Kayaya Soketlenen Kazıklar

Kayaya Soketlenen Kazıklar

Daha önceki yazımızda Kazıklı temellerin taşıma gücü formüllerinden, kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerde sürtünme ve uç dirençlerinin nasıl bulunacağından, güvenlik faktörü yaklaşımından vs. bahsetmiştik.

Bu yazımızda kayaya soketlenen kazıklardan bahsedeceğiz;

Kayaya soketlenen kazıklarda kazık taşıma kapasitesini genellikle kazığın imal edildiği malzemenin emniyet gerilmesi belirler.(Betonarme kazık da σ_basınç  ≤ fck/4 ve çelikte ise σ≤fyk/2 olması istenir.) Kazık ucunun yumuşak, çatlaklı veya ayrışmış kayaya soketlenmesi durumunda literatür de bulunan korelasyonlar kullanılmaktadır. Kayaya soketlenen kazıkları ‘Çakma Kazıklar’ ve ‘Sondaj Kazıkları’ altında anlatmak mümkündür;

1)Çakma kazıklar:

Kazık çakımının zayıf ve ayrışmış-çok ayrışmış kayalarda mümkün olabileceği, bu tür kayaların çakım sırasında çatlayacağı ve kazık-kaya ara yüzünde zemine benzer (bilhassa kumtaşı, silttaşı ve benzeri kayalarda) bir formasyonun oluşacağı dikkate alınırsa kayaya en az 4B soketlenen çakma kazıklarda sürtünme direncinin ihmal edilebileceği söylenebilir. Kaya soketinde mobilize olan maksimum sürtünme direncine ilişkin literatürde verilen bilgiler bu görüşü teyit etmektedir.

Kazık çakılırken kayanın ayrışma ve tabakalaşma durumu önem arz eder. Çakım sırasında ayrışmış kayanın üst kesiminin daha fazla bozulmasına yol açılabilir. Kazık gruplarının oluşturulmasında, bu tahrip etkisi daha sık görülmektedir.

Kayaya çakılan kazıklarda uç direnci diğer kazık türlerine benzerdir:

Qb=Ab *qb (Denklem.1)

qb: Birim uç direnci

Ab: Kazık ucunun kesit alanı

Az ayrışmış, çatlakların çok sık olmadığı kayalarda tek eksenli basınç dayanımı varsa birim uç direnci:

q_b = 2*N_ϕ  * quc    (Denklem.2)    

N_ϕ : kayaya soketlenen kazıklara için taşıma kapasitesi faktörü (Nf=tan^2 (45+Φ/2)

quc: kayadan alınabilen örnekler üzerinde belirlenmiş tek eksenli basınç dayanımı

Az ayrışmış, çatlakların çok sık olmadığı, olanların da kapalı bulunduğu kayalarda elde laboratuvar verisi olarak kaliteli üç eksenli basınç deneyinden belirlenen kohezyon ve sürtünme açısı değerleri varsa kazık ucu altındaki kayanın taşıma kapasitesi aşağıdaki ilişki yardımıyla hesaplanabilir:

qub= sc *c*Nc+ sg *0.5*g*B*Ng +g*D*Nq (Denklem.3)

c: kohezyon

B: kazık uç seviyesinde genişlik veya çap

D: kaya yüzeyinden itibaren soket sonuna kadar olan derinlik

g: kayanın efektif birim hacim ağırlığı

sc ve sg : şekil faktörleri => kare kesitli kazıklarda;

sc=1.25 daire kesitli kazıklarda                  sc=1.20 kare kesitli kazıklarda

sg=0.8 daire kesitli kazıklarda                     sg=0.7 kare kesitli kazıklarda

Nc , Ng ve Nq : Abak.1’den  alınması gereken taşıma kapasitesi faktörleri;

Çok ve sık çatlaklı, kil dolgulu aşırı ayrışmış kayalarda birim uç direnci

qb≌quc alınmalıdır.

Karot alınması sırasında belirlenen RQD (Rock Quality Designation) değerlerine bakılarak kazık uç mukavemeti değerleri Tablo.2’de verilmiştir;

2)Sondaj kazığı;

Kayaya soketli kazıkların taşıma gücü kapasitesi iki bileşenden meydana gelir. Bunlardan birincisi soket tabanından elde edilen uç mukavemeti, diğeri ise soket yüzeyi boyunca mobilize olan çevre sürtünmesidir. Bu iki halin varyasyonu, soketli kazıklar projelendirilirken üç değişik durum gösterir:

• Sadece uç mukavemetinin mobilize olduğu durum,
• Sadece çevre sürtünmesinin mobilize olduğu durum,
• İki bileşenin birlikte dikkate alındığı durum

Soketli kazıklarda uygulanan yükleri taşıma durumuna göre üç farklı şekilde tasarım yapılabilir;

• Sürtünme ve adhezyon etkisiyle çevrede taşıma,
• Kazık alt ucu altında taban taşıma gücü,
• Hem taban hem de çevrede taşıma.

Soket boşluğunun tabanı temizlenmez ise taban taşıma gücü belirsiz olur. Bunun sonucu olarak yükün sadece çevrede taşındığı kabul edilebilir. Bunun tersi durumda ise, düşük mukavemetli kaya malzemenin altındaki sağlam ana kaya üstüne kazık alt ucu yerleştirildiği takdirde, zayıf kayacın etkisi göz ardı edilerek yükün sadece tabanda taşındığı varsayılabilir. Yükün çevre ve uç sürtünmesi arasında nasıl paylaşılacağı aşağıdaki faktörlere bağlıdır.

• Soket geometrisi,
• Soket malzemesinin ve kaya malzemesinin elastisite modülü,
• Soket pürüzlülüğü ve dayanımı,
• Son çevre dayanımı ile ilişkili yüklemenin büyüklüğü,
• Yapım metodu.

Sondaj tekniği ile soket oluşturulması çakma kazıklara göre kolay olup kayada daha az örselenmeye neden olur. Dayanımı yüksek kayaların dışında sondajla istenen boyda soket oluşturulması mümkündür. Bu nedenle sondajla oluşturulan soket içinde sürtünme direnci ve uç direncinin ikisi birden hesaplanabilir. Kayanın üstünde zemin tabakaları (kum, kil, silt, v.b.) bulunduğu takdirde tabakanın özelliğine göre taşıma kapasitesi ve oturma hesaplarını etkileyebilecek hususlar aşağıdadır:

1-Soket boyunun (Ls) kazık çapına (D)oranı (Ls/D),

2-Kaya çevresinde ve soket altında dayanım ve elastisite modülü,

3-Soket çevresinde pürüzlülük, delme kırıntılarının varlığı veya bentonit çamuru vb. durumlarının etkisi,

4-Delinmiş boşluğun tabanındaki kırıntıların ve gevşek kısmın etkisi,

5-Kayaların tabakalanması, farklı dayanım ve elastisite modülü,

6-Çevre duvarın elastik limitiyle ilişkili olan oturma,

7-Kaya/beton yüzündeki malzemenin sünme özelliğinin bir sonucu olarak, zamana bağlı artan oturmalar

Aşağıdaki Abak.2’de ise soketlenme boyuna göre, soket cidarı içinde taşınan yükün kazık yüküne(Q) oranını yüzde olarak görmek mümkündür.

Kaya soketi içinden alınacak sürtünme direnci kayanın mukavemet ve deformasyon özellikleri ile soketin temizlenme derecesine bağlıdır. Foraj sırasında bentonit kullanıldıysa ve beton dökümünden sonra taban-soket içi enjeksiyon (‘post-grouting’) yapılmadıysa aşağıda verilecek bağıntılardan  hesaplanacak birim sürtünme dirençlerinin %25’i alınacaktır. Forajda polimer süspansiyonu kullanıldıysa ve soket açıldıktan sonra pürüzlendirme yapıldıysa bu azaltmaya ihtiyaç duyulmaz. Kaya üzerinde yumuşak kil tabakası varsa büyük ihtimalle bu zemin kaya soketi içine sıvanacaktır. Forajı takiben soket temizlenmeye çalışılsa da yükleme deneyi yapılmadıkça soket içi sürtünme direncinde azaltmaya gidilecektir.

(Denklem.4)        q_s =α*ꞵ*q_{uç_ort}  

α: sürtünme direnci azaltma faktörü (Abak.3)

ꞵ: kayadaki süreksizliklere karşı düzeltme faktörü (Abak.4)

α faktörü soket içi kil veya bentonit sıvanmasını dikkate almaz. Bu nedenle sıvanmanın olabileceği durumlarda qs yerine q* s kullanılmalıdır:

(Denklem.5)     q_s =0,25*α*ꞵ*q_{uç_ort}

Williams & Pells eğrisi ‘α’ faktörü için üst sınırı oluşturur. Horvath ve Rosenberg & Journeaux eğrileri ise alt sınırdır. Ancak alt sınır eğrileri kullanıldığı takdirde ꞵ 1.0 alınacaktır.

Beton veya kayanın hangisi daha düşük dayanım arz ediyorsa onun kullanıldığı Horvath Denklemi de aşağıda verilmiştir. ‘b’ katsayısı 0.2~0.3 arasında değişir. Bu denklemin çamurtaşı ve şeyl benzeri kayalarda açılan soketler için olumlu neticeler verdiği bilinmektedir:

q_s =b*q_ucortalama^0.5  (Denklem.6)

Kaya formasyonuna yük aktaran kazıkların uç direnci foraj tekniğine bağlı dayanımda meydana gelebilecek değişimlere dikkat etmek kaydıyla çakma kazıklarda verilen bağıntılar kullanılarak hesaplanabilir:

q_b = 2*N_ϕ   * quc           (Denklem.7)

N_ϕ : kayaya soketlenen kazıklara için taşıma kapasitesi faktörü (Nf=tan^2 (45+Φ/2)

quc: kayadan alınabilen örnekler üzerinde belirlenmiş tek eksenli basınç dayanımı

Çakma Kazıklardaki mantıkla, sondaj kazıklarında da az ayrışmış, çatlakların çok sık olmadığı, olanların da kapalı bulunduğu kayalarda elde laboratuvar verisi olarak kaliteli üç eksenli basınç deneyinden belirlenen kohezyon ve sürtünme açısı değerleri varsa kazık ucu altındaki kayanın taşıma kapasitesi  Denklem.3 ile hesaplanabilir.

Çakma Kazıklardaki mantıkla, sondaj kazıklarında da

Çok ve sık çatlaklı, kil dolgulu aşırı ayrışmış kayalarda birim uç direnci qb ≌quc alınmalıdır.

Kayadan tek eksenli basınç örneği alınamazsa, bunun yerine ayrışma derecesi belirlenmişse suya doygun kiltaşı ve benzeri zayıf kayalar için Tablo.3 kullanılabilir;

Kayaya soketlenen kazıklarla ilgili taşıma gücünde gerekli olan veriler yukarıda anlattığımız şekilde tespit edildikten sonra ;

Qp: Tekil Kazık Taşıma Gücü

Qs: Toplam Sürtünme Direnci

Qb: Uç Direnci

Fs ve Fb : Global Güvenlik Faktörleri(ilgili değerler için bir önceki yazımı inceleyiniz)

W’kazık: Kazığın Efektif Ağırlığı

Formülü uygulanarak kazık taşıma kapasitesi bulunabilir.

NOT:  Bu yazının kaynağı, Prof. Dr. Gürkan Özden’in Özel Temeller Ders Sunusu’dur. İçeriği oluştururken; metin, şekil, tablo ve görseller için kendisinden özel izin alınarak hazırlanmıştır.