlı yükleme deneyi (SM)

Bu deney tekniği ASTM D1143-81 (1994) standart yükleme deneyi olarak da bilinir. Buna göre deney kazığı servis yükünün %25’ine eşit yük kademeleri ile servis yükünün %200’üne ulaşılıncaya kadar yüklenir. Yükleme işlemi sırasında her yük kademesi için 1 saat beklenerek 5, 10, 15, 30 ve 60. dakikalarda oturma okumaları

(31)

kademesine geçilir. İki yük kademesi arasında en fazla 2 saat beklenir. Kazığın oturma hızı 2 saat sonunda 0.25 mm/saat değerine düşmemişse, bir sonraki yükleme kademesine geçilmelidir. Servis yükünün %200’üne ulaşıldığında en az 12, tercihen 24 saat olmak üzere oturma hızı 0.25 mm/saat oluncaya kadar beklenip aynı yük kademeleri 1’er saat arayla boşaltılarak deney tamamlanır. Bu deneyin avantajları, uygulamanın karmaşık olmaması, geniş kullanım alanı olması ve servis yükündeki oturmanın yaklaşık olarak belirlenebilmesidir. Deneyin zaman alması ise bir dezavatajdır.

4.1.2. Çevrimli (döngüsel) yükleme deneyi (SC)

Çevrimli yükleme deneyinde de kazık servis yükünün %25’ine eşit yük kademeleri ile adım adım yüklenir. Bu deney tekniğinde kazık ilk önce servis yükünün %50’sine kadar yüklendikten sonra yük boşaltılır. Yükleme-boşaltma işlemi istenilen en büyük yüke ulaşılıncaya kadar servis yükünün yarısına eşit yük değerleri için tekrarlanır. Yükleme işlemleri sırasında iki kademe arasında 1 saat, boşaltma işlemleri sırasında 20 dakika beklenmelidir. Deneyin çok uzun sürmesi ve tekrarlı yülemelerin kazık davranışını değiştirmesi dezavantajdır, ancak tekrarlı yüklemelerin söz konusu olduğu projelerde uygulanması uygundur.

4.1.3. Hızlı adımlı yükleme deneyi (QM)

Bu deney tekniğinde yükleme işlemi servis yükünün %10-15’ine eşit yükleme adımları ile yürütülür. Her yük kademesi arasında 2.5 dakika beklendikten sonra bir sonraki yük artırımı yapılır. İstenilen en büyük yük değerine ulaşıldığında kazık tamamen boşaltılır. Boşaltma işlemi tercihen 4 eşit yük kademesinde 5’er dakika beklenerek yapılır. Deneyin hızlı ve ekonomik olması avantajdır, daha çok drenajsız durumu temsil eder ve bu yüzden oturma tahmini yapmaya uygun sonuçlar vermez.

4.1.4. Sabit penetrasyon hızlı yükleme deneyi (CRP)

Sabit penetrasyon hızlı yükleme deneyinde uygulanacak yük kademeleri kazığın saatte kazık çapının %1’ine eşit oturma yapacağı şekilde seçilir ve kazığın oturması kazık çapının %10’una ulaşıncaya kadar yükleme işlemi sürdürülür. Bu deneyin uç kazıklarında uygulanması pratik değildir, çünkü bu tip kazıklarda gerekli sabit oturma hızının sağlanabilmesi için çok büyük yük değerlerine ihtiyaç vardır. Öte yandan 2 –3 saatlik deney süresi deneyin avantajıdır.

(32)

Şekil 3.6’da değişik deney tekniklerinin zamana bağlı karşılaştırmaları bir grafik üzerinde görülmektedir. Z a m a n (sa a t) C R P Q M S M S C Y ü k

ġekil 4.1. Deney Tekniklerinin Zamana Bağlı Karşılaştırılması [8]

Şekil 3.7’de deney tekniklerinin uygulandığı kazıkların yük-oturma davranışları aynı grafik üzerinde karşılaştırılmıştır.

C R P Q M S M S C O tu rm a Y ük

(33)

4.2. Deney Sonuçları ve Güvenlik Katsayısı

Kazık yükleme deneyinin yapılma amacı elde edilecek deney verilerinden yola çıkarak kazığın göçme yükünün saptanmasıdır. Göçme yükü saptandıktan sonra bu değer güvenlik katsayısına bölünerek projeye esas olacak kazığın taşımasına izin verilen en büyük yük bulunur. Kullanılacak güvenlik katsayısı deney sonuçlarının yorumlanmasına, deneyin yapılma koşullarına ve yapılan deneylerin diğer kazıkları temsil edebilme derecesine bağlı olarak 2 ila 4 arasında değişiklik gösterebilir. [9] Genel olarak bu değer projenin başlama aşamasında, kullanılacak kazık çapları ve boyları belirlenmeden önce yapılıyorsa 2.5, proje bitim aşamasında, yani kazıkların deney kazığı tarafından temsil edilebileceği durumlarda 2.2, proje bittikten sonra proje yükünü kanıtlamak için yapılan deneylerde 2 olarak düşünülebilir. [9]

Güvenlik katsayısı daha güvenli tarafta kalan değerler verdiği bilinen değerlendirme yöntemlerinde (örneğin Davisson yöntemi) küçük, büyük göçme yükü verdiği bilinen değerlendirme yöntemlerinde (örneğin Chin Kondner yöntemi) daha büyük değerler alınarak kullanılabilir.

Kazıkların göçme yükünün ve tasarım yükünün bulunmasında sadece kazık yükleme deneylerinden elde edilecek sonuçların yeterli olmadığı bilinmelidir. Bu sonuçların gerçek duruma yakın yorumlanması tasarımcının deneyimine, öngörülen etkenlere, deneyin yapılması sırasında karşılaşılabilecek sorunlara ve deneyin her aşamasının gerçek durumları ne kadar iyi temsil ettiğine bağlıdır.

4.3. Yükleme Deneyleri ve Kazık Tasarımı

Kazık yükleme deneylerinin kazıkların projelendirilmesinde kullanılabilecek önemli sonuçlar verdiği düşünülecek olursa deneyin yapılma aşamasında aşağıdaki hususlar göz önüne alınmalıdır. [2]

1. Kohezyonlu zeminlerde uygulanan çakma kazıklarda, kazık çakımı ile deneyin yapılması arasında ortaya çıkan ek boşluk suyu basıncının normal duruma geri dönmesi ve zeminin toparlanması için yeterli zamanın geçmesine izin verilmelidir. Bu zaman, oluşan ek boşluk suyu basıncının büyüklüğüne, kazık çakımı sırasında zeminin örselenme derecesine ve zemin özelliklerine bağlı

(34)

olarak en az 3 gün, normal koşullarda 30 gün, hatta bazı durumlarda daha uzun olabilir.

2. Yerinde dökülen beton kazıklarda, kazığın dayanımını kazanması için yeterli zamanın geçmesi beklenmelidir. Bu zamanın alınan silindir numunenin dayanımını kazanması için geçen zamandan daha uzun bir zaman olabileceği göz önünde bulundurulmalıdır.

3. Deney kazığını kazık göçene kadar yüklemek tasarımı yapan mühendise önemli bilgiler verebileceğinden, deney kazığının göçme durumu gözlenene dek yüklenmesi tavsiye edilir. Böylece temel tasarımı ile birlikte yürütülen deneyler sırasında değişik tip kazıkların performansları karşılaştırmalı olarak ortaya konulabilir, optimum kazık tipi ve tasarım yükünün daha emin bir şekilde seçilmesi sağlanmış olur.

4. Deney kazığı eğer öngörülen yükten farklı bir yükte göçme eğilimi gösteriyorsa, göçme yükünün daha kesin belirlenebilmesi için yükleme kademeleri arttırılabilir veya azaltılabilir.

4.4. Değerlendirmeyi Olumsuz Etkileyebilecek Etkenler

Kazık yükleme deneyinin değerlendirilmesi sonucunda elde edilecek göçme yükü deney sırasında veya sonradan karşılaşılacak bazı olumsuz koşullardan etkilenebilir. Belirlenen göçme yükünün kazığın kullanım alanına ve amacına uygun olması için bazı noktalara dikkat edilmesi gerekmektedir. Bu olumsuz koşullar ve dikkat edilmesi gerekli noktalar şu şekilde özetlenebilir: [2]

Kazık şaftında ve ucundaki yük dağılımı rezüdiel yüklerin varlığı durumunda öngörülenden farklı olabilir.

Çekme kazıklarının deney kazığının bulunduğu bölgedeki zeminden destek aldığı durumlarda, kazık çevresindeki sürtünme kuvvetleri ile çekme kazığının zemine aktardığı yükler etkileşime girip, sonuçların beklenenden farklı olmasına neden olabilir.

İnce daneli zeminlerde inşaat kazısı, kazık çakma ve diğer inşaat işleri nedeni ile boşluk suyu basıncının değişime uğraması, kazığın çevre sürtünmesini

(35)

Koşulların yükleme deneyi yapıldığı zaman ile inşaatın bittiği zamanda aynı olmaması, örneğin yeraltı su seviyesinin zaman içinde değişmesi veya arazide sonradan yapılacak teraslama çalışmaları, bulunacak yük değerinin gerçek değerden farklı olmasına neden olabilir.

Kazık çevresindeki zeminin (örneğin o bölgedeki bir kazı sebebi ile) kazıktan aktarılan gerilmelere beklenenden daha az direnç göstermesi sonuçları değiştirebilir. Kazığın tek başına test edildiğinde olan davranışıyla, grup içindeki davranışının birbirinden farklı olabileceği düşünülmelidir.

Sünme, çevresel faktörlerin kazık malzemesine etkisi, önceden olmayan negatif çevre sürtünmesinin oluşması, kazığın dayanımını azaltıp uzun dönem performansını olumsuz etkileyebilir.

Kazıkların kullanıldığı yapının tipi, oturmalara, ölü ve hareketli yüklerin durumuna karşı olan toleransı göçme yükünün belirlenmesi işlemleri sırasında göz önünde bulundurulmalıdır.

Değişik kriterlerin ve değerlendirme yöntemlerinin bazı özel deney teknikleri için geçerli sonuçlar verdiği unutulmamalıdır.

Deney yapılan kazığın, deney yapılmayan diğer kazıkları temsil edebilmesi için zemin koşullarının ve kazığın yapısal durumunun da diğer kazıklar ile benzer koşullarda olması gerekmektedir.

(36)

5. DENEY SONUÇLARINI DEĞERLENDĠRME YÖNTEMLERĠ

Literatürde ve çeşitli standartlarda kazık yükleme deney sonuçlarının yorumlanması ve bu sonuçlardan deney kazığının göçme yükünün tahmin edilebilmesi için birçok kriter ve yönteme rastlamak mümkündür. Bunlar toplam oturmayı, plastik oturmayı veya oturma/yük oranlarını sınırlandıran çeşitli kriterler ile yük-oturma verilerinin dağılımını yorumlayan yöntemler olarak özetlenebilir.

Yük-oturma verilerinin dağılımını yorumlayarak göçme yükü tahmini yapılması için geliştirilmiş yöntemler bazen birbirinden farklı, bazen de birbirine yakın yaklaşımlar sonucunda göçme yükünün elde edilmesine olanak verir. Bu yaklaşımlar çoğunlukla yük-oturma eğrisi üzerinde yapılan yoruma dayalı, yük-oturma dağılımının hiperbolik eğri oluşturmaya eğilimli olduğu kabulüne dayalı, verilerin değişik fonksiyonlara eğilimini vurgulayan veya çeşitli kriterler ile bu kabulleri birleştiren yaklaşımlar olarak karşımıza çıkmaktadır.

5.1. Göçme Yükü

Derin temeller söz konusu olduğunda iki göçme mekanizmasından söz edilebilir. Bunlardan biri yapının göçmesi, diğeri zeminin göçmesidir. Zemin mekaniği ilkelerine göre kazığın göçmesi yükte herhangi bir artış olmadığı halde oturma yapmaya devam ederek zemine gömülmesi durumudur. Yapı mühendisliğine göre göçme, kazığın belli bir oturma yaparak yapıda kabul edilebilir distorsiyonun üzerinde distorsiyona ve yapısal elemanlarda çatlakların oluşmasına neden olan durum olarak tanımlanır. Bu tanıma göre izin verilen oturma, kazığın zeminin taşıma kapasitesinin aşıldığı andaki oturmadan çok daha küçük bir değer olabilir.

Literatürde göçme yükünün tanımlanması ile ilgili çeşitli yorumlara rastlamak mümkündür. Bunlardan başlıcaları şunlardır:

1. Oturmanın uygulanan yükte bir artış olmamasına rağmen artış gösterdiği yük 2. Oturmanın kazık çapının %10’una ulaşmasına neden olan yük

(37)

3. Oturmanın uygulanan yüke göre orantısız bir biçimde artmaya başladığı andaki yük

4. Plastik akmaya veya 6 mm plastik oturmaya neden olan yük

5. Yük-oturma eğrisinin ilk ve son kısımlarına çizilecek teğetlerin kesiştiği noktaya karşılık gelen yük

6. Yük-oturma eğrisinin eğiminin 0.25 mm/ton değerini aldığı noktadaki yük

5.2. Kazık Yükleme Deneylerini Değerlendirme Yöntemleri

Bu bölümde ele alınan yöntemler, daha çok genel durumlar için geliştirilmiş, yaygın uygulama alanı olan ve pratikte daha çok kullanılan, literatürde geniş kabul gören ve irdelenen yöntemlerdir.

5.2.1. Davisson yöntemi

Davisson, kazıklarda göçme yükünün tahmini için gereken bir oturma değeri tanımlamış ve bu oturmaya karşılık gelen yükün göçme yükü olarak kullanılmasını önermiştir. [10] Buna göre;

e  QL/AE (5.1)

x = 3.81 + D/120 olmak üzere, (5.2)

Burada: e : kazığın elastik boy kısalması (mm) Q : kazığa uygulanan yük

L : kazık boyu

A : kazığın kesit alanı

E : kazığın elastisite modülü

Kazığın elastik boy kısalması(e) hesaplanıp, (bu değer yük-oturma eğrisinden de elde edilebilir) grafikteki eğri üzerinde işaretlendikten sonra orijinden elastik yerdeğiştirme doğrultusuna paralel bir doğru çizilir. (Şekil 5.1.) Yine bu doğruya paralel ve bu doğruya x uzaklığında çizilen doğrunun yük-oturma eğrisini kestiği noktaya karşılık gelen yük değeri kazığın Davisson yöntemine göre göçme yüküdür.

(38)

0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 O tu r m a,  (m m ) Y ü k , Q ( t o n ) Qu e x = 3 .8 1 + D /1 2 0 \\ \\ \\

ġekil 5.1. Davisson Yöntemi

Bu yöntem özellikle yavaş adımlı (QM) yükleme deneyi ve çakma kazıklar için önerilir. Eğriyi kesen doğrunun önceden çizilebilmesi mümkün olduğundan, deney sırasında uygulayıcıya yorum yapabilme olanağı vermesi, Davisson yönteminin bir avantajıdır. Öte yandan bu yöntemin sonucunda elde edilen göçme yükü değeri genel olarak diğer yöntemler ile karşılaştırıldığında, daha düşük bir göçme yükü değeridir. Yöntemin diğer avantajları ise, sık kullanılıyor olması ve kazığın fiziksel özellikleri dikkate alınarak değerlendirmeye gidilmesidir. Kazık imalatından kaynaklanan elastisite modülünün kazığın her yerinde eşit olmaması durumunda değerlendirmenin bundan etkilenmesi bu yöntemin dezavantajıdır.

5.2.2. Brinch Hansen %80 yöntemi

Brinch Hansen’e göre, yükün %80’indeki oturmanın 4 katı oturmaya neden olan yük değeri göçme yüküdür. [11] Bu yöntemde göçme yükü, yük-oturma eğrisinin üzerinde yapılacak bir uygulama ile yaklaşık olarak tahmin edilebileceği gibi, tam sonuca ulaşmak için analitik çözüm de yapılabilir.

Buna göre her deplasman değerinin karekökünün karşılık gelen yük değerine bölünmesinden elde edilen değer ile yerdeğiştirme değerinin grafiği çizilir. Bu grafik

(39)

belli bir noktadan sonra doğrusallaşır. (Şekil 5.2.) Göçme yükü şu şekilde hesaplanabilir: Göçme Yükü: 1 2 1 2 u Q C C  (5.3)

Göçme Yükünde Deplasman: 2

1 u

C C

  (5.4)

Burada: C1 : doğrunun eğimi

C2 : doğrunun y eksenini kestiği nokta

y = C1x + C2 0 ,0 0 0 ,0 2 0 ,0 4 0 ,0 6 0 ,0 8 0 ,1 0 0 ,1 2 0 ,1 4 0 1 0 2 0 3 0 4 0 o tu rm a , (m m )  1 /2 /Q ( m m /t o n ) C1 1 C2

ġekil 5.2. Brinch Hansen %80 Grafiği

Yöntemde ayrıca grafiğin doğrusal olduğu bölüm için ideal yük-oturma eğrisi tanımlanır. (Şekil 5.3) Bu eğrinin denklemi:

1 2 Q C C     (5.5)

(40)

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 O t u r m a ,  ( m m ) Y ü k , Q ( to n ) 0 .8 Qu Qu 0 .2 5u u y ük -o t urm a eğrisi ideal eğri

ġekil 5.3. Brinch Hansen %80 Yük-Oturma Eğrisi

Sonucun doğruluğundan emin olabilmek için, ideal eğrinin göçme yükünün %80’i olan yük değerinde yük oturma eğrisine yaklaşık olup olmadığı grafik üzerinde kontrol edilmelidir. Eğer bu durum sağlanmıyorsa, deneyde kullanılan son yük, göçme yükü olarak kabul edilir.

Brinch Hansen yöntemi hızlı adımlı (QM) ve yavaş adımlı (SM) yükleme deneylerinin her ikisi için de tavsiye edilir, ancak yöntemin daha emin sonuçlar vermesi için göçme mekanizmasının zımbalama türünde olması gerektiği bilinmektedir. Ayrıca bu yöntemin deney sırasında uygulanması mümkün değildir.

5.2.3. Mazurkiewicz yöntemi

Bu yöntemde önce yük-oturma eğrisi çizilir. Daha sonra oturma ekseninde eşit aralıklı ardışık noktalar seçilir ve bu noktalardan yük-oturma eğrisini kesecek şekilde dik doğrular çıkılır. Bu doğruların eğriyi kestiği noktalardan başlayarak çizilecek yatay doğrular yük eksenini kesip geçecek şekilde uzatılır. Yatay doğruların yük eksenini kestiği noktalardan yük ekseni ile 45o_{’lik açı yapacak şekilde doğrular}

(41)

oturur. (Şekil 5.4) Bu doğru belirlenir ve yük eksenini kesecek şekilde uzatılır. Bu doğrunun yük eksenini kestiği noktadaki yük değeri göçme yüküdür. [12]

0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 O tu r m a,  (m m ) Y ü k , Q ( t o n ) Qu

ġekil 5.4. Mazurkiewicz Yöntemi

Bu yöntemde elde edilen noktaların bir doğru üzerine düşmesi yük-oturma eğrisinin parabolik olduğu kabulüne dayanır, dolayısıyla yöntemden elde edilen göçme yükü değeri Brinch Hansen %80 yönteminden elde edilen sonuca yakın bir değerdir. Noktaların tam olarak bir doğru üzerine düşmesi beklenemez, dolayısıyla çizilecek doğru seçilen eşit aralıklı oturma sayısına, grafiğin ölçeğine, ve geçirilen doğruya göre değişiklikler gösterebilir, bu da bulunacak göçme yükü değerini etkileyecektir.

5.2.4. Chin Kondner yöntemi

Bu yöntem Hansen ve Decourt yöntemlerine benzerdir. Uygulanırken önce her yük değeri karşılık gelen yerdeğiştirme değerine bölünerek yerdeğiştirme/yük -yerdeğiştirme grafiği çizilir. (Şekil 5.5) Grafikteki noktalar belli bir değerden sonra doğrusal eğilim gösterir. Bu noktaların oluşturduğu doğrunun eğiminin tersi(1/C1)

(42)

y = C1x + C2 0 ,0 0 ,1 0 ,2 0 ,3 0 ,4 0 ,5 0 ,6 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 o tu rm a , (m m )  /Q ( m m /t o n ) 1 C1 C2

ġekil 5.5. Chin Kondner Grafiği

Göçme Yükü : 1 1 u Q C  (5.6)

C1 : Chin Kondner grafiğinde doğrunun eğimi

Bu yöntem ayrıca yük-oturma grafiğinde Chin Kondner grafiğinin doğrusal eğilim gösteren noktaları için yük-oturma eğrisini de tanımlar. (Şekil 5.6) Bu eğrinin denklemi şöyledir: 1 2 Q C C     (5.7)

(43)

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 O t u r m a ,  ( m m ) Y ü k , Q ( to n ) y ük -o t urm a eğrisi ideal eğri Qu u

ġekil 5.6. Chin Kondner Yük-Oturma Eğrisi

Eğer deneyde bir olumsuzluk var ise Chin Kondner grafiğindeki doğrusal bölgedeki noktaların bir bölümü doğrunun dışına çıkar. Bu sebeple bu yöntem deneyin yapılışı sırasında uygulanırsa, uygulayıcıya deneyin gidişatı hakkında önemli bilgiler verir ve deneye gerekli müdahalenin zamanında yapılmasına olanak sağlar.

Bu yöntemde elde edilen göçme yükü değeri diğer yöntemler arasındaki en büyük değerdir ve Davisson göçme yükünün %20 ila %40 fazlasını vermesi beklenir. Eğer bu durum böyle değilse deney verilerinin bu yönteme uygunluğu kontrol edilmelidir. Chin Kondner yöntemi yavaş adımlı(SM) ve hızlı adımlı(QM) deney yöntemlerinin ikisinde de uygulanabilir. Yöntemin mantıklı sonuç vermesi için zaman aralıklarının sabit olması ve uygulanan yükün Davisson göçme yükünü geçmiş olması tavsiye edilir[2][5]. Bir başka deyişle, kazık oturmasının elastik sınırları aşıp plastik oturma yaptığı deneylerde bu yöntem uygulanabilir.

5.2.5. Decourt yöntemi

Bu yöntem Hansen ve Chin Kondner yöntemleri ile benzerlikler gösterir. Her yük değeri karşılık gelen yerdeğiştirme değerine bölünerek elde edilen değerler ile yük/yerdeğiştirme-yük grafiği çizilir. (Şekil 5.7) Ortaya çıkan grafikteki eğri absise yaklaştığında doğrusal bir hal alır ve bu doğru uzatıldığında absis ile kesişir.