ÖNSÖZ

Yapıların en önemli bölümünü oluşturan Temellerin statik hesabı inşaat

mühendisliğinin en karmaşık konularından biridir. Son yıllarda zemin mekaniği

alanında görülen hızlı gelişmeler, temel problemlerinin modern hesap metotları

ile çözülmesini zorunlu kılmıştır. Temel problemlerinde modern zemin mekaniği

bilgilerinin, yapı sisteminin statik çözümü ile birleştirilerek yürütülmesi işi

oldukça yeni sayılır. Bununla birlikte modern zemin mekaniği ışığı altında

geliştirilen yeni metotlar artık tamamen uygulama alanına girmiştir. Böylece

temellerin projelenmesinde eski basit metotlar yerine zemin karakteristikleri ve

yapı rijitliğini hesaba katan yeni metotlar kullanılır olmuştur.

GĐRĐŞ

Bilindiği gibi temellerin görevi, üst yapıdan gelen yükleri temel zeminine

aktarmaktır. Temel zemini öteki yapı bölümlerine benzer biçimde, üst yapının

etkisi altındaki bölgelerde gerilme ve şekil değiştirmeye uğrar. Yapı ile temel

zemini arasında kuvvetlerin aktarılma biçimi, büyüklüğü, doğrultusu ve

dağılımına veya yapı ile zemin arasındaki sınır yüzeye bağlı olmayıp, aynı

zamanda zemin ve yapının çok farklılık gösteren fiziksel özelliklerine de

bağlıdır.bir yapı projesinin planlanması sırasında, amaca en uygun düşen temel

biçiminin seçimi üzerinde ne kadar durulsa azdır. Pek çok durumda beklenen

oturmaların, yapının taşıyıcı sistemine etkisi önemlidir. Temel zeminin

özelliklerinin yeteri kadar bilinmediği yerlerde sağlıklı bir zemin araştırması

yapılarak tüm temel zemini sorunları gerçeğe uygun olarak aydınlanabilir.

Araştırmaların tümü için yapılan harcamalar, sonunda bizi ucuz çözümlere

götüreceğinden, gider fazlası olarak düşünülemez ve sonunda daima ekonomik

sonuçlar elde edilir.

1.ZEMĐN MEKANĐĞĐ VE TEMEL ĐNŞAATI B ĐLGĐLERĐ

1.1 GENEL BĐLGĐLER

Üzerindeki yapıdan gelen yükleri, kendi ağırlığı ile birlikte güvenlikle taşıyan ve

bu yükleri yapıya zarar vermeyecek ölçüde oturmalarla temel zeminine aktaran

yapı bölümlerinin tümü TEMELLER adı altında toplanır.

Öncelikle temel sistemleri, her bölümündeki oturmalar üniform olacak biçimde

düzenlenmelidir. Çünkü ancak bu durumda yapıdaki ek zorlamalara ve bunun

sonucu olarak ortaya çıkan çatlaklara engel olunabilir. Temel zeminindeki oturma

farklarına kolayca uyabilen yapılara fleksibl yapılar, oturma farklarına

uyamayarak ek zorlamalar doğuran yapılara da rijit yapılar denir. Bu nedenle

belli bir yapı sistemine karar vermeden önce, oturma yönünden fleksibl bir

yapının, rijit davranışlı bir yapıya oranla daha az duyarlı olduğuna dikkat etmek

gerekir. Bu nedenle şüpheli zeminler; üzerine yapılacak yapıları fleksibl olarak

tasarlanmaya veya çatlak ve mafsallar aracılığı ile bölümlere ayrılmaya, demek ki

izostatik olarak yataklanmaya zorlarlar. Böylece fazla duyarlı yapıların

temellerine özel bir özen gösterilmesi gerektiği kendiliğinden anlaşılır. Bunun

sonucu olarak şüpheli zeminler üzerine yapılacak yapı ve temellerinde ekonomik

çözümler elde edilemez. Çeşitli zemin tabakalarına oturtulmuş geniş yapı

kesimlerinde veya üzerindeki hareketli yükün çok değiştiği yapılarda, yapı

oturmaları üniform olmayıp birbirinden farklı olabilir. Böyle durumlarda

çatlakların ve ek zorlamaların oluşmasına engel olmak için oturma derzleri

düzenlenmesi yoluna bile gidilir. Bu derzlerin düzenlenmesi; normal koşullar

altında kolay olmasına karşın, yer altı su düzeyi altında bulunan temellerde,

sızdırmazlık yönünden özel bir özen gösterilmesini gerektirir.

Temeller, uygulamada karşılaşılan çeşitli durumlara göre çeşitli biçimlerde

yapılırlar. Temel zemininin yapısı ve özellikleri ile üst yapının karakteristikleri

temel biçiminin seçiminde ana öğelerdir.

Taşıma yetenekli (sağlam) zemin yüzeye yakınsa, bu durumda yükleri zemine

yüzeye yakın yerlerde aktaran yüzeysel temeller (tekil sömeller ve sürekli alan

temelleri) uygulanır. Eğer taşıma yetenekli zemin derinde ise, yapı yüklerini

zemine derinde aktaran derin temeller (kuyu temeller, kazık temeller ve basınçlı

hava temelleri vb.) ‘in uygulanmasına geçilir.

Ayrıca temeller yükü zemine aktarma biçimlerine göre de; yükü zemine taban

alanları ile aktaran alan temelleri (tekil ve sürekli alan temellerinde olduğu gibi

hem yüzeysel, kuyu ve keson temellerde olduğu gibi hem de derin olarak

yapılabilen), yükü zemine bir kazık veya kazık grubu ile aktaran kazık temeller

olmak üzere iki ana gruba ayrılabilir.

Yer altı suyunun yüksekliği temel derinliğinin seçimine, temel derinliği de temel

çukuru tabanının derinliği ile temel çukuru yanlarının dik veya eğimli olmasına

önemli ölçüde etki eder. Bu nedenle yer altı suyunun yüksek olmasından ötürü,

oldukça yüzeysel temellerin bile bazen ekonomik olduğu görülmüştür.

1.2 ZEMĐN MEKANĐĞĐ BĐLGĐLERĐ

Bir yapının inşa edilmesi, en geniş anlamda zemindeki dengenin bozulması

yönünde hareketsiz bir duruma müdahale anlamına gelir. Bu müdahale

sonucunda temel zemininde varolan denge bozulur. Yeni durum karşısında

yeniden denge kurulması için zeminde bazı değişiklikler ortaya çıkar. Temel

zemini davranışının yeterince anlaşılabilmesi için, onun fiziksel özelliklerinin iyi

bilinmesi gerekir. Ayrıca yapı sisteminden gelen yeni yükler zeminde stabilite

güvenliğinin kontrolünü gerektirir. Böylece yapı sisteminin güvenlik altına

alınması ve zararlardan kaçınılması sağlanabilir. Tüm bu sorunlarla Zemin

mekaniği bilimi uğraşır. Zemin mekaniği iki ana bölüme ayrılabilir.

Zemin mekaniğinin arazide ve laboratuarda teori, deney tekniği, yapı pratiği ve

bunlardaki en son gelişmeleri içine alan bölümünün fizik ve jeoloji dalları ile

yakın ilişkisi vardır. Zemin mekaniğinin özellikle zemin malzemesine ilişkin

dayanım ve stabilite konularını inceleyen bölümü toprak statiği olarak ta

adlandırılabilir. Zemin mekaniğinin bu bölümü, klasik statik ve cisimlerin

dayanımı bilim dalları ile ilişkilidir.

1.2.1 TEMEL ZEMĐNĐNĐN TANIMI VE JEOLOJĐK OLUŞUMU

Temel zemini; masif kaya ve kayaların parçalanarak gelişmesinden doğan ufak

daneciklerin yığınından oluşmuştur. Yapı mühendisleri yer kabuğunu oluşturan

malzemeleri bazen zemin ve kaya olarak iki grupta da toplarlar. Fakat bu ayırım,

kayalar ile zeminler içindeki mineral daneciklerini birbirine bağlayan kohezyon

kuvvetlerinin derecesinin kesin bir sınırı olmaması nedeni ile keyfidir. Bunun

için genel bir ayırım vermek güçtür. Örnek olarak jeologlar, kaya terimi ile yer

kabuğunu oluşturan tüm malzemeyi anlar ve onlarca mineral daneciklerinin

birbirine az veya çok bağlı olmasının önemi yoktur. Buna karşılık, zemin terimi

ile ancak yer kabuğunun bitki yetişmesine elverişli bir bölümü amaçlanır. Buna

göre yapı mühendisleri; diğer konularda çalışan kimseler tarafından toplanmış

bilgileri kullanırken, zemin ve kaya terimlerinin hangi anlamda kullanıldığını

bilmek zorundadırlar.

Zeminlerin, kayaların ayrışarak parçalanmasından oluştuğunu söylemiştik. Bu

ayrışma işlemi fiziksel ve kimyasal yollarla olmaktadır. Yer yüzünün yüzeysel

bütün kayaları; don, yağmur ve ısı değişiminin yıkıcı etkileri ile rüzgar, buz,

yerçekimi ve akarsuların sürükleme etkilerine uğrar. Zeminin çeşitli oluşum

araçlarından en önemlisinin akarsular olduğu bilinir. Akarsular bir göl veya

denize ulaştıklarında, taşınan zemin daneleri suyun hızı yeter ölçüde azaldığında;

önce büyük, sonra küçük daneler olmak üzere derecelenerek çökelir. Böylece,

jeolojik bakımdan daha genç akarsular ile akarsu yataklarının üst kesimlerinde

çoğunlukla kaba kum ve çakıllar bulunur. Buna karşılık, eski akarsularda ve alt

kesimlerde silt ve killer çoğunluktadır.

1.2.2 ZEMĐN TÜRLERĐNĐN TANINMASI VE SINIFLANDIRILMASI

Genel olarak zeminlerin sınıflandırılması, değişik görüş noktalarına göre çeşitli

şekillerde yapılabilir.

1.2.2.1 Zeminlerin, içindeki maddelerin orijinlerine göre sınıflandırılması:

a) Kayaların fiziksel ve kimyasal ayrışması sonucu oluşan zeminler;

Bu zeminler ayrışma sonucu oldukları yerde kalmışlarsa yerli zeminler,

herhangi bir nedenle başka yerlere taşınmışlarsa taşınmış zeminler

olarak adlandırılırlar.

b) Organik zeminler; Bu zeminler ya turbalarda olduğu gibi bitkilerin

çürümesi ile veya organizmaların inorganik kalıntılarının birikmesi ile

oluşur. Böylece, organik orijinli bir zemin; hem organik, hem de

inorganik olabilir. Organik zemin terimi; çoğunlukla içinde az veya çok

ölçüde çürümüş bitki bulunan ve kayaların hava etkisi ile ayrışması

sonucu oluşan taşınmış zemin anlamında kullanılır.

1.2.2.2. Zeminlerin, oluşumlarındaki danelerin büyüklüklerine göre

sınıflandırılması:

Genellikle kullanılan bütün sınıflandırma sistemleri zeminlerin dane

büyüklüğüne göre sıralanması ilkesine dayanır. Buna göre zeminler üç gruba

ayrılır;

a) Đri daneli, kohezyonsuz zeminler (kum, çakıl gibi)

b) Đnce daneli, kohezyonlu zeminler (silt ve kil gibi)

c) Organik zeminler (turba gibi)

Doğal olarak zeminler, çeşitli çaptaki danelerin karışımından oluşmuştur. Bir

zeminin özelliği, içindeki baskın gelen (hakim) dane çapına önemli ölçüde

bağlıdır. Dane çapı dağılımı; normal olarak mekanik analizle, çok küçük daneler

de ıslak analizle bulunabilir. Dane çapları dağılımının bulunmasındaki ana amaç,

belirli çap sınırları arasında bulunan daneleri kapsayan çeşitli bölümler için, bir

adlandırma sisteminin bulunmasıdır. Dane çapı sınıflandırılmasında, ana

bölümlerin sınır çapları az çok birbirinden değişik sistemler ileri sürülmüştür.

Bunlar içinde M.Đ.T. sistemi olarak bilinen ve ana bölüm sınırlarının aşağı yukarı

zemin özelliklerindeki önemli değişikliklere karşılık olan sınıflandırma sistemi,

mühendislik konularına en uygun düşeni olarak bilinir.

Tablo1.Dane çapı sınıflandırması

Kum, silt ve kil karışımından oluşan zeminlerin adlandırılmasında kullanılan bir

sistem olması bakımından Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı

tarafından ortaya atılan üçgen diyagram sistemini belirtmeden geçemeyeceğiz.

Burada eşkenar bir üçgenin kenarlarında kum, silt ve kil yüzde olarak

işaretlenmiştir. Bu diyagram basitleştirilmi ş şekliyle Şekil 1.1 de gösterilmiştir.

Şekildeki S noktası içinde % 50 kil, % 30 silt ve % 20 kum olan bir zemini

gösterir.

Şekil .1.1 Zemin adlandırma sistemi

Bununla birlikte, yalnızca dane boyutuna bağlı olarak verilen sınıflandırma

sistemleri her zaman doğru sonuçlar vermez. Çünkü zeminlerin çok ince

daneciklerinin fiziksel özellikleri, dane çapından başka birçok faktöre de bağlıdır.

Bu nedenle, temel tekniği bakımından zeminlerin sınıflandırılmasında birkaç

sınıflandırma sistemi birlikte düşünülmelidir.

1.2.2.3 Zeminlerin Temel Tekniği Görüş Noktasına Göre Sınıflandırılması

(DIN 1054 – 1976 ‘ ya göre)

Temel zemini, yapı yükleri altındaki değişik davranışları nedeniyle genel olarak;

gelişmiş zeminler, dolma zeminler ve kayalar olmak üzere üç grupta

incelenebilir:

1.2.2.3.1 Gelişmiş (Doğal Gelişimli) Zeminler

Bir zemin, eğer sona ermiş jeolojik olaylar sonucunda oluşmuşsa, “Gelişmiş

(doğal gelişimli) zemin” olarak adlandırılır. Gelişmiş zeminler dane

büyüklüklerine göre, kil, silt, kum ve çakıl olarak sıralanır. Gelişmiş zeminleri,

fiziksel özellikleri ve yapı yükleri altında farklı davranışları nedeni ile,

danecikleri arasında bağlantı olmayan “Bağlantısız (kohezyonsuz = daneli)

zeminler”, danecikler arasında bağlantı bulunan “Bağlantılı (kohezyonlu)

zeminler” ve organik zeminler olmak üzere üç gruba ayırmak gerekir.

a) BAĞLANTISIZ (KOHEZYONSUZ VE DANELĐ) ZEMĐNLER:

Bağlantısız zeminler; 0,06 mm den küçük boyuttaki danelerin ağırlıkça tutarı %

15 den fazla olmayan kum, çakıl, taş ve bunların karışımları gibi zeminlerdir. Bu

zeminlerin taşıma yeteneği kural olarak çok iyidir. Bağlantısız zeminlerin taşıma

yeteneği özellikle tekil danelerin biçimi, büyüklüğü ve yerleşim sıklığına bağlı

olarak belirlenir.

b) BAĞLANTILI (KOHEZYONLU) ZEM ĐNLER:

Bağlantılı (kohezyonlu)zeminler; 0,06 mm den küçük boyuttaki danelerden

oluşan bağlantılı zemin bölümü ağırlıkça %15 den fazla olan kil, silt, killi silt ve

bunların bağlantısız zeminlerle karışımları (ince kısmı fazla olan daneli

zeminler; örneğin, kumlu kil, kumlu silt , lem ve marn) gibi zeminlerdir.

Bağlantılı zeminlerin taşıma yeteneği onun jeolojik oluşumuna bağlı olup.

Zeminin bir araya gelişine ve konsistansına göre daha geniş sınırlar içinde

bulunur.

c) ORGANĐK ZEMĐNLER:

Organik zeminler; turba veya çürük çamur gibi organik zeminler ile bağlantısız

ve bağlantılı zeminler hayvansal ve bitkisel orijinli organik karışımlarla

oluşturdukları zeminlerdir. (örneğin, humuslu kum, çürük kum veya turbalı kum

organik silt veya organik kil, balçık) bu zeminler, organik bölümlerinin

sıkışabilirliği fazla olması nedeniyle kullanılmaya hiç elverişli değillerdir.

1.2.2.3.2. Kayalar

Genellikle kaya denilince masif kayalardan oluşan zeminler anlaşılır.kayanın

temel tekniği özellikleri, kaya türleri arasında fark gözetilmeksizin, genellikle

öteki temel zemini türlerinden daha elverişlidir. Bizzat dağılmış kaya, eğer

serbest yarık ve delikte üniform özellik ve yeteli kalınlıkta bulunursa, çok iyi bir

temel zemini oluşturur. Tabakalı veya faylı kayalarda, önemli ölçüde yatay

yükler taşınıyorsa veya şev düzeltilmesinde heyelan tehlikesi varsa, kural olarak

özel araştırmalar yapmak gereklidir.

1.2.2.3.3. Dolma Zeminler

Dolma zeminler sözüyle, sonradan dökülerek doldurulan zeminler ile akarsular

tarafından oluşturulan dolma zeminler amaçlanmaktadır. Đki sınıfa ayrılır:

a) Sıkıştırılmamış dolgular: herhangi bir biçimde bir araya getirilmiş olup,

sıkıştırılmamış dolgu zeminlerdir. Sıkıştırılmamış dolmalar bağlantısız zemin

türlerinden oluşuyorsa derin sarsma yöntemi ile sıkıştırılabilir.

b)Sıkıştırılmış dolgular: bağlantılı, bağlantısız veya organik dökülerden oluşan,

yeterli ölçüde sıkıştırılmış dolma zeminlerdir.(örneğin, yapı döküntüsü, curuf,

maden artıkları)

Sıkışma yeteneği olan dolgu zeminler, modern ve yüksek sarsma kapasiteli

sıkıştırma tekniği yardımı ile olağan üstü derecede yüksek bir yerleşim sıkılığına

getirilebilir. Böylece bu zeminlerin temel tekniği açısından özellikleri, en az

doğal olarak yerleşmiş zeminlerinkine eşit duruma getirilebilir. Hatta kural olarak

onların üzerine çıkabileceği söylenir.

1.2.3 ZEMĐN TÜRLRĐNĐN ÖZELLĐKLERĐ

1.2.3.1. Genel Bilgiler

Olağanüstü şekilde birbirinden farklı zemin türlerine ait özelliklerin

bulunmasında, bu özelliklerin sayısal değerlerini bulmayı amaçlayan zemin

mekaniği araştırma metotları yardımıyla öncelikle aşağıdaki sorunların çözülmesi

istenir:

a) Zemin türlerinin sınıflandırılması(klasifikasyonu)

b) Zemin durumunun tanımı

c) Teknik önlemler( örneğin, taban suyu düşüşü, sıkıştırma ,

sağlamlaştırma gibi) ve yapıların etki alanında bulunan temel zeminin

davranışı (örneğin yapı sisteminden gelen yükler altındaki oturma

davranışı) nedeniyle zemin durumundaki değişikliklerin önceden tayını

d) Yapıların stabilite güvenliği derecesinin sayısal olarak bulunması

(örneğin, oturmaya zemin kırılmasına devrilmeye, kayma ve heyelana

karşı güvenlik derecelerinin bulunması)

e) Gerçek değerlerin, başka bir deyişle temel ve toprak inşaatı

uygulamalarından elde edilen deneyimlere dayanan sayısal değerlerin

bulunması.

Bu zemin özelliklerinin bulunması işlemi ister istemez temel zeminin yerindeki

hacmine göre ihmal edilebilecek oranda küçük ölçülerdeki zemin örneklerinin

alınması, taşınması ve laboratuarda deneyin hazırlanması sırasında örnekte bir

miktar bozulma (örselenme) olabileceğinden, laboratuarda bulunan zemin

özellikleri gerçektekinden az çok farklı olmaktadır. Bu nedenle malzeme

denemeleri deney sonuçlarındaki rapor değerlerinden zeminin fiziksel tanım

değerleri elde edilemez. Bununla birlikte elde edilen tanım sayılarının büyüklük

sıralamasının, doğru belirleme yapmaya elverişli olduğunu deneyimle

göstermiştir. Zemin mekaniği hesapları için tanım sayılarından yararlanmada

yalnız bir gerçek göz önüne alınmakla kalınmaz, aynı zamanda elde edilen

değerlerin gerilme durumlarına bağlı olup olmadığının veya hangi ölçüde bağlı

olduğunun kontrol edilmesi gerekir.

Zeminlerin deneyler aracılığı ile elde edilen en önemli fiziksel özellikleri Tablo

1.1 de topluca verilmiştir. Bir zeminin temel tekniği yönünden

değerlendirilmesinde, zeminin tek başına bir fiziksel özelliğinin deneysel olarak

bulunması hiçbir zaman yeterli değildir.

Burada genellikle zemin türüne göre en az aşağıdaki özelliklerin bilinmesi

gereklidir:

Bağlantısız Zeminler: Dane dağılımı, yerleşim sıkılığı,(kesme dayanımı)

Bağlantılı Zeminler: Su kapsamı, konsistans sınırları (kıvam limitleri ),

sıkıştırılabilirlik, (dane dağılımı), (kesme dayanımı)

Organik Zeminler: Su kapsamı, konsistans sınırları (kıvam limitleri ),

sıkıştırılabilirlik, (dane dağılımı), (kesme dayanımı), organik öğelerin

miktarı

1.2.3.2. Zeminlerin Tanımlanması ve Đndeks Özellikleri

Zemin, büyük bir çoğunluğunu kayaların kimyasal veya fiziksel bozuşması ile

oluşmuş katı daneler ile daneler arasını dolduran sıvı (su) ve/veya gazın (hava)

oluşturduğu bir malzeme olarak tanımlanabilir. Katı-sıvı-gaz fazının bir arada

bulunması, katı daneciklerin çok farklı boyut, şekil, fiziksel ve kimyasal yapıda

olabilmesi zemini diğer malzemelerden farklı ve zor kılar. Zeminlerin basit

laboratuar deneyleri ile bulunan bazı fiziksel özellikleri, mühendislik

özelliklerine ışık tutar ve zeminlerin tanımlanması ve sınıflandırılmalarında

kullanılır. Bunlara “indeks özellikleri” denir.

1.2.3.3. Zeminlerin Dane Boyutları ve Dane Boyut Dağılımı

Zeminlerin en basit indeks özelliği dane boyutudur. Zeminlerde dane boyutu

aralığı çok geniş olup zemin danesi olarak kabul edilebilecek en büyük dane çapı

farklı mühendislik uygulamalarında farklı alınabilmektedir. Elle kazılan küçük

kazılarda ve tabakalar halinde inşa edilen dolgularda en büyük zemin dane çapı

0.3 m, kepçe gücü ile yapılan kazılarda ise limit dane büyüklüğü 0.5-1.0 m3

mertebesinde tanımlanabilmektedir (Sowers, 1979). En küçük daneler ise ancak

elektron mikroskopla görülebilmektedir. Dane boyutu esas alınarak çeşitli

sınıflandırmalar önerilmiştir. Ancak yaygın kullanımı(Amerikan ve Đngiliz

Standartları) ve hatırlanabilme kolaylığı açısından M.I.T. (Massachusetts Institute

of Technology) sınıflandırması Şekil 1’de verilmiştir. Çakıl, kum, silt ve kil belli

dane boyut aralıklarını belirtmekle beraber aynı zamanda belli tür zeminleri de

ifade ederler. Örneğin, kohezyon ve plastisite özelliği olan ama hem silt

boyutunda hem de genellikle 2µ m (0,002 mm)’den küçük daneli olan kil

minerallerini içeren zeminler de “kil” olarak adlandırılır. Boyutları 0,002 mm’den

küçük olan bütün daneler de kil minerali olmayabilir. Bu nedenle “kil yüzdesi”

ile “kil boyutu yüzdesi” terimleri bilinçli kullanılmalı ve sadece dane boyutu

dikkate alınarak yapılan analizler için “kil boyutu yüzdesi” deyimi tercih

edilmelidir. Tabii zeminler genellikle iki veya daha fazla boyut aralığına düşen

dane dağılımı gösterirler. Ağırlıkça çakıl ve kum boyutundaki daneler çoğunlukta

ise zemin, “kaba daneli (kohezyonsuz)” olarak tanımlanır. Silt ve kil boyutunda

danelerin hakim olması halinde ise “ince daneli (kohezyonlu)” olarak

isimlendirilir. Dane çapı (boyutu) dağılımı (granülometri) kabaca silt boyutundan

büyük daneler için kuru veya ıslak elek analizi, daha küçük daneler için çökeltme

(sedimentasyon) prensibine bağlı olarak hidrometre veya pipet metodu ile tayin

edilir. Zemin mühendisliğinde pratik olarak kullanılan en küçük açıklıklı elekler

ASTM (Amerikan) Standardına göre 200 no.lı elek olup açıklığı 0,075 mm,

Đngiliz Standardında ise 0,063 mm olup görüldüğü gibi yaklaşık olarak silt

boyutu üst limitine tekabül etmektedir.

Dane çapı dağılımını gösteren “granülometri eğrileri yarı logaritmik bir çizimle

elde edilir ve şekil 1’de gösterildiği gibi eksenler tane çapı (boyut) D, (veya elek

açıklığı ) (logaritmik ölçek) ve D’den küçük tanelerin ağırlıkça yüzdesi (elekten

geçen yüzde)’dir. Farklı gradasyon özellikleri olan dört zemin aynı şekil üzerinde

gösterilmektedir. Bunlardan zemin A’nın yatık olan granülometri eğrisi, zeminin

değişik boyutları havi taneleri yaklaşık aynı oranlarda içerdiğini göstermektedir.

Böyle bir zemine “iyi derecelenmiş (iyi gradasyonlu)” denir. b eğrisi ise “uniform

veya kötü derecelenmiş “ olarak tabir edilen ve tanelerin çoğunluğunun çok dar

bir dane boyut aralığında kaldığı bir zemini göstermektedir.

1.2.3.3.1. Đnce Daneli Zeminlerde Plastisite

Đnce daneli zeminlerin mühendislik özellikleri gradasyona bağlı olmamakta ve

içerdiği killi minerallerine bağlı olarak ortaya çıkan plastisite özellikleri önem

kazanmaktadır. Đnce daneli zeminler su muhtevalarına bağlı olarak katı, yarı katı,

plastik ve sıvı kıvamda olabilir. Đnce daneli zeminlerin çoğu tabii halde plastik

kıvamda bulunur ve bu kıvam aralığını belirleyen en yüksek ve en düşük

muhtevalarına ”likit limit (LL veya WL)” ve plastik limit (PL veya Wp)” denir.

plastisite indisi (PI veya IP) ise şu şekilde tarif edilir:

Ip = WL – Wp

Zeminin tabii su muhtevası (Wn) ile likit ve plastik limit değerlerini kıyaslayan

likidite indisi (LI veya IL)

Wn - Wp Wn - Wp

IL = ---------------- = ------------------

WL - Wp Ip

Đfadesi ile tanımlanır. IL‘nin değeri 1’den büyük ise zeminin likit kıvamda , 0 ile

1 arasında ise plastik kıvamda, 0 ‘dan küçükse katı veya yarı katı kıvamda olduğu

anlaşılır.

Relatif Konsistans(Ic),

WL - Wn

Ic = ----------------

Ip

Bağıntısı ile ifade edilir. Ic‘nin değeri 1’den büyükse zemin yarı katı veya katı , 0

ile 1 arasında plastik (1’e yaklaşınca daha sert olarak) , ve sıfırdan küçük ise likit

durumdadır.

Zemini rötre veya büzülme limiti yarı-katı ve plastik kıvamı ayırır ve plastik

kıvamda bir zeminin kururken eriştiği en küçük hacimde suya doygun halindeki

su muhtevasıdır.

Kıvam limitleri tek başlarına büyük bir anlam taşımamakla birlikte ince tanelerin

sınıflandırılmasında kullanılırlar ve mühendislik özelliklerine ışık tutarlar.

Zeminlerdeki kil boyutundaki tanelerin plastiklik derecesi “aktivite” (A)olarak

tanımlanır ve aşağıda şekilde ifade edilir:

Ip

A = -------------

C - n

Burada Ip plastisite indisi ,C kil boyutundan (0.002mm)küçük danelerin yüzdesi

ve n tabii zeminlerde 5 laboratuarda yoğrularak hazırlanan kil minerali

numuneleri içi 10 olarak alınan sabit bir sayıdır. (Seed ve arkadaşları 1964).

Ancak aktivitenin kabaca hesabında n sabiti ihmal edilmektedir. Killer, A>1.25

ise aktif kil.0,75<a<1,25 ise normal kil ve A<0,75 ise aktif olmayan kil olarak

adlandırılır.

Şekil 1.2 Plastisite diyagramı

1.2.3.4. Zeminlerin Sınıflandırılması

Zeminler için farklı mühendislik uygulamalarına yönelik olarak çeşitli

sınıflandırmalar önerilmiştir.bunların arasında birleşik zemin sınıflandırma

sistemi inşaat mühendisliği uygulama alanlarında en yaygın kabul görenidir.tablo

1 de verilen sınıflandırmaya göre ağırlıkça %50 den fazlası 200 no.lı elek

üzerinde kalan kaba taneli zeminler, %50 den fazlası 200 no.lı elekten geçen

zeminler ince taneli zeminler ana gruplarını oluşturmaktadır. Sınıflandırmada

granülometrik ve plastisite özellikleri kullanılmakta ve iki harfli grup

sembollerinin ilki esas zemin tipini ikincisi gradasyon ve plastisite özelliklerini

belirtmektedir.(tablo 2)örnek olarak GP kötü derecelenmiş çakıl, CL düşük

plastisiteli kildir.

Tablo 2. birleşik zemin sınıflandırılmasında kullanılan semboller

Đlk harf Đkinci harf

G: çakıl W: iyi derecelenmiş

S: kum P: kötü derecelenmiş

M: silt M: plastik olmayan ince taneli

C: kil C: plastik ince taneli

O: organik kil L: düşük plastisiteli(WL<50)

Pt: turba H yüksek plastisiteli (WL>50)

Đnce taneli zeminlerin sınıflandırılmasında şekil 2verilen “plastisite diyagramı”

kullanılır. Denklemi Ip = 0,73 (WL- 20) ile verilen “A” hattı organik inorganik

killeri ayırır. “U” hattı çeşitli zeminler için bulunan Ip ve WL değerlerinin bir

zarfını vermekte olup U hattı üzerinde bir değer bulunda tayin edilmiş kıvam

limitlerinin doğruluğunun kontrolü tavsiye edilmektedir.(Bowles,1984)

1.2.3.5. Zeminlerde Ağırlık – Kütle – Hacim Đlişkileri

Zemini üç fazını teşkil eden unsurların arasındaki ilişkiler blok diyagramı

kullanılarak verilebilir.

Şekil 1.3 Zeminlerde daneler, su ve havanın hacim kütle ve ağırlık ili şkilerini

gösteren blok diyagramı

1.2.3.5.1. Hacimle Đlgili Đlişkiler

Zeminin toplam hacmi (V), katı tanelerin hacmi (Vs), hava hacmi(Va), ve su

hacmi (Vw)’nin toplamı olan boşluk hacminden (Vv)oluşur. Boşluk oranı “e” ve

porozite “n” aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

Vv Vv

e = -------- . n = -------- x 100 (%)

Vs V

n e

e = ---------- n = -----------

1 - n 1 + e

Doygunluk derecesi S boşlukların ne kadarının suyla dolu olduğunu belirler ve

Vw

S = -------- x 100 (%)

Vv

olarak tarif edilir. S = %100, suya doygun zemini, S = %0 kuru bir zemini

gösterir. Kısmen suya doygun zemin için %0 < S < %100’dür.

Hava muhtevası A, aşağıdaki ifadeden bulunur.:

Va

A = -------- x 100 (%)

V

1.2.3.5.2. Kütle ve Ağırlıkla Olan Đlişkiler

Zeminlerin kütle yoğunluğu(veya kısaca yoğunluk) ρ, birim hacim ağırlığı γ

sembolleri ile gösterilirler ,ve aşağıdaki gibi tarif edilirler:

Kütle M

ρ = ----------- = ------

Hacim V

Ağırlık (kuvvet) W M . g

γ = ---------------------- = ------- = ------- (g = yer çekimi ivmesi)

Hacim V V

su muhtevası w ise,

Mw Ww

w = -------- x 100 = --------- x 100 (%)

Ms Ws

ifadesinden bulunur.

Zeminlerin dane özgül ağırlığı Gs ,katı dane katı dane yoğunluğu (veya birim

ağırlık γs = Ws / Vs )ile suyun yoğunluk (veya birim ağırlığı)arasındaki oran

olarak ifade edilir:

ρs γs Ms Ws

Gs = ------ = ------ = ----------- = -------------

ρw γw Vs ρw Vs γw

Blok diyagramı, boşluk aranı e = Vv / Vs tarifi kullanılarak Şekil 3’deki gibi

basitleştirilebilir. Bu diyagram kullanılarak zeminin yoğunluk ve birim hacim

ağırlıkları için kuru(ρk , γk)ve suya doygun (ρd , γd) durumlara tekabül eden

hacim/kütle/ağırlık ili şkileri aşağıdaki gibi bulunabilir:

Vw w . Gs

Suya doygunluk derecesi, S = ------- = -----------

Vv e

Se = w . Gs

Suya doygun halde S = %100 = 1 olacağından

e = w . Gs ‘ dir.

1.2.3.5.3. Yoğunluk Đfadeleri

M Mw + Ms Gs (1 + w) Gs + Se

ρ = ----- = ------------- = --------------- . ρw = ------------ . ρw

V V 1 + e 1 + e

Gs + e

ρd = ---------- . ρw

1 + e

Ms ρ Gs

ρk = ------ = --------- = -------- . ρw

V 1 + w 1 + e

1.2.3.5.4. Birim Hacim Ağırlık Đfadeleri

Gs + Se Gs + e

γ = ----------- . γw γd = ---------- .γw

1 + e 1 + e

Gs

γk = ---------- . γw

1 + e

Zeminin su altındaki efektif birim hacim ağırlığı suyun kaldırma kuvveti göz

önüne alındığından,

Gs - 1

γ' = γd – γw = --------- . γw

1 + e

olarak bulunur. Ancak bu su akımı olmadığı durumda değerli olup zemin içinde

akım söz konusu ise akım yönü de göz önüne alınarak hesaplanması gerekir.

Kohezyonsuz zeminlerde davranımı belirleyen en önemli parametre “relatif

sıkılık Dr” derecesidir aşağıdaki ifade ile verilir:

emaks – e γk maks γk – γk min

Dr = ---------------- x 100 = ---------- . ------------------- x 100 (%)

emaks – emin γk γk maks – γk min

burada emaks ve γk min zeminin en gevşek durumuna; emin ve γk maks en sıkı

durumuna tekabül eden boşluk oranı kuru birim ağırlık değerleridir. e ve γk ise

zeminin tabii haldeki boşluk oranı ve kuru ağırlığı göstermektedir.

Sıkılık sınırları

0 ≤ Dr < %33 gevşek

%33 ≤ Dr < %66 ortasıkı

%66 ≤ Dr ≤ %100 sıkı

olarak tarif edilir (Kumbasar ve Kip, 1972)

1.2.3.6. Zeminlerin Sıkıştırılması

Zemin (toprak) bir inşaat malzemesi mesela bir dolgu malzemesi olarak

kullanılacaksa önce laboratuarda sıkıştırma şartları incelenir. Tipik bir

kompaksiyon eğrisi Şekil 4’te gösterildiği gibi sıkıştırma su muhtevalarına karşı

kuru birim ağırlık (veya yoğunluk) çizilerek bulunur. Maksimum kuru birim

ağırlık (γk maks ) optimum su muhtevasında (wopt ) elde edilir. Pratikte elde

olunamayan ve boşluklarda hiç hava kalmayacak şekilde yapılan ideal sıkıştırma

şartlarında bulunacak γk – w ilişkisi de (S = 100% eğrisi) aynı şekilde verilmiştir.

Aynı zeminin daha fazla enerji ile sıkıştırılınca bulunan kompaksiyon eğrisi ,

daha yüksek bir sıkışmanın daha düşük bir wopt değerinde elde edilebileceğini

göstermektedir. Farklı zemin türlerine ait tipik kompaksiyon eğrileri Şekil 5’te

verilmektedir. Görüldüğü gibi zeminin plastisitesi arttıkça sıkıştırma zorlaşır ve

maksimum kuru birim hacim ağırlık azalır.

Çok sayıda deney sonuçları Atterberg limitleri ile kompaksiyon parametreleri ,

wopt ve γ,

γk ve kompaksiyon enerjisi arasında istatiksel ilişkilerin varlığını ortaya

koymuştur (Ülker, 1985). Plastik limit ve optimum su muhtevası arasında

wopt = wp – 4 %

gibi bir bağıntının kabul edilebileceği önerilmiştir.

Arazide sıkıştırmanın yeterli olup olmadığı arazi kuru birim ağırlığın

laboratuarda elde edilen maksimum kuru birim ağırlığın belli bir yüzdesi

(genellikle %95) olması şartının istenmesi şeklindedir (Şekil 4).

Şekil 1.4 Labotatuvar sıkıştırma deneyi sonuçları

Şekil 1.5 Sıkıştırma deney klavuzu

1.2.3.7. Zeminlerin Đndeks Özelliklerinin Mühendislik Özelliklerine Işık Tutması

Herhangi bir göçme, oturma veya şev kayması analizi yapmak için çok detaylı

arazi, laboratuar ve bilgisayar çalışması gerekebilir. Ancak, bir zemin veya temel

probleminde ne tip bir sorun çıkabileceğini hissedebilmek, görebilmek; bir

mühendislik sezi ve duyarlılığına ulaşabilmek mühimdir. Bazen zeminin indeks

özellikleri bile mühendise bazı uyarmalar yapabilir. Aşağıdaki kısımlarda indeks

özelliklerine göre sınıflandırılan zeminlerin genel davranımlarına değinilecek,

indeks özellikleri ve mühendislik özellikleri arasında bulunan korelasyonlardan

bazı örnekler verilecektir. Ancak bunların sadece bir fikir vermek amacını

taşıdığını sağlıklı çözümler için her zemin ve her problem için hakiki

parametrelerin bulunması gerektiği açıktır.

Zeminlerin gradasyon ve plastisite özelliklerini içeren indeks özelliklerinin ,

benzer mühendislik özelliklerini taşıyan zemin türlerini gruplandırmak amacıyla

sınıflandırmada kullanıldığına değinilmişti. Ana grup olarak belirlenen kaba ve

ince daneli zeminlere örnek olarak kum ve kilin davranımını kabaca aşağıdaki

gibi karşılaştırabiliriz (Capper ve Cassie, 1969):

KUM KĐL

Boşluk oranı düşük Boşluk oranı yüksek

Kuru olunca kohezyonsuz Su muhtevasına bağlı olarak

yüksek kohezyonlu

Đçsel sürtünme yüksek Đçsel sürtünme düşük

Plastik değil Plastik

Sıkışabilirliği az Sıkışabilirliği fazla

Sıkışma yük tatbik edilir edilmez Sıkışma (konsolidasyon) uzun sürede

meydana gelir meydana gelir

Geçirimli Pratik olarak geçirimsiz

Kaba daneli zeminlerde gradasyon ve sıkılığın mühendislik özelliklerini

belirleyen en mühim faktörler olduğu ve iyi derecelenmiş, sıkı zeminlerin yüksek

dayanım, yüksek taşıma gücü, düşük sıkışabilirlik, düşük geçirgenlik gibi

aranılan davranımları gösterdiği anlatılmıştı. Rutin zemin tanımlama deneyleri

arasında dane şeklini (küresellik ve yüzey pürüzlülüğü) belirleyen yöntemler yer

almamakla birlikte, kaba daneli zeminlerde dane şekli de önemlidir. Örneğin,

danelerin köşeli veya yuvarlak olması kohezyonsuz zeminlerde içsel sürtünmeyi

dolayısı ile kayma dayanımını etkileyen faktörlerden biridir.

Zemin içerisindeki plastik ince daneler zemin davranımını büyük ölçüde etkiler

ve bazen kaba daneli bir zeminin % 10-20 kadar yüksek plastisiteli kil minerali

içermesi zeminin ince daneli zemin gibi davranmasına sebep olabilir (Sowers,

1979).

Zeminin jeolojik geçmişi, yapısındaki fisür ve çatlaklar gibi süreksizlikler de

davranımını etkiler. Jeolojik geçmişi açısından zeminler iki gruba ayrılırlar.

Zemin oluşumu ile günümüze kadar geçen zaman içinde bugünkünden daha fazla

(efektif) gerilmeler altında kalmamışsa “normal yüklenmiş veya normal

konsolide” zeminler denir. önceden bugünkünden fazla bir yüklenmeye maruz

kalma erozyon, kuruma ve yer altı su tablasının yükselmesi gibi nedenlerle ortaya

çıkar ve bu tip zeminler “aşırı konsolide zeminler” olarak adlandırılabilir. Normal

konsolide killer genelde yumuşak normal konsolide kumlar ise gevşek veya orta

sıkıdır. Önceden yüklenmiş killer daha serttir. Bu bakımdan normal konsolide

zeminler yükler altında çok daha fazla oturma gösterir ve kayma dayanımı ve

taşıma gücü daha düşüktür. Türkiye’deki zeminlerin büyük bir kısmı önceden

yüklenmiş durumdadır. Aşırı konsolide killerde tabii su muhtevası plastik limit

civarında normal konsolide killerde likit limite yakındır. Görüldüğü gibi tabii su

muhtevasının Atterberg Limitleri ile kıyaslanması zeminin jeolojik geçmişi ve

buna bağlı olarak beklenilen davranımı hakkında fikir vermektedir.

Zeminin sıkışabilirliğini ifade eden parametrelerden sıkışma indisi Cc ile likit

limit, tabii su muhtevası, tabii boşluk oranı, plastik limit ve kil yüzdesi arasında

çok sayıda korelasyonlar önerilmiştir (Ansal ve Güneş, 1987, Yılmaz, 1987).

Tablo 3’te bunlardan başlıcaları verilmektedir.

Tablo 3. Sıkıştırma Đndisi Bağıntıları (Ansal ve Güneş, 1987)

Önerilen Bağıntılar Zemin Cinsleri Kaynak

Cc = 1,15 (eo – 0,35) Bütün killer Nishida (1956)

Cc = 0,30 (eo – 0,27) Siltli killer Hough (1957)

Cc = 0,75 (eo – 0,50) Düşük plastisiteli

zeminler Sowers (1970)

Cc = 0,40 (eo – 0,25) Bütün doğal Azzous, Krizek

zeminler ve Corotis (1974)

Cc = 0,01 wn Chicago killeri Osterberg (1972)

Cc = 0,01 (wn – 5) Bütün doğal Azzous, Krizek

zeminler ve Corotis (1974)

Cc = 0,07 (wL – 7) Yoğrulmuş killer Skempton (1944)

Cc = 0,009 (wL – 10) Normal konsolide Terzaghi ve

killer Peck (1967)

Cc = 0,006 (wL – 9) Bütün doğal Azzous, Krizek

zeminler ve Corotis (1974)

Sowers (1979) Cc = 0-0,19 için düşük sıkışabilirlik, Cc = 0,20-0,39 için orta

sıkışabilirlik, ve Cc ≥ 0,40 için yüksek sıkışabilirlik tanımlarını kullanmıştır.

Killi suya doygun olmayan zeminlerin su emerek hacminin ***** veya

hacminin artmasının engellenmesi durumunda aşırı basınç tatbik etmesi “şişme”

özelliğidir. Bu tip zeminler kuruduklarında da büzülmeye maruz kalırlar. Şişme

sorunu yol, havaalanı kanal kaplamalarına büyük çapta zarar verebilir. Bu

zeminin şişme özelliği olup plastisitesi indisi, büzülme (rötre) limiti, aktivite

boyutu yüzdesi gibi indeks özelliklerinden tahmin edilebilir (Wasti ve Ergun,

1985). Önerilen basit korelasyonlarda biri Tablo 3’te verilmektedir. Şişme

potansiyeli olan bir zemin, başlangıçta kuru ve sıkı ise küçük yükler su alınca

veya tabii buharlaşmanın önlenmesi neticesinde su muhtevası artarsa şişme

gösterir.

Tablo 3. Şişme Potansiyeli ve Plastisite Đndisi

Şişme Potansiyeli Plastisite Đndisi

Düşük 0 – 15

Orta 10 – 35

Yüksek 20 – 55

Çok yüksek ≥ 55

Gevşek tabii zeminlerde, toprak ve kaya dolgularda zeminin ıslanması veya suya

doygun hale gelmesi sıkışmaya yani “çökme” tabir edilen oturmalara sebep

olabilir. Karakaya demiryolu köprüsü yapılırken, baraj gölünün dolması ile sular

altında kalacak kuru alüvyon tabakalarına rastlayan köprü ayakları için böyle bir

tahkik yapılması gereği ortaya çıkmıştır (Ordemir, 1985). Tabii zeminlerde, (suya

doygun durumdaki su muhtevasının likit limite eşit veya büyük olması

kriterinden hareket edilerek)

Gs . γw

γk ≤ ----------------- (wL ondalık olarak)

1 + wL Gs

olduğu takdirde çökmenin beklenebileceği önerilmiştir (Holtz ve Hilf 1961, Das,

1984’ten). Çökmeye mütemayil ve gevşek yapıda bir zemin başlangıçta kuru ise,

suya maruz kalınca özellikle büyük yükler altında çökme gösterebilir.

Zeminlerin kuru iken dayanımları ile plastisite arasında da ilişki vardır. Bunu

tespit için 40 no.lı elekten (0,4 mm) geçen daneler gerekirse su ilave edilerek

yoğrulur ve bir küp yapılır. Havada veya güneşte kurutulduktan sonra

parmaklarla kırılır. Tablo 4 bu basit denemenin değerlendirilmesi için

kullanılabilir.

Tablo 4. Zeminlerde Plastisite ve Kuru Dayanım (Sowers, 1979)

Tanım Plastisite

indisi(%)

Kuru

dayanım

Arazi deneyi

Plastik

değil

0-3 Çok düşük Kalayca dağılır

Düşük

plastisit

eli

3-15 Az Parmaklarla

kolayca kırılır

Orta

plastisit

eli

15-30 Orta Zor kırılır

Yüksek

plastisit

eli

>31 Yüksek Parmaklarla kırmak

imkansız

1.3 ZEMĐNLERĐN KOMPRESSĐBĐLĐTE-KONSOLĐDASYON

ve

KAYMA DAYANIMI ÖZELL ĐKLERĐ

1.3.1 EFEKTĐF GERĐLME KAVRAMI

Efektif gerilme (σ’)zemin kütlesi içinde daneden daneye aktarılan kuvvetlerin

yarattığı , doğrudan doğruya ölçülemeyen gerilmeyi temsil eder. Zeminde hacim

değişikleri ve kayma dayanımının doğması efektif gerilmelere bağlıdır. Suya

doygun zeminlerde efektif gerilme Terzaghi tarafından

σ’ = σ – u veya σ = σ’ + u

olarak verilmiştir. Burada, σ düzlemin birim alanına dik olarak etkiyen zeminin

toplam ağırlığının doğurduğu kuvvettir, ve toplam normal gerilme olarak

tanımlanır.

u ise boşluk suyu basıncıdır ve toplam gerilmenin boşluk suyu tarafından taşınan

kısmını gösterir.zemin yüzeyinin ve yer altı statik su seviyesinin yüzeyden hw

derinliğinde olduğu bir durumda , z > hw derinliğinde düşey efektif gerilme

aşağıda gibi hesaplanır.

σ = hw . γ + (z – hw) γd

u = (z – hw) γw

σ’ = σ – u = hw . γ + (z – hw) . γ’

Burada γ, yer altı su seviyesinin üstündeki zemin için ortalama birim hacim

ağırlıktır ve kuru , ıslak veya kapileriteden dolayı doygun duruma tekabül

edebilir.

γw suyun birim hacim ağırlığı, γ’ = (γd – γw) efektif birim ağırlık olup su seviyesi

altında suyun hidrostatik kaldırma kuvvetinin etkisini gösterir. Boşluk suyu

basıncı, u, yer altı su seviyesinde atmosferik basınca (sıfır) eşit olup su

seviyesinin altında hidrostatik dağılım gösterir.

Suyun yüzeysel gerilim etkisi ile yer altı su seviyesinin üstüne çıktığı kapiler

bölgede boşluk suyu basıncı negatiftir (u < 0) ve değeri kabaca γw x hc ile

bulunabilir. “hc”, negatif boşluk suyu basıncının bulunması istenen noktanın yer

altı su seviyesinden yüksekliğidir. Su akımı mevcutsa boşluk suyu basıncı akım

ağından elde olunur. Artezyen su basıncı durumunda , basınçlı su ihtiva eden

akiferde ve üstündeki geçirimsiz tabakada statik yer altı suyu basıncının üstünde

bir boşluk suyu basıncı mevcuttur.

Zemine etkiyen yüklerde artma zemin kütlesinde bir hacim değişikli ği

doğurmaya çalışır.suya doygun ve geçirgenliği düşük killi zeminlerde , su

sıkışabilir bir malzeme olmadığından ve boşluklardaki su hızla dışarı

çıkmayacağı için hacim değişikli ği hemen meydana gelmez. Bu boşluk suyu

basıncının geçici olarak , ∆u kadar artmasına sebep olur ve efektif gerilmede

hemen bir artış almaz. (örneğin toplam düşey gerilmede meydana gelen artış ∆σ,

tek yönlü sıkışma – konsolide şartlarında ∆u = ∆σ kadar bir ilave (aşırı) boşluk

suyu basıncı doğmasına neden olur.) zamanla boşluk suyunun bir kısmının geçici

akımla drene olması ile basınçları söner, efektif gerilmede ve hacimde

tedrici değişiklik(düşey gerilmelerin artması durumunda konsolidasyon ve

oturmalar ) meydana gelir. Zemin üzerine etkiyen yükün azalmasına örnek olarak

kazılar yarmalar ve toprak baraj rezervuar seviyesinde ani su seviyesi düşüşü

gösterilebilir. Bu durumda ilave boşluk suyu basıncı negatiftir (∆u <0) ve uzun

vadede hacim artması meydana gelebilir.

Killi zeminlerde zemine etkiyen kuvvetlerin değiştirilmesinden hemen sonraki

durum “drenajsız safha” ilave boşluk suyunun sönümünün uzun sürede

tamamlanmasından sonra ulaşılan durum ise “drenajlı safha” olarak anılır. Şev

stabilitesi analizi ve taşıma gücünün tayini gibi problemlerde drenajsız safha için

kısa süreli “inşaat sonu hali) ve drenajlı safha için “uzun süreli stabilite” tabir

edilen ve farklı kayma dayanımı parametrelerinin kullanıldığı iki ayrı tahkik söz

konusu olabilir.

Kum gibi geçirgenliği yüksek olan zeminlerde ilave boşluk suyu basınçları çok

kısa sürede kaybolduğundan sadece drenajlı safha durumu geçerlidir.

1.3.2 ZEMĐNLERĐN KOMPRESSĐBĐLĐTE VE KONSOLĐDASYONU

Kompressibilite (sıkışabilirlik) genel olarak malzemenin birim basınç artışına

tekabül eden birim hacim değişimi olarak tarif edilebilir. Konsolidasyon ise

zeminlerde toplam gerilmenin artması (yük tatbiki) veya boşluk suyu basıncının

azalması (su tablasının veya artezyen basıncının düşürülmesi) neticesinde efektif

gerilmelerin artmasıyla meydana gelen , boşluk suyunun aşırı boşluk suyu basıncı

sönene kadar drenajı ile oluşan tedrici bir hacim azalmasıdır. Silt ve kilerde

düşük permeabilite nedeniyle konsolidasyon çok düşük olduğu halde , kum ve

çakıllarda suya doygun halde bile hacim değişikli ği ve oturma ani olur. Kazı

yapılarda efektif gerilme azalır ve kabarma (şişme) meydana gelir.

Ödometre deneyi

Pratik problemlerde genellikle yanal boy değişiminin sıfır olduğu tek yönlü

sıkışma kabulü yapılır. Bu sebepten zeminin kompressibilitesi ve konsolidasyon

hızı, tek yönlü sıkışma şartlarını sağlayan “ödometre aleti” kullanılarak bulunur.

Şekil 1a ‘da görüldüğü üzere zemin numunesi rijit bir halka içine yerleştirilir, alt

ve üst yüzeyleri boşluk suyunun drenajına imkan vermek üzere gözenekli taşlar

konur. Tatbik edilen eksenel yük her defasında iki misline çıkarılır. Sıkışma

okumaları uygun konsolidasyonun pratik olarak bittiği yani aşırı boşluk suyu

basıncının sönerek toplam gerilme artışının tamamen efektif gerilmelere

dönüştüğü kabul edilen 24 saat süresince alınır. Zeminin şişme özellikleri, belli

bir yük kademesine çıkıldıktan sonra basınç düşürülüp numunenin su alıp

şişmesine izin verilerek belirlenir.

Tek yönlü sıkışmada kesit alanı kaldığından hacim, numune kalınlığı ve boşluk

oranı arasında aşağıdaki bağıntı vardır:

∆V ∆H ∆e

------ = ------ = ---------

Vo Ho 1 + eo

Burada Vo, Ho ve eo sırası ile başlangıçtaki hacim, kalınlık ve boşluk oranı

değerlerini, ∆V, ∆H ve ∆e ise bu değerlerdeki değişimleri göstermektedir. Her

yükleme seviyesindeki boşluk oranı e1, yukarıdaki ifade ve Şekil 1.b göz önüne

alınarak iki şekilde hesaplanabilir:

(1) deney sonundaki su muhtevası : w1

deney sonundaki boşluk oranı : e1 = w1 . Gs (S = %100 kabulü ile)

deney başlangıcındaki numune kalınlığı = Ho

deney sonundaki numune kalınlığı değişimi = ∆H

deney başlangıcındaki boşluk oranı = eo = e1 + ∆e

“Denklem (1)” deki bağıntı,

∆e 1 + eo 1 + (e1 + ∆e)

------- = --------- = -----------------

∆H Ho Ho

yazılarak ∆e ve eo hesaplanır ve benzer şekilde her yük kademesi için

boşluk oranı bulunabilir.

(2) Numunenin deney sonunda ölçülen kuru ağırlığı = Ms

Herhangi bir yükleme sonundaki numune kalınlığı = H1

Numune alanı = A

Ms

Danelerin eşdeğer kalınlığı = Hs = ----------

AGsρw

H1 – Hs H1

Boşluk oranı = e1 = ----------- = ------ – 1

Hs Hs

Şekil 1.6 Ödometri aleti

Şekil 1.7 tek yönlü sıkıştırma için blok diyagram

1.3.2.1 Kompressibilite özellikleri

Ödometre deneyi hesaplarından basınç/boşluk oranı eğrileri çizilebilir.suya

doygun bir kil numunesi için bulunan tipik eğriler Şekil 2 ‘de verilmektedir.

Numune tabiattaki çökelmeler sırasında olduğu gibi cıvık vaziyette hazırlandığı

taktirde e - log σ’ bağıntısı lineer olur. Eğer bir noktadan sonra basınç

azaltılırsa kil şişer ve tekrar yüklendiğinde efb eğrisi boyunca tekrar sıkışır. σc’

efektif gerilmesi aşıldığında numune tekrar lineer davranım gösterir. Eğer

bozulmamış bir numune , alındığı derinlikteki efektif düşey gerilme σo’ den

itibaren abc gibi lineer bir e - log σ’ bağıntısı veriyorsa bu tip bir zemin “normal

konsolide” veya “normal yüklenmiş” zemin olarak adlandırılır. Zemin jeolojik

geçmişinde σc’ > σo’ basıncı altında konsolide olmuş ise e-log σ’ bağıntısı

efb’c eğrisi tipinde bir davranım gösterir ve σc’ basıncı ön konsolidasyon basıncı

olarak adlandırılır. “Aşırı konsolide” veya “aşırı yüklenmiş” olarak adlandırılan

bu zeminlerde tabiatıyla ön konsolidasyon basıncı aşılmadığı taktirde sıkışma ve

oturmalar az olur.

Şekil 1.8 Boşluk oranı- efektif gerilme ilişkisi

Zeminin kompressibilite özellikleri aşağıdaki parametrelerle ifade edilebilir :

1) Hacimsel sıkışma katsayısı, mv

1 ∆e 1 (eo – e1)

mv = --------- -------- = ---------- ----------------

1 + eo ∆σ’ 1 + eo (σ1’ – σo’)

2) Sıkışma indisi Cc , e - logσ’ diyagramının lineer kısmının (bakir

konsolidasyon eğrisinin) eğimidir ve birimsizdir.

∆e eo – e1

Cc = ----------- = ----------------

∆log σ’ log σ1’ / σo’

e – log σ’ diyagramının şişmeye tekabül eden kısmı takriben bir doğru olarak

alınırsa eğimi, kabarma (şişme) indisi Cs olarak tarif edilir.

1.3.2.2 Konsolidasyon Oturmasının Bulunması

Nihai konsolidasyon oturması Sc’ esas olarak şu ifadeden bulunur :

∆e

Sc = ∆H = H ---------

1 + eo

Burada, ∆e, mv cinsinden ifade olunabilir. O taktirde,

Sc = H . mv . ∆σ’

Normal konsolide killer için ise,

Cc σ1’

Sc = H --------- log -----

1 + eo σo’

ifadesi kullanılabilir.

Bu ifadelerde σo’ ve σ1’ , sıkışabilir tabakadaki ortalama değerleri bulmak için

tabakanın ortasında hesaplanan başlangıçtaki efektif gerilme ve yüklemeden

sonraki efektif gerilme değerleridir. hacimsel sıkışma katsayısı mv oturma

hesaplarına konu olan gerilme değerleri mertebesi için tayin edilebilir. Birden

fazla kil tabakası için veya mv ve ∆σ’ ‘nin derinlikle değişimi hesaba katmak için

kil tabakasının ara tabakalara bölünmesi durumunda aynı ifade tabakaların her

biri için uygulanır.

Yukarıdaki ifadelerde tek yönlü konsolidasyon kabulü yapıldığı için yük tatbik

edildiğinde drenajsız şartlar altında hacim değişikli ği olmadan meydana gelen ani

oturma sıfırdır ve toplam oturma konsolidasyon oturmasına eşittir. Skempt ve

Bjerrum (1957) yanal deformasyonların ihmal edilmemesi gereken durumlarda

oturmaların ödometre deneyi sonuçlarından hesaplanan değerleri kullanılarak

aşağıda değerlerin bulunmasını önermişlerdir:

S = S1 + Scx Sc

x = µ Sc

Elastik veya ani oturma killer için elastik teori çözümleri kullanılarak

hesaplanılır. Poisson oranı , killerde sıfır hacim değişikli ğine tekabül eden

drenajsız yükleme için 0,5 alınır. Elastisite modülü drenajsız üç eksenli basınç

deneylerinden bulunur. Genellikle gerilme eksenel birim deformasyon eğrisi

üzerinde orijin ve kırılmadaki eksenel gerilmenin 1/2ila1/3 üne eşit gerilme

değerini birleştiren doğrunun eğimi elastisite modülü olarak alınır.

Kumlu zeminlerde , elastisite modülü derinlikle arttığı ve genellikle kum

tabakaları homojen olduğu için toplam oturmaya eşi olan ani oturma elastik

çözümler yerine plaka yükleme deneyi, standart penetrasyon deney sonuçları

kullanılarak uygulanan ampirik metotlardan yararlanılır (Craig, 1983).

1.3.2.3. Müsaade Edilebilir ve Farklı Oturmalar

Bir temel sistemi tasarımında oturmaların yapıya ve fonksiyonuna zarar

vermeyecek mertebede tutulması gerekir. Maksimum oturmadan ziyade yapının

bir kısmı ile diğer kısmı arasındaki farklı hareketi ifade eden farklı oturma daha

kritiktir ve δ = smaks – smin şeklinde tarif edilir. Farklı oturma, “açısal

deformasyon”, δ / ι tarifi ile de karakterize edilir. Bu tanımda δ iki nokta

arasındaki farklı oturma, ι ise bu iki nokta arasındaki yatay mesafedir. Diğer bir

yapının oturması uniform ise bu, yapısal bir zarara yol açmaz ancak tesisat vs.

etkilenebilir. Farklı oturma bahsine gelirse döşeme ve duvarlarda çatlaklar,

yapının taşıyıcı elemanlarına ve kullanımına zarar hasıl olabilir.

Yapının tolere edebileceği maksimum oturma ve farklı oturmalar, yapının

rijitli ği, yapı sistemi, kolon aralıkları, yapı malzemesi ve binanın kullanımı gibi

pek çok faktöre bağlıdır. Ancak yapıların çoğu yarı rijit olduklarından farklı

oturma sorun olabilir. Kumlu zemin tabakaları gelişigüzel dağılmış gevşek cepler

ihtiva ettiklerinden killi zeminlere nazaran çok düzensiz farklı oturmalar

beklenebilir. Ayrıca, kilin aksine oturmalar ani olduğundan yapının kendini farklı

oturmalara adapte etmesi imkanı olmaz. Farklı oturmaları azaltmak açısından

kumlu zeminlerde münferit sömeller yerine radye jeneral temel sistemi uygun

çözüm olabilir. Kum üzerindeki sömeller için müsaade edilebilir (maksimum)

oturma 25 mm genellikle kabul edilen bir kriterdir. Bu durumda farklı

oturmaların takriben 20 mm’den az olması beklenir. Radye jeneral içinse 20 mm

kadar farklı oturma limitine karşılık 50 mm müsaade edilebilir oturma kabul

edilir.

Açısal deformasyon için Bjerrum tarafından önerilen limitler genel bir fikir

vermek için aşağıdaki tabloda aktarılmıştır.

Tablo 5. Açısal deformasyon (δ / ι) limitleri

1 / 150 Genel binalarda yapısal hasar beklenir

1 / 250 Yüksek, rijit binaların kaykılması fark edilebilir.

1 / 300 Panel duvarlarda çatlak olabilir. Gezer vinç ve krenlerin hareketi

zorlaşabilir.

1 / 500 Çatlaklara müsaade edilmeyen binalar için limit.

1 / 600 Diyagonal çekme çubuklu çerçevelerde aşırı gerilme.

1 / 750 Oturmaya hassas, makinelerde sorun.

1.3.2.4. Konsolidasyon Oturma Hızı

Tek yönlü konsolidasyon için Terzaghi’nin verdiği denklem aşağıdaki gibidir:

Cv = Konsolidasyon katsayısı

∂u ∂2u k

----- = Cv ------- Cv = -----------

∂t ∂z2 γw mv

Bu denklemde “u”, kil tabakasının üst yüzeyinden “z” derinliğindeki bir

noktadaki aşırı boşluk suyu basıncının, basınç artımını tatbikten “t” zaman

sonraki değerini gösterir. Suyun birim hacim ağırlığı ve k permeabilite

katsayıdır. Sıkışabilir tabakanın tamamı için konsolidasyonun hangi safhada

olduğu veya t zamandaki oturma Sct miktarı, konsolidasyon yüzdesi U ile ifade

edilir:

Sct = U x Sc U = f (Tv)

Cvt

Tv = -------

d2

Burada, Tv birimsiz zaman faktörüdür. “d” ise boşluk suyunun serbest drenaj

yüzüne erişmesi için takip edeceği maksimum yolun uzunluğudur. Kil

tabakasının alt ve üstünde geçirimli tabakalar olduğunda ve ödometre deneyinde

d = H / 2 , drenajın sadece alt veya üstte olması durumunda d = H’dir. U ve Tv

arasındaki ilişki kil içinde başlangıçtaki aşırı boşluk suyu dağılımına ve drenajın

tek veya çift yönlü olmasına bağlı olup abak veya tablolardan veya yaklaşık

olarak aşağıdaki ifadelerden bulunur:

π

U < 60 % için Tv = ---- U2

4

U > 60 % için Tv = – 0,933 log (1 – U) – 0,085

Konsolidasyon katsayısı Cv ödometre deneylerinde her yük kademesindeki

sıkışma - zaman okumalarından, sıkışma - √ t veya sıkışma-log t bağıntıları

kullanılarak bulunur (Kumbasar ve Kip, 1972, Önalp, 1982).

1.3.2.5. Zeminlerin Suya Doyurulduklarında Şişme ve Çökme Davranışı

Kuru veya kısmen suya doygun tabii veya dolgu zeminlerin, üzerilerine etki eden

basınç değişmeden suyla satüre olduklarında gösterdikleri hacim değişiklikleri de

ödometre veya tek yönlü konsolidasyon şartlarını sağlayan benzer aletler

kullanılarak incelenir. Zemin, kuru yoğunluk, su muhtevası, gradasyon,

konsolidasyon basıncı ve hatta suya doyurulma hızına bağlı olarak miktarı

değişen şişme veya çökme gösterebilir. Dolguda gerilme şartlarının tek yönlü

gerilme şartlarından sapması, arazi ve laboratuardaki farklı sıkıştırma yöntemi ile

farklı zemin yapılarının oluşması, laboratuar sonuçlarından arazi tahminleri

yapılmasını güçleştirmektedir. Ancak genel olarak kuru yoğunluk, su muhtevası

azaldıkça ve konsolidasyon basıncı arttıkça şişmeden ziyade çökme beklenir.

1.3.3 ZEMĐNLERĐN KAYMA DAYANIMI VE STAB ĐLĐTE ANALĐZĐ

YÖNTEMLERĐ

Bir zeminin kayma dayanımı, belirli şartlar (drenaj şartları, yükleme hızı gibi)

altında taşıyabileceği maksimum kayma gerilmesi olarak tarif edilir. Zeminler

için kırılma hipotezi Coulomb tarafından aşağıdaki şekilde verilmiştir:

τf = c + σf tan Ø

Burada, τf = kayma dayanımı

σf = kayma düzlemine etkiyen toplam normal gerilme

c = kohezyon } Toplam gerilmelere göre

Ø = kayma direnci açısı }

Efektif gerilmeler cinsinden bu ifade

τf = c’ + σf’ tan Ø’ = c’ + (σf – u) tan Ø’

şeklini alır. Bu denklemde “σf’” kırılma esnasında kayma düzlemindeki efekyif

normal gerilme, “u” boşluk suyu basıncı, c’ ve Ø’ efektif gerilmelere göre kayma

dayanımı parametreleridir. Şekil 3’de görüldüğü gibi, kırılmaya tekabül eden

Mohr gerilme dairesi kırılma zarfına teğettir ve teğet noktasının koordinatları (τf ,

σf’ ) kırılma anında kayma düzlemine etkiyen normal ve kayma gerilmesi

değerlerini verir. Kırılma anındaki asal (efektif) gerilmeler σ3’ , σ1’ ve kayma

dayanımı parametreleri ve kayma düzlemine etki eden gerilmeler arasında

aşağıdaki bağıntılar vardır (Şekil 3):

AB 1 / 2 (σ1’ – σ3’)

tan Ø’ = ------- = ----------------------------------

QB c’ cot Ø’ + 1 / 2 (σ1’ + σ3’)

düzenlenince :

(σ1’ – σ3’) = 2c’ cos Ø’ + (σ1’ + σ3’) sin Ø’

şeklini alır ki bu ifade “Mohr-Coulomb Kırılma Hipotezi” olarak adlandırılır.

Kayma düzlemine etki eden normal ve kayma gerilme değerleri de aşağıdaki

denklemlerden bulunabilir:

τf = 1 / 2 (σ1’ – σ3’) sin 2θ

σf’ = 1 / 2 (σ1’ + σ3’) + 1 / 2 (σ1’ – σ3’) cos 2θ

Burada θ, kayma düzlemi ile büyük asal düzlem arasındaki açıdır:

θ = 45 + Ø’ / 2

Kırılma zarfı deneysel olarak, kayma düzlemi üzerinde kırılma anındaki normal

ve kayma gerilmelerinin ölçülmesi ile (örneğin, kesme kutusu deneyi) veya

kırılma anındaki asal gerilmelerin ölçülmesi ile (örneğin üç eksenli basınç

deneyi) Mohr gerilme dairelerinin müşterek teğeti çizilerek elde edilir.

Şekil 1.9 Kırılma anındaki gerilme şartları

Şekil 1.10 Direkt kesme deney aleti

1.3.3.1. Kayma Dayanımı Deneyleri

Kayma dayanımı parametreleri tabii zeminlerde bozulmamış temsili numuneler,

dolgularda aynı şartlarda sıkıştırılmış numuneler üzerinde laboratuar kesme

deneyleri yapılarak bulunur.

Direkt kesme (kesme kutusu) deneyinde, numune kare veya daire kesitli, orta

yüksekliğinden ikiye ayrılmış bir kutu içine yerleştirilir. Düşey yük tatbik edilir.

Kutunun üst yarısının alt yarısı üzerinde hareketi ile yatay kayma düzlemine sabit

tutulan düşey yük altında kesme kuvveti tatbik edilerek numune kırılır (Şekil 4).

Üç eksenli basınç deneyi, en yaygın olarak kullanılan ve bütün zemin tipleri için

uygun bir deney yöntemidir. Deneyin avantajı drenaj şartlarının kontrol

edilebilmesi ve boşluk suyu basınçlarının ölçülebilmesidir. Genellikle

uzunluk/çap oranı 2 olan silindirik numuneler kullanılır. Üç eksenli deney

aletinin bir şeması Şekil 5’de verilmektedir. Lastik kılıfla sarılan numune,

saydam olan silindirik bir hücre içine yerleştirilir. Hücreye doldurulan sıvı

vasıtası ile hücre basıncı veya çevre basıncı (σ3) tatbik edilir. Deviatör gerilmeye

(σ1 – σ3) tekabül eden eksenel yük bir mil vasıtası ile numune üzerine etkir.

Numune altındaki gözenekli alt başlık içinden bağlantı ile boşluk suyunun drenajı

veya drenaja müsaade edilmediği zaman boşluk suyu basıncı ölçmeleri yapılır.

Rutin deneylerde hücre basıncı (σ3) sabit tutulur ve deviatör gerilme (σ1 – σ3)

arttırılarak numune kırılır.

Hücre basıncı ve deviatör gerilme tatbiki sırasındaki drenaj şartlarına bağlı olarak

başlıca üç çeşit üç eksenli basınç deneyi vardır:

(a) Konsolidasyonsuz-Drenajsız Deney : Hücre basıncı tatbiki sırasında

drenaja (konsolidasyona) müsaade edilmez. Deviatör gerilme tatbiki (kesme)

esnasında da drenaja müsaade edilmez.

(b) Konsolidasyonlu-Drenajsız Deney : Numuneye hücre basıncı tatbik

edilirken drenaja (konsolidasyona) izin verilir ve sonra deviatör gerilme drenaja

izin verilmeden arttırılarak numune kırılır. Parametreler Ccu ve Øcu ile gösterilir.

Efektif gerilmelere göre kayma direnci parametreleri c’ ve Ø’ nin bulunması

isteniyor ise, deneyin drenajsız kesme safhasında boşluk basınçları ölçülür.

(c) Drenajlı Deney : Numune, hücre basıncı altında konsolidasyona bırakılır.

Drenaj yolu açık tutulmaya devam edilerek, deviatör gerilme ilave boşluk suyu

basıncı doğmayacak yavaşlıkta arttırılarak numune kırılır. Dolayısı ile bu

deneyde toplam ve efektif gerilmeler birbirine eşittir. Bu yöntemle Cd ve Ød ile

gösterilen efektif gerilmelere göre kayma dayanımı parametreleri doğrudan

doğruya ölçülmüş olur.

Şekil 1.11 Gerilme sistemi

Şekil 1.12 Deney aleti

Üç eksenli basınç deneyinin özel bir şekli olan ve sıfır yanal basınç (σ3 = 0)

şartını sağlayan serbest basınç deneyi drenajsız deneydir.

Drenajsız kayma dayanımı laboratuarda kanatlı kesici (veyn) aleti ile tayin

edilebilir.

Kayma drenci parametrelerini belirlemek için bahsedilen farklı deneylerin

yapılmasının sebebi kayma dayanımının kullanılacağı kompressibilite

probleminde, zeminin arazide yükleme sırasında maruz kalacağı drenaj şartlarının

deneyde sağlamaya çalışmasıdır.burada göz önüne alınan husus zemine

gerilmelerin tatbik edilme hızının zeminin konsolidasyonuna olanak sağlayıp

sağlamamasıdır.örneğin killi bir zeminde hızla yapılan bir bina için drenajsız

deney söz konusu iken tabii bir şevin uzun süreli stabilite analijinde drenajlı

deney uygulanır.

1.3.3.2. Suya Doygun Olmayan Zeminlerde Kayma Dayanımı

Dolgu zemini gibi suya doygun olmayan zeminlerde efektif gerilme prensibinin

tatbiki efektif gerilme ifadesindeki ampirik bir ifadenin tayının güçlüğünden

dolayı son derece zordur. Efektif gerilmelere göre kayma dayanımı

parametrelerinin tayini için boşluk suyu basıncı ölçülmeli konsolidasyonlu-

drenajsız deneyler yapıldığında boşluk suyu basıncı ve boşluk hava basıncının

doğru ölçülmemesinden dolayı hatalar doğabilir. (Bishop ve henkel 1962) diğer

bir yaklaşımda numuneyi boşluk suyuna ters basınç tatbik ederek suya doygun

hale getirip drenajlı deneylerle c’ ve Ø’ değerlerinin tayinidir.

Toplam gerilmelere göre kayma dayanımı parametreleri cu ve Øu değerlerinin

tayini için tabii zeminlerde bozulmamış numuneler veya dolgu zeminlerinde

arazideki su muhtevası ve sıkılıkta hazırlanmış numuneler üzerinde

konsolidasyonsuz – drenajsız deneyler yapılabilir. (σ1 – σ3)f, hücre basıncı

arttığından yatay ve lineer olmayan kırılma zarfı elde edilebilir. (şekil 10). Cu ve

Øu değerleri kırılma zarfı belli gerilme aralığı için lineer kabul edilerek

verilebilir. Yüksek hücre basınçlarında boşluklardaki hava boşluk suyunda

eridiğinden stürasyona ulaşılır ve Øu = 0 durumu meydana gelir. Serbest basınç

deneyi sonuçlarının Øu = 0 kabulüne dayanarak yorumlanmasından dolayı

doygum olmayan zeminler için kullanılması hatalıdır.

Boşluk basıncı katsayıları

Drenajsız şartlar altında toplam asal gerilmelerdeki değişikliklerin yarattığı

boşluk suyu basıncı miktarları boşluk basıncı katsayıları ile ifade edilir. Bu

katsayılar laboratuarda üç eksenli basınç deneyi vasıtasıyla ölçülür ve şev

stabilitesi problemlerinde arazideki boşluk suyu basıncının tayininde kullanılır.

Şekil 1.13 Sıkı ve gevşek kumda kesme kutusu deney sonuçları

Bir zemin elemanı üzerindeki çevre basıncı drenajsız şartlar altında izotropik

olarak kadar arttırılırsa boşluk suyu basıncındaki artış, ∆u3, aşağıdaki ifade ile

verilir :

∆u3 = B . ∆σ3

burada “B boşluk suyu basıncı katsayısı” suya doygun zeminler için 1’dir, ve

kısmen suya doygun zeminlerde B<1’dir.

Büyük asal gerilme ∆σ1 kadar arttırılırsa,

∆u1 = AB ∆σ1

olarak ifade edilir. Burada AB, Ā olarak da yazılabilir. Suya doygun zeminlerde

B = 1 olduğundan,

∆u1 = A ∆σ1

ifadesi bulunur. Üç eksenli deneyde, drenajsız şartlar altında eksenel yük

arttırıldığında boşluk suyu basıncı ölçülerek A değeri bulunur. Boşluk basıncı

katsayısı A’nın değeri zeminin normal veya aşırı konsolide olması, gerilme

mertebesi gibi faktörlere bağlıdır.

Normal konsolide killerde A değeri 0,5 ila 1,0, az aşırı konsolide killerde 0 ila 0,5

ve çok aşırı konsolide killerde –0,5 ila 0 arasındadır. Aşırı hassas killerde A

değeri 1’den büyük olabilir.

Üç eksenli deneyde olduğu gibi izotropik ve eksenel gerilmelerin her ikisinin de

arttırılması durumunda boşluk suyu basıncı artması ∆u aşağıdaki ifade ile verilir :

∆u = ∆u3 + ∆u1

= B [∆σ3 + A (∆σ1 - ∆σ3 )]

bu denklem düzenlenirse,

∆u ∆σ3

------ = B [ 1 – (1 – A) (1 – ------)]

∆σ1 ∆σ1

veya

∆u _

------ = B

∆σ1

şeklinde yazılır.

Şev stabilitesi problemlerinde, muhtemel kayma yüzeyleri boyunca boşluk suyu

basıncının değeri, o noktadaki “dolgu basıncı” na oranlanarak belirtilebilir. Bu

birimsiz orana “boşluk basıncı oranı” “ru” denir.

u

ru = -----

γh

Burada γ , zeminin toplam birim hacim ağırlığı (gerektiğinde suya doygun

haldeki birim hacim ağırlık), h ise o noktadaki düşey dolgu yüksekliğidir. Toprak

barajların çeşitli safhalardaki (yapım sonu, rezervuar dolu olarak sızıntı hali vs)

şev stabilitesi tahkiklerinde ru değerleri boşluk basıncı katsayıları cinsinden ifade

edilebilir. Bu, tipik dolgu zeminlerde ve tipik toprak barajlarda mansap ve

memba şevleri için kabaca ve şev için ortalama bir ru değerinin belirlenmesine

imkan verdiğinden hesaplarda kolaylık sağlar.

2. SIĞ TEMELLER VE RADYELER

Genellikle temel taban kotuna temel yüzeyinden olan derinliğin temelin dar

genişliğinin 1,5 katını aşmaması halinde bu tür temellere sığ temeller denir.

2.1 TĐPLERĐ

Münferit Temel : Bir kolonu tek başına taşıyan ayrı bir temeldir.

Birleşik Temel : Bu tür temel birkaç kolonu birden taşır.

Duvar Altı Temel : Sürekli duvar yükünü taşır.

Konsol Temel : Bir sürekli veya tek temeli mesnetlendiren temeldir.

2.2 SIĞ TEMELLERĐN YAPIMVE PROJELENDĐRĐLMESĐNDE GÖZ ÖNÜNE

ALINACAK HUSUSLAR

Bu tür temellerin yapılmasında, iyi ve anlamlı bir zemin etüdünün yapılması ana

ilke olmalıdır. Bunu takiben, şu hususlar gözetilir :

Proje Yükleri Belirlenir : Sabit ve hareketli yükler, kar, rüzgar, dinamik etkiler

vs.

Zemin Profili Tespit Edilir : Bu tespitte, yapılmış olan zemin etüdü ile su tablası

derinliği, zeminin yerinde yapılan SPT, kanatlı kesici veya koni deneyleri ile

tayin edilen özellikleri ve ilaveten örselenmemiş numuneler kullanılarak bulunan

laboratuar veriler. Bu veriler, sıkışabilirlik, zaman-oturma özellikleri,

sınıflandırma özellikleri ve mukavemet özellikleridir.

Civarda bulunan mevcut yapılar ve bu yapıların tasarlanan temel sistemine

etkileri araştırılır.

Temel Derinliği Tespit Edilir : Bu işlem için olan derinliği. Yüzeysel toprağın

uzaklaştırılması, yüzey gevşek dolgular üstüne temel oturtulması, zeminin şişme

veya çökme potansiyeli özellikle göz önüne alınır.

Temellerin mecburiyet karşısında eğimli arazide yapılmaları halinde aşağıdaki

şekilde gösterilen şartlara riayet edilir :

a = Asgari don derinliği

b = Kazada en az 0,60 m.

b = Zeminde en az 1,00 m.

Kritik durumlarda kayma dairesi ile tahkikler mutlaka yapılır.

Temeller mümkünse aynı kota atılır. Farklı kotlarda temel yapılmasının

kaçınılmaz olduğu durumlarda aşağıdaki şartlara uyulur :

(a / b)asgari > 2 zeminlerde

(a / b)asgari > 1 kayada

Bu hususları takiben, zemin etütlerinde elde edilen veriler ve yükler kullanılarak

temelin:

a) Oturma

b) Taşıma gücü yönünden projelendirilmesine ve tahliline geçilir

2.2.1 YÜZEYSEL TEMEL DERĐNLĐĞĐ SEÇĐMĐNDE DĐKKAT EDĐLECEK

HUSUSLAR

a) Temel don derinliği altında kalacak,

b) Zeminin hacimsel değişim gösterdiği bölge dışında kalacak,

c) Molon ve organik zemin derinliği altına inilecek,

d) Akarsu ve dalgaların, aşındırma ve oyma etkisi dışında kalacak,

e) Komşu yapı temelinin zarar görmemesi sağlanacak,

f) Bodrum ihtiyacı karşılanacak.

2.3 ZEMĐN EMNĐYET GERĐLMESĐ KAVRAMI

Bu noktada, üzerinde önemle durulması gereken bir konu, “zemin emniyet

gerilmesi” kavramıdır. Çoğu kez, mühendisler böyle bir gerilme bulunmasının

çok yararlı olacağı ve işlerini kolaylaştıracağı inancı ile hareket ederler. Yüzeysel

çözümler peşinde olan meslektaşların, kolon yükünü bu türlü bir gerilme

rakamına bölerek temel alanını buldukları ve işi bitirdikleri çok gözlenmiştir. Ne

yazık ki zeminlerde, bir çelik çubuğun çekme mukavemeti veya bir beton küpün

kırılma değerine benzer bu tür bir değerden söz edilemez. Zira bir yapının

güvenli olabilmesi :

a) Yapının altındaki temelin göçmeye karşı emniyetli olması,

b) Yapının, temelde meydana gelecek olan oturmalara karşı

güvenliğinin, bu oturmaların tespiti sonucunda saptanmasını ayrı ayrı

aramak gerekir.

Bu kriterlerin gözlenmesi sonucunda yapının emniyetli olup olmadığı

söylenebilir. Şüphesiz ki yapının projelendirilmesinde bu esaslara uyulmalıdır.

2.3.1 GÖÇMEYE KARŞI ZEMĐN EMNĐYET GERĐLMESĐ

Göçmeye karşı emniyet aşağıda Tablo 1’de verilmiş olan denklemlerin

uygulanması ile tahkik edilmelidir.

Bu tabloda :

q = Temel seviyesinde efektif örtü yükü

c = Kohezyon

ф = Đçsel sürtünme açısı

Nq , Nc , Nγ = ф açısına bağlı taşıma gücü katsayıları

γ = Zeminin birim hacim ağırlığı olmaktadır.

Tablo 2.1. Taşıma Gücü Katsayıları

ф Nc Nq Nγ

0 5,7 1,0 0

10 9,6 10 1,2

20 17,7 7,4 5,0

30 37,2 22,5 19,7

40 95,7 81,3 100,4

50 347,5 415,1 1153,2

Tablo 2.2

Şerit Yüklü Temel qult CNc + qNq + 0,5γBNγ .... (1)

Kare Sömel qult 1,3CNc + qNq + 0,4γBNγ .... (2)

Dairesel Sömel qult 1,3 CNc + qNq + 0,3γBNγ .... (3)

Burada verilen değerler nihai taşıma gücünü brüt değerler olarak verir. Emniyetli

net taşıma gücü ise bu değerden efektif örtü yükü çıkarılarak bir emniyet faktörü

tatbik edilmek sureti ile tariflenir. Örneğin birinci denklem için :

qm = (qem)n = qult – q = │CNc + q (Nq – 1) + 0,5γ BNγ │ (1 / F) ..... (4)

F bir emniyet emsalidir. (2 – 3 olabilir)

2.3.1.1. Kohezyonlu Zemin

Drenajsız bir yükleme söz konusu olacağından ф = 0 ve Nq = 1 olur. Örneğin (1)

ifadesi.

CNc

qm = ------------ ..... (5) ifadesine dönüşür.

F

Bu ifade, şerit yükleme için olup dikdörtgen bir temel için (1 + 0,2 B / L) ile

çarpılmalıdır.

2.3.1.2 Granüler Zemin

Bu durumda örneğin denklem (1)

qm = q (Nq – 1) + 0,5 γ NγB ...... (6) olur.

2.3.1.3. Oturmalar

Yukarıdaki ifadelerle tayin edilen taşıma güçlerinin uygulanması ile tespit

edilecek olan temellerin oturma analizlerinin yapılması gerekir.

Killerde oturmalar iki süreç sonucu oluşur :

2.4 STATĐK HESAPLAR

Zeminin taşıma gücünün hem göçme hem oturmalara karşı hassasiyet

belirlenerek tespitinden sonra bu kısımda yurdumuzda yaygın olarak kullanılan

çeşitli tipteki temellerin statik analizlerine değinilecektir. Bu hesaplarda bulunan

en büyük gerilmenin taşıma gücü emniyet gerilmesini geçmemenin şartı yanında,

oturma kriterlerine özen gösterilmesi de bir kere daha hatırlatılır. Bu noktada şu

hususu belirtmekte yarar vardır :

Takdim edilen metotlar, temellerin davranışının tamamıyla rijit olduğu esasına

dayanmaktadır.

2.4.1 Münferit Sömel : Yük ve Tek Düzlemde Moment

Bir kolon – münferit sömel sistemine aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi moment

ve yükler gelebilir :

Bu durumda sömel altındaki basınç dağılımı lineer olup ve şu ifadeler ile

hesaplanır :

ΣV 6e

qmax = ------- (1 + -------) .... (12)

BL B

ΣV 6e

qmin = ------- (1 – -------) .... (13)

BL B

Burada B moment alan düzlemdeki boyut, L ise diğer boyuttur. “e” eksantriklik

miktarını gösterir.

a) Ani (elastik) oturma

b) Zamana bağlı oturma

Kumlarda oturmalar daha ziyade elastik mahiyettedir. Bu oturmaların çoğu bina

inşa edilirken görülür, ancak özellikle servis yükleri değişken yapılarda (Silolar,

Dolum Tankları vs.) çok önemli olur.

Kumlarda küçük ф açıları için bile (6) ifadesi ile çok büyük emniyet bulunabilir.

Ancak, özellikle genişliği 1,5 m den büyük olan sömellerde oturmalar önem

kazanır. Günümüzde standart penetrasyon değerini esas olan bir oturma formülü

çok kullanılmaktadır ve kullanılması tavsiye olunur : Bu formül

qu

∆H = ------------- (7)

(0,41)N

ifadesidir.

Burada qu (kN / m2) olarak gerilme, N = SPT değeri ∆H (mm) olarak oturmadır.

Buradan qu = (0,41 (N) (∆H) ..... (8)

ifadesi yazılabilir. ∆H yerine müsaade edilir oturma miktarı yerleştirilirse taşıma

gücü qu olarak bulunur. Bu değer genellikle (6) ifadesi ile bulunandan küçüktür

ve kabul edilen değer olur.

Burada kullanılan N değeri, belirli bir tabaka için alınan en küçük değer olmalı

(Nm) ve ayrıca aşağıdaki şartlara göre düzeltilmelidir:

1) Yeraltı su seviyesi düzeltilmesi:

Bu düzeltme

Dw

Cw=0,5 + 0,5 ------------ (9)

Df + B

bağıntısı ile yapılır.

Burada :

Cw=düzeltme katsayısı

Dw=yeraltı suyu yüzeyine zemin yüzeyinden derinlik

Df=temel alt kotuna zemin yüzeyinden derinlik

B=temel kısa genişliği

olmaktadır.

2) Örtü yükü düzeltmesi

191,5

cn = 0,77 log ----------- (10)

σo

σo (t / m2) olarak B / 2 derinliğindeki efektif gerilmedir.

Bu suretle denklemde kullanılan SPT değeri

N=NmxCwxCn........ (11)

olmak üzere bulunur.

Oturmalarda müsaade edilebilir miktarlar çeşitli durumlar için Tablo 2.3 te

verilmiştir. Farklı oturmalar toplam oturmanın %75’i mertebesinde olabileceği

bilinmektedir.

Tablo 2.3 Müsaade edilebilir oturmalar

Hareketin cinsi yapı tipi miktarı

Toplam oturma yığma yapı 2,5-5,0 cm

Toplam oturma karkas yapı 5,0-1,0 cm

Toplam oturma silo, baca, radye temel 7,5-30 cm

Dönme kuleler ve bacalar vs. 0,004 ℓ

Dönme vinç rayları 0,003 ℓ

Dönme türbinler(makine) 0,002 ℓ

Dönme pamuk tezgahı(makine) 0,003 ℓ

Farklı oturma yüksek mütemadi tuğla duvar 0,0005 ℓ

Farklı oturma alçı sıva kırılması 0,001 ℓ

Farklı oturma betonarme karkas sistem 0,0025 ℓ

Farklı oturma betonarme perde duvar 0,003 ℓ

Farklı oturma çelik mütemadi yapı 0,002 ℓ

Farklı oturma çelik basit yapı 0,005 ℓ

Not: ℓ farklı hareketin olduğu iki temel noktası arasındaki açıklıktır.

Yukarıda genel olarak tarif edilen temel projelendirme analiz metotları, özellikle

zeminin durumuna göre çok titizlikle uygulanmalıdır. Tabakalanma olması, taban

suyu seviyesinin değişimi, don, şişme gibi durumlar dikkatle incelenmelidir.

Öncelikle son iki husus çok önemlidir. Yurdumuzda don olayları oldukça iyi

bilindiği ve don haritaları olduğu halde şişme ile ilgili etütler yapılmamakta hatta

problem hiç bilinmemektedir.

Oysa zeminlerin şişmesi nedeni ile ABD’de ortaya çıkan hasar orada saptanmış

ve yıllık 10 milyar dolar olduğu görülmüştür. Sorunun iyi bilindiği bir

memlekette (ABD) kasırga + sel + deprem olayları sonucunda bir yılda meydana

gelen hasardan daha büyük olabilmesi, memleketimizdeki kayıplar hakkında bir

fikir verebilir.

Yurdumuzda bu etkiden en fazla zarar gören bölgeler yarı – kurak iklim

bölgeleridir. Yani iç anadolu ile batı anadolunun bir kesimi, güneydoğu anadolu

ve doğu anadolunun bir kesimi. Buralarda özellikle dikkatli olunmalıdır.

Aşağıdaki Şekil çok basit zemin parametreleri (kil yüzdesi = c; PI = plastislik

endisi) ile şişebilen killeri tanımak için kullanılabilir.

Şekil 2.1 Killerde şişme potansiyeli

Bu denklemler e < B / 6 hali için geçerli olur. e = B / 6 halinde üçgen bir taban

basınç dağılımı elde edilir. e > B / 6 hali için ise aşağıdaki taban azami gerilmesi

aşağıdaki denklem ile hesaplanır :

4 ΣV

q = ----- ------------ (14)

3 (L – 2e)

M + H x d

Burada e = ----------------- ile en geniş ifadesini bulur.

V

Genel olarak şartnameler e < B / 6 şartının sağlanmasını ararlar.

Ancak, sağlam kazada L / 6 < e < L / 4

şartına izin verilebilir.

2.4.2 Münferit Sömel : Yük ve Çift Düzlemde Moment

Bu durumda

M1 M2

e1 = -------- e2 = -------- olur. (15)

B L

Taban gerilmeleri ise

ΣV 6e1 6e2

qmax = ------- (1 + ------ + ------) (16)

BL L B

ve

ΣV 6e1 6e2

qmin = ------- (1 – ------ – ------) (17)

BL L B

formülleri ile hesaplanır.

6e1 6e2

------ + ------ = 1 hali için qmin = 0 (18)

L L

bulunur.

Şartnameler, zeminlerde

6e1 6e2

------ + ------ < 1 ... (19)

L B

şartını, yani bütün taban zemininin basınç altında olması şartını ararlar.

Zeminlerde, aksi varit olduğu takdirde proje tekrar hazırlanır.

2.4.3. Simetrik Olmayan Temeller :

Komşu bir binanın temeli, projelendirilecek temele taşabilir. Bu durumda iki hal

söz konusudur :

1) Eğer bir simetri ekseni üzerinde bir simetri var ise her iki

eksen üzerinde temelin atalet momentleri hesaplanır ve taban

gerilmeleri kritik noktalarda bulunur. Aşağıdaki şekilde 1-1 ekseni

ve2-2 ekseni ile a,b,c,d,e,f,g,h noktalarındaki gerilmeler

ΣV M1 M2

σ = ------ ± ------- x1 ± ------- x2 (20)

A I1-1 I2-2

ifadesiyle hesaplanır.

Burada 1-1 ve2-2 eksenleri ağırlık merkezinden geçerler. M1-1 ise 1-1 ekseni

etrafındaki moment olur. 1-1 aynı zamanda simetri eksenidir.

2) Eğer herhangi bir eksen etrafında simetri yok ise fakat

sömel dışında kalan alan sömel alanının % 20’sini aşmıyor ise yine

yukarıdaki usul kullanılır. Aşağıdaki şekil bu hali özetler:

A1

------- < 0,20

A

her iki halde de kolonların durumundan veya yük değerlerinden ötürü yük tatbik

noktası ağırlık merkezinden geçmeyebilir. M1-1 ve M2-2 momentleri bu nedenle

oluşurlar.

A1

3) ------ > 0,20

A

halinde yukarıdaki hesapların asal atalet moment eksenleri tayin edilerek

yapılması gerekir.

ΣV 6e

qmax = ------- (1 + ------)

BL L

L’ = L + 2e

ΣV ΣV

q = ------- = ---------------

BL’ B (L + 2e)

Eksantriklik ,yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi uzunluk (L), L’ = L + 2e kadar

uzaklarda ortadan kaldırılabilir ve uniform basınç sağlanabilir. Bu tavsiye

edilecek bir husustur.

Yanda bir komşu temelin olması nedeniyle bu uzatma yapılırsa aşağıda sözü

edilen trapez sömel tipine gidilebilir.

Bu sömellerin betonarme projeleri yapılırken bazı statikerler temeli ters çevirir ve

mesela Cross metodu ile çözerler bu yanlıştır temel kolon yükleri ve zemin

basıncı alınarak doğrudan moment ve kayma kuvvetleri hesaplanır.

Trapez sömel :

Trapez sömeller yukarıda anlatılan nedenlerle uniform basınç elde etmek için

yapılırlar.

Aşağıdaki şekilde A, ağırlık merkezini , E ise x-x simetri ekseni üzerinde alınan

kesitteki orta noktayı göstermektedir.bu kesit sömel dikdörtgen olsa idi onu

gösterecekti şeklinde düşünebiliriz.Uniform basınç elde etmek için alan öyle

ayarlanmalıdır ki yüklerin bileşleri V yükünü karşılayacak şekilde ve A

noktasından tatbik olunsun.

Bu şartlar şu şekilde yerine getirilir:

1) sömelin L uzunluğu bellidir. B1 + B2

sömel aralığı W= L x γc x ------------- (21)

2

sömel alanı A = 1 / 2 (L) (B1 + B2) (22)

dir.

2)dolayısı ile

ΣV + W = 1 / 2 (B1 + B2) ifadesinden (23)

(B1 + B2) hesaplanır.

3) yüklerin A noktası etrafında momentlerin alınması ile de x mesafesi bulunur.

4) trapezlerin kenarlarından ağırlık merkezine olan mesafeyi (x) veren geometrik

denklem

L B2 + 2B1

x = ------ x -------------- (24)

3 B2 + B1

ifadesi ile (B1 + B2) nin bilinen değeri kullanılmak sureti ile B1 ve B2 hesaplanır.

Özel durumlar :

Moment olması halinde taşıma gücü değeri:

Emniyetli taşıma gücü değerleri tayin edildikten sonra taşıyabildikleri yükün bu

değerin temel alanı ile çarpılarak bulunduğu malumdur.

Ancak , moment olması halinde temel faydalı taban alanı

A’ = (L – 2e1) (B – 2e2) (25)

Halinde momentlerin tatbik düzlemi üzerindeki eksantriklik oranları göz önüne

alınarak hesaplanır. Kaldırma kuvvetine maruz sömel su altındaki sömellerde

kaldırma kuvveti etkir. Bu durumda bu kuvvete karşı genellikle 1,5 olan bir

emniyet misali ile tahkik yapmak gerekir:

W1 + W2 + F

Fem = -------------------

U

Burada

W1 = temelin ağırlığı

W2 = temel çevreleri toprağın ağırlığı

F = sürtünme katsayısı

U = γw x B x L x hw

γw = suyun birim hacim ağırlığı

B ve L = temel boyutları (B=1)

hw = su üst kotu ile temel alt kotu

arasındaki mesafe

Kohezyonlu zeminlerde F = C x Df x L

Df = temel derinliği

C = kohezyon

L = temel eni (temel boyu birim uzunluktur)

Granüler zeminlerde

F = γo Ko x Df x L

dir.

Ko = 1 – sin ф

γo = 1 / 2 Df . (γ – γw)

olarak bulunur.

γ = zeminin toplam birim hacim ağırlığı

ф =içsel sürtünme açısı

2.4.4 Mütemadi Sömeller

Bu sömellerde de yukarıda olduğu gibi düşey yükler toplamı ile hesaplanan

eksantriklik oranlar 12 ve 13 no.lı denklemlerde yerini korur. En yüksek

gerilmenin zemin emniyet gerilmesi altında kaldığı ve oturma şartlarının

sağlandığı saptanır. Aşağıdaki şekil bu durumu yansıtmaktadır.

ℓ1, ℓ2, ℓ3 ,ℓ4 = V1, V2, V3, V4 e merkezden mesafeler

Bileşke : ΣV = V1 + V2 + V3 + V4

Eksantriklik oranı : e = 1 / ΣV (V1 ℓ1 + V2 ℓ2 – V3 ℓ3 – V4 ℓ4 – M2 + M3)

ΣV 6e ΣV 6e

Zeminde basınç : qmax = ------- (1 + -------) ; qmin = ------- (1 – -------)

BL L BL L

2.5 RADYE TEMELLER

Radye temeller, genelde zeminin emniyetli taşıma gücünün düşük olduğu

durumlarda “münferit sömeller ile yapılan temel yüzey alan hesaplarının binanın

mimari alanının yarısından fazlasını işgal ettiği zaman” düşünülürler. Bu

durumda çok büyük ihtimalle radye temel diğer sistemden daha ekonomik olur.

Ayrıca zeminin temel altında yerden yere çok değişken olduğu hallerde de radye

temeller yararlı olurlar.

2.5.1 RADYE TEMEL TĐPLERĐ

Radye temeller aşağıdaki şekillerden biri olarak inşa edilebilirler :

a)

Bu şekilde bir döşeme doğrudan kolonları taşır. Özel durumlarda kolon altları

döşemede biraz yukarı veya aşağı doğru kalınlaştırılabilir.

b)

Bu sistem temelde çok rijit, iki yanda kirişlerle teşkil edilmiş bir radyedir.

c)

Bu sistemde alt bodrum kata tamamen betonarme perde duvarlarla teşkil edilmiş

bir çok rijit radye görülmektedir.

2.6 RADYELERĐN TAŞIMA GÜÇLERĐ

Granüler Zemin Üzerine Oturan Radyeler :

Bu radyelerde taşıma gücü, aynen granüler zemin üzerine oturan sığ temellerde

olduğu gibi (7) ifadesi ile bulunur. Ancak bulunan buradaki (0,41) değeri (0,22)

olarak değiştirilir.

Kil Zeminin Üzerine Oturan Radyeler :

Bu radyeler için de (1) (2) (3) denklemlerinde biri kullanılabilir. Nq = 1 , Nγ = 0

olduğundan ifade

qult = CNc + qNq (27)

haline dönüşür.

Emniyetli taşıma gücü de

qoc = 1 / F (CNc + qNq) (28)

olur.

Burada A radye alanı, Q’da radye üzerindeki toplam yük ise Q / A ≤ qa olmalıdır.

Burada Q’nun hesabında şu hususa dikkat etmek gerekir :

Qt = QD + Q2 – Q3 (29)

QD = Yapı yükü (radye ağırlığı dahil)

Q2 = Hareketli yük

Q3 = Hafredilmiş olan toprağın ağırlığı

Radye temelin özelliği (29) ifadesinde görülmektedir. Eğer derine oturtulan bir

radye varit ise Qt sıfıra yaklaşacaktır. Bu durum özellikle zayıf zeminler için çok

yararlı olup ve birçok halde kazıklı temele gitmekten kurtulunabilir.

3. KAZIKLI TEMELLERE GENEL BĐR BAKIŞ

Temeller, genel bir çerçeve içinde iki grup halinde düşünülürler bunlar yüzeysel

temller, derin temeller’ dir. Zemin şartları uygun olduğu hallerde kullanılan

yüzeysel temeller ,münferit sömel, mütemadi sömel, radye temel şeklinde

olabilir. Zemin şartlarının yüzeysel temel yapmaya müsait olmadığı veya üst

yapıdan gelen yüklerin fazla olduğu durumlarda yüzeysel temelle yeterli

olmazlar. Bu durumda yükleri daha derinlerdeki sağlam tabakalara aktarmak , ve

yapının yapacağı oturmaların istenen sınırlar içerisinde kalmasını sağlamak için

derin temeller inşa edilir,

Derin temeller tabiri, izafi bir durum ifade etmekte olup genel olarak derinliği,

genişliğinden daha büyük bir temeli ifade etmek için kullanılır ve kazıklı

temeller, kesonlar ve derin ayak temelleri içine alır. Bunların içinde en yaygın

olarak kullanılanı kazıklı temellerdir.

3.1 KAZIKLI TEMELLERĐN GENEL ÖZELLĐKLERĐ

Kazıklı temeller uzun ve nispeten ince yapı elemanlarıdır. Kazıklar üst yapıdan

gelen yükleri, daha aşağıda bulunan zemin tabakalarına aktarırlar. Kazıklı

temelleri, yükleri taşıma ve iletme şekillerine ve yapıldıkları malzemeye , zemin

yerleştirme tarzına yapıldıkları veya inşa edildikleri teknolojiye göre

sınıflandırmak mümkündür.

Yükleri taşıma ve zemine iletme tarzlarına göre kazıklar:

a) Sürtünme kazıkları

b) Uç kazıkları

olarak ikiye ayrılırlar. Kazıklar genel olarak yükleri hem çevre sürtünmesi ile

hem de uç mukavemeti yolu ile taşımakla birlikte, yükün önemli bir kısmı

kazığın etrafındaki çevre sürtünmesi ile taşıdığı taktirde bunlara “sürtünme

kazığı” da denir.

Uç kazıkları ise, yükü aşağıdaki saydam bir tabakaya (kaya veya sıkı kum-çakıl

gibi) kazık uç direnci yolu ile aktarılırlar ve çevre sürtünmesi bu kazıklarda ihmal

edilecek seviyelerdedir.

Diğer bir sınıflandırma, kazıkların yapıldıkları malzemeler göz önüne alınarak

gruplandırılmasıdır. Buna göre de kazıklar, beton kazıklar, çelik kazıklar, ahşap

kazıklar, kompozit kazıklar gibi sınıflara ayrılabilirler.

Bir başka sınıflandırma, kazıkların zeminde sebep oldukları deformasyonlar

yönünden yapılmakta olup, kazıklar, “deplasman kazıkları” ve “deplasman

yaratmayan kazıklar” olarak ikiye ayrılabilirler. Birinci tip kazıklar, isminden

anlaşılacağı gibi zemini yana doğru iterek deplasmana sebep olan çakma

kazıklardır. Bu tipe, önceden dökülmüş betonarme çakma kazıklar dahil olduğu

gibi, Franki kazıkları gibi, önce bir muhafaza borusunun dibine kuru beton

konarak bu betonun tokmaklanması yolu ile borunun zemine çakılması, bilahare

dökülen betonun tokmaklanması sırasında borunun çekilmesi şeklinde

oluşturulan kazıklar da dahildir.

Đkinci tip, yani zeminde bir deformasyon yaratmayan kazıklar ise genel olarak

fore kazık olarak bilinen ve zeminde önce sondaj deliği açarak bunun içine beton

(gerekirse demir donatılı olarak) yerleştirilerek oluşturulan kazıklardır.

Şekil 3.1 Sürtünme kazığı

Sürtünme kazıklarında grup etkisi :

Kazıklar, yükleri daha derinlerdeki tabakalara naklederler. Tek bir sürtünme

kazığının etrafında oluşan gerilme alanı Şekil 3.2’de şematik olarak

gösterilmiştir. Bu şekilde eğri, Q yükünün belli bir P gerilmesi yarattığı

noktaların birleştirilmesi ile elde edilmiş olarak düşünülecektir.

Şekil 3.2 Tek kazık ve kazık grubu için basınç bölgeleri

Bir kazık grubu için gerilme alanları birbirini etkiler ve aynı P gerilmesinin

oluştuğu noktalar daha derinlere inerek Şekil 2’de solda görülen yeni bir gerilme

bölgesi yaratır. Buradan görüleceği gibi kazık grupları gerilmeleri daha derinlere

indirir. Ancak, yapı genişledikçe ve kazıklar kısaldıkça kazıklı temellerin

yüzeysel temellere göre en önemli bir farkı olan bu özellik önemini kaybedebilir.

Şekil 3’de sol tarafta radye temel, sağ tarafta kazık temel için belli bir P yüküne

tekabül eden basınç soğanları (bölgeleri) şematik olarak gösterilmiştir. Şekil

3a’da dar bir yapı, 3b’de ise geniş bir yapı temsil edilmiştir. Her iki yapı da bir q

yükünü zemine ileteceklerdir. Ancak dar bir yapıda kazıklar yükleri derinlere

indirirken, geniş yapıda kazıklar geniş yapıya göre yeterli uzunluk ta olmadığı

için yükleri radye temele göre zeminin derinliklerine nakletmede pek etkili

olmayabilirler. Yani geniş yapıda kısa kalan kazıkların büyük bir faydası

olmayabilir ve radye temel de aynı vazifeyi görebilir.

Şekil 3.3 Kazık uzunluğu- temel genişliği ili şkisi

Öte yandan, kazık gruplarında, kazıkların zeminde yarattığı gerilme alanlarının

birbirine girişimi sonucu, ortadaki kazıkların etrafındaki zeminde oluşan

gerilmeler, kenar kazıkların çevresindeki zemine göre daha büyük gerilmelere

maruz kalırlar. Kazık grubunun esnek bir yapıyı taşıdığı kabul edilirse, ortadaki

kazıklar daha büyük oturma yaparlar. Bu açıklamadan, bir kazık grubunun taşıma

gücünün, kazıkların tek tek taşıma güçlerinin toplanması sonucu bulunan

değerden daha küçük olması icap ettiği sonucu çıkar. Buna “grup etkisi” denir.

Tek kazık davranışı ile bir kazık grubunun davranışının çok farklı olabileceği

Şekil 4’ den de görülmektedir. Tek bir kazığın gerilme bölgesi, sıkışabilirliği

yüksek kil tabakasına nüfuz etmediği halde, kazık grubunun gerilme bölgesi bu

tabakanın içine girmektedir. Bu durumda, kazık grubunun oturması tek kazığa

göre çok daha fazla olacaktır.

Şekil 3.4 Tek kazık ve kazık grubu basınç bölgeleri

Sürtünme kazıklarını yakından ilgilendiren bir başka husus da killerde thixotropy

denen bir olaydır. Killi zeminde sürtünme kazığının çevre sürtünmesi en fazla

kilin mukavemeti kadar olabilir. (Kazık yüzeyi ile zemin arasındaki yapışkanlık

(adhezyon) zemin mukavemetinden fazla olsa bile, kazığa zemin mukavemetini

aşacak şekilde bir yük tatbik edildiği zaman, zemin, kazığa çok yakın bir

mesafede mukavemet kaybına uğrayarak kazığın göçmesine neden olur). Öte

yandan killi zeminlerde drenajsız mukavemet genellikle zeminin örselenmesi ile

önemli ölçüde azalır. Ancak, zamanla zemin kendini toplayarak, mukavemeti

zaman içinde yeniden artar. Bu olay thixotropy olarak bilinir. Kazık zemine

çakılırken zemin örseleneceğinden zeminin mukavemeti azalır. Çevre sürtünmesi

de zemin mukavemetinin bir fonksiyonu olduğundan, kazığın zemine

çakılmasından hemen sonra, azalan mukavemet yüzünden kazığın taşıma gücü de

nispeten azdır. Zaman geçip, zemin mukavemeti artınca, kazığın taşıyabileceği

yük de artar. Bu yüzden, kazık yükleme deneyleri, killi zeminlerde, kazığın

teşkilinden bir zaman geçtikten sonra yapılmalıdır.

Yer altı suyu altındaki ince kum ve siltli kumlarda da, kazık çakılırken zemin

sıvılaşarak mukavemet kaybeder. Bu geçici bir olay olup, çakma işlemini

müteakip zemin yeniden eski mukavemetini kazanır.

Aşağıda, çeşitli zeminler için yaklaşık çevre sürtünmesi değerleri verilmektedir.

(Terzaghi ve Peck) :

Gevşek kum 25 KN / m2

Sıkı kum 100 KN / m2

Yumuşak kil – silt 10 – 30 KN / m2

Kumlu silt 20 – 50 KN / m2

Katı kil 40 – 100 KN / m2

Uç kazıkları :

Bu tip kazıklar sağlam tabakaya oturdukları için önemli bir oturma (çökme)

yapmazlar. Öte yandan çevre sürtünmesinin oluşabilmesi için kazığın muayyen

bir miktar düşey deformasyon yapması icap eder. Uç kazıklarında bu

deformasyon oluşamadığı için de çevre sürtünmeleri ihmal edilecek kadar az

olur. Uç kazıkları kullanılarak teşkil olunan bir kazık grubunda genellikle grup

tesiri yüzünden taşıma gücünde bir azaltma yapılmaz. Yani grubun taşıma gücü,

tek kazıkların taşıma gücünün toplamına eşittir.

Uç kazıkları teşkilinde önemli bir nokta, kazıkların dayandığı sağlam zeminin

tespitinde yanılgıya düşülmemesidir. Bazı hallerde sağlam bir tabakaya

rastlandığı zannedilebilir, ancak bu, kalınlığı fazla olmayan bir tabaka olabilir ve

altında da sıkışabilirliği yüksek, yumuşak kil gibi kalın bir formasyon yer alabilir.

Böyle bir durumda, alttaki yumuşak tabaka oturma yaparak, kazıklarında

oturmasına sebep olur.

Uç kazıklarının tasarımında negatif çevre sürtünmesi oluşabileceği hesaba

katılmalı ve bu yüzden gelecek fazla yük göz önüne alınmalıdır. Uç kazığı

sağlam zemine oturduğu için çökmesinin çok az olacağı veya hiç olmayacağı

daha önce ifade edilmiştir. Diğer taraftan, sağlam tabakanın üstünde yer alan

zayıf zemin çeşitli sebeplerle oturabilir. Bu sebeplere örnek olarak, zemin

yüzeyine dolgu yapılması (sürşarj), yer altı suyunun inmesi gibi olaylar

gösterilebilir. Oturan bu zemin, kazığı da beraberinde sürüklemek ister. Ancak

kazık sağlam zemine oturduğundan, direnecektir. O zaman kazık, çevresindeki

oturan zemin yüzünden ek bir düşey yüke maruz kalır. Buna “negatif çevre

sürtünmesi” tabir edilir. Negatif çevre sürtünmesi aşağıdaki gibi hesap edilebilir

(Şekil 3.5).

Şekil 3.5 Negatif çevre sürtünmesi

Şekil3.6 Taşıma gücü katsayısı

Tek kazık halinde oturan zeminin kayma mukavemeti ile kazık çevre alanının

çarpımı sonucu bulunacak değer, negatif çevre sürtünmesi nedeni ile oluşan ilave

yük olarak alınır. Bu durumda kazık uç direnci :

R = Q + W + π D H s

olur. Burada

Q = Kazığa üst yapıdan gelen yük

W = Kazık ağırlığı

D = Kazık çapı

H = Oturan zeminin kalınlığı

s = Oturan zeminin mukavemetidir.

Kazık grubu için toplam uç direnci, iki şekilde hesaplanır:

ΣR = ΣQ + ΣW + n π D H s

ΣR = ΣQ + γ H A + P H s

ve küçük olan değer kazık grubunun toplam uç direnci olarak alınır. Bu

ifadelerde

n = gruptaki boşluk sayısı

γ = zemin birim hacim ağırlığı

A = kazık grubunun alanı (zemin alanı dahil)

P = kazık grubunun çevresinin toplam yanal alanı

3.2 KAZIK TĐPLERĐ

Kazıkların fonksiyonlarına, zemin içinde teşkil edilme şekline veya yapıldığı

malzemeye göre, sınıflandırılabildiklerinden söz edilmiş ve sürtünme kazığı- ıç

kazığı, deplasman kazığı-deplasmana sebep olmayan kazıklar, çakma kazıklar-

fore kazıklar gibi tarifler ve ifadeler kullanılmıştı.aşağıda, kazıkların yapıldığı

malzeme ve inşa şekillerine göre bir değerlendirmesi yapılmaktadır:

3.21.Ahşap kazıklar

Mimar Mustafa Ağa tarafından 1748-1755 yılları arasında yapılan Đstanbul’da

Nur-u Osmaniye camii ahşap kazıklar üzerine oturmaktadır. Caminin zemini 8

metrelik yapay dolgu, bunu altında yer alan kum-çakıl tabakalı yeşil renkli kil-

marn olup en altta 20-22 metre derinliklerden itibaren de grovak şist (ana kaya)

vardır. Yer altı suyu 16,5 metrededir. Uçları demirli ahşap kazıklar yüzeyden 18

metre derinlikte (su seviyesinin 1,5 metre altında) başlamaktadır ve uzunlukları

2,63 metredir. Kazıkların Üzerine horasan kireçten oluşan bir radye yapılmıştır

ve ucu ana kayaya oturmaktadır.

Ahşap kazıklar, hafif olduğu için kolay nakledilebilirler, özellikle killerde kazık –

zemin arasında bir adhezyon sağlarlar. Öte yandan, su seviyesi altında ömürleri

uzundur. Ancak, su seviyesi üstünde mantar ve bazı böcekler tarafından tahrip

edilirler. Bu nedenle, özel muameleden geçirilmeden su seviyesi üstünde

kullanılmamalıdırlar. Ahşap kazıkların çürümesini önlemek için kullanılan en

etkin metot ahşabın litlerine nüfuz edecek şekilde basınçlı kreozot uygulamasıdır.

Özel tesislerde yapılan bu işlem sırasında deniz suyu altında kalacak kazıklarda 1

m3 hacme yaklaşık 250 kg kreozot uygulanır.

Ahşap kazıkların boylarını uzatmak için aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi

ekleme yerlerini çelik boru ile desteklemek veya bulonlu çelik levhalarla

birleştirmek yollarından biri kullanılır.

Şekil 3.7 Ahşap kazıklara ek yapılması

Ahşap kazıkları sert zeminlere, sıkı kum – çakıl tabakalarına çakmak zordur.

Aşırı çakma halinde uç kısımlarında veya gövdelerinde kırılma ve tahribata

uğrayabilirler. Bu nedenle, çakma sırasında kazığın davranışı gözlenmeli, giriş

miktarı / darbe sayısı oranı dikkatle izlenmelidir.

Ahşap kazıkların taşıma gücü yüksek değildir.yaklaşık 20-25 cm. çaplı bir

kazığın taşıyacağı yük 20-30 ton civarında düşünülebilir.

3.2.2 Beton kazıklar

Beton kazıklar bugün en çok kullanım alanına sahip kazık tiplerindendir.bir çok

değişik teknikle imal edilen bu kazıklardan en yaygın olanlarını iki kategoriye

ayırmak mümkündür:

a) Önceden dökme kazıklar

b) Yerinde dökme kazıklar

3.2.2.1 Önceden dökme kazıklar (çakma kazıklar)

önceden dökme betonarme kazıklar, veya çakma kazıklar, genellikle kesitli

imal edilip uç kısımları sivridir ve genellikle çelik çarıkla bulunur. Kazık

başlarına da çelik yastıklar konulabilir. Kazıklarda boyuna ve enine demir

donatısı yerleştirilir. Bu donatılar daha ziyade kazığın vinçlerle ve kancalarla

kaldırılıp, yerleştirilmesinde emniyeti sağlamak içindir. Demir donatısı %1-%4

arasındadır. Betonarme kazıkların kesiti daire kare veya sekizgen şeklinde

olabilir.

Betonarme kazıklarını boylarını inşaat sırasında ayarlamak, yani kesmek,

kısaltmak veya uzatmak oldukça zor bir işlemdir. Ancak sınırlı alanda dahi kazık

uzunluğunu tam olarak mümkün olabilir. Kazık boyu kısaltılacağı zaman

kısaltılacağı seviyede çekiç ile oyularak demirler ortaya çıkarılır ve kesilir.

Kazığın üstte kalan kısmı da koparılarak kesilir. Kazığın boyu uzatılacaksa donatı

demirler eklenecek üst kısımla aderans sağlayacak kadar ortaya çıkarılmalı ve bu

kısımda kazık betonu kesilerek üst kısma dökülecek yeni donatı ve betonla uygun

birleşimi sağlanmalıdır.

Beton kazıkların ömrü pratik olarak devamlıdır. Bazı özel durumlarda, yer altı

suyunun betona zararlı maddeler içermesi, kazığın devamlı çözülme olayına

maruz bir zeminde bulunması, devamlı akarsu ve dalga etkisine uğraması vb.

durumlarda kazık ömrü kısalır. Kazık ömrünü uzatmak için en etkin yol kazık

betonun kaliteli olarak imalidir.

Betonarme çakma kazıklar ön gerilmeli olarak da imal edilmektedir.bunlarda

kullanılan beton yüksek kaliteli olup, yük taşıma kapasiteleri, normal betonarme

kazıklara nazaran daha yüksektir. Bu nedenle bu kazıklar daha hafiftir.

Öngerilmeli beton kazıklar genellikle içi boş olarak üretilirler. Çevresinde hem

demir, hem de öngerilmeli çelik teller yer alır.

Betonarme kazıkların emniyetli taşıma güçleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. (TS

3167, DIN4026)

Kare kesitli betonarme veya öngerilmeli beton çakma kazıkların müsaade edilen

basınç yükleri:

Taşıyıcı zemin müsaade edilen yük(kN)

Đçindeki kenar boyu(cm)

derinlik 20 25 30 35 40

3 200 250 350 450 550

4 250 350 450 600 700

5 - 400 550 700 850

6 - - 650 800 1000

3.2.2.2. Yerinde Dökme Kazıklar

Yerinde dökme beton kazıklar, zeminde çeşitli delme teknikleri kullanılarak veya

zemine boş bir boru çakılarak oluşturulan deliğin gereğinde donatı da konularak

betonla doldurulması yolu ile imal edilen kazıklardır. Bu kazıkları genel olarak

aşağıda belirtilen iki grupta toplamak mümkündür: yerinde dökme betonarme

çakma kazıklar ve yerinde dökülen kazıklar (fore kazıklar)

a) Yerinde dökme betonarme çakma kazıklar:

bu tip kazıklar, kaplama borusuz, kaplama borusu yerinde bırakılan, ve kaplama

borusu çakılan tipte imal edilebilirler. Bu şekilde teşkil edilen kazıklar taşıyıcı

eleman olabildikleri gibi, zeminlerin sıkıştırmak içi de kullanılabilirler.

Kaplama borusuz olanlardan kompres kazığı zemin içinde silindirik bir delik

açan çelik bir çarığın zemine çakılması ve meydana gelen çukurun betonla

kaplanması yolu ile oluşturulur. Reymond kazıklarında ise konik biçimli

silindirik helisel kaplama borusu, bu borunun içine giren bir çelik mandrelin

çakılması ile zemine girer. Sonra mandrel çıkarılır ve kaplama borusunun içi

betonlanır. Konik olanların dış yüzü 1/10 eğimindedir. Reymond kazıkları 50-90

ton (500-900 kN) yük taşıyabilir, sürtünmeli veya uç kazık olarak

kullanılabilirler.

Kaplama borusu çakılan tipe örnek olarak ise Franki kazığı verilebilir.Franki

kazığını oluşturmak için 30-50 cm. çapında bir çelik borunun dibine beton veya

kum çakıl konularak tokmaklanır. Konan beton veya kum-çakıl boruyu zemin

içine doğru sürükler.

Şekil 3.8 Frenki kazığı teşkil kademeleri

Đstenilen derinliğe inilince, boru içine beton dökülerek tokmaklanır, bu esnada da

boru dışarı çekilir. Franki kazıkları, killi zeminlerde kullanıldığı gibi gevşek

kumlarda da uygulanabilir. Bazen kazığın içine beton yerine kum-çakıl veya taş

konarak tokmaklanır. Mesela deprem bölgelerinde yer altı su seviyesi altında

sıvılaşmaya maruz kalabilecek gevşek kumlu zeminlerde bu tip bir işlem zemini

sıkıştırıp sıvılaşma potansiyelinin azaltılması için kullanılabilir. Đri çakıl ve taş

hem taşıyıcı özeliğe sahiptir hem de deprem sırasında oluşacak aşırı boşluk suyu

basıncını söndürmede yardımcı olarak sıvılaşma tehlikesini azaltır.

Bir başka tip olan Simplex kazıklarında ise timsah ağzı denen, açılıp kapanabilen

özel uçlu bir kaplama borusu zemine çakılır. Sonra beton dökülerek timsah ağzı

açılarak boru ile birlikte dışarı çekilir. Dökülen beton tokmaklanarak zemine

intibakı sağlanır ve betonda boşluk kalmaması temin edilir.

b) Yerinde dökülen kazıklar (fore kazıklar)

Fore kazıklar (veya sondaj kazıları, delme kazıklar), zeminde yanal bir

deplasman yaratmayan cinsten kazıklardır. Çok basit olarak tarif etmek gerekirse,

önce zeminde bir delik açılır, bu deliğe demir donatı yeleştirilir ve alttan

başlamak suretiyle delik betonlanır ve kazık oluşturulur. Tabi bu işlem sırasında

kullanılan bu yöntem ve teknoloji, kazık çapı, uzunluğu, zemin cinsi gibi

faktölerle değişebilir. Kullanılacak yöntem ve teknolojiyi seçeerken en önemli

unsur ekonomidir.

Fore kazıkalrın hem bazı avantajları, hem de dezavantaşları vardır.

Avantajları:

a)Fore kazıklar temel kazısı yapılmadan da teşkil edilebilirler. Bu suretle işe hız

kazandırırlar.

b)Zemin şartları uygun olduğu taktirde kısa zamanda inşa edilebilirler.

c)Büyük çapta ve derinliklerde inşa edilebildikleri için yük kapasiteleri fazladır.

d)Çakma kazıkların teşkilinde zorluk veren zemindeki taş ve bloklar, fore kazık

oluşturulmasında uygun teçhizat kullanılarak elimine edilebilir.

e)Delik açılması ve betonlama sırasında çevrede önemli titreşim, sarsıntı

yaratmazlar. Çevre yapıların bu tip etkilere karşı hassas olduğu durumlarda bu

büyük bir avantajdır.

f)Kazıklar yerinde teşkil olduğu için, taşınacak malzeme kum, çakıl, su, çimento,

demir gibi malzemeler olup, bunların nakli, hazır ve önceden dökülmüş kazıklara

göre daha kolaydır.

g)Đcabında kazık dibinde genişletilmiş bir bölge (soğan) oluşturarak taşıma gücü

artırılabilir. Bu şekilde, kazığın çekmeye karşı da taşıyacağı yük artar.

h)Sondaj deliğinin istenen derinliğe indiği ve istenen sağlam tabakaya eriştiği

kolaylıkla kontrol edilebilir.

i)Fore kazıkların boyu kolayca ayarlanabilir. Bu özellik, çakma kazıklara göre

büyük bir avantajdır.

Dezavantajları :

a)Yağışlı ve kötü havalar delme işlemini aksatır.

b)Beklenmeyen zemin şartları ile karşılaşması halinde işlerde önemli gecikmeler

olabilir.

c)Yukarıda bahsedilen nedenle, fore kazıkların yapılacağı mahalde çok detaylı bir

zemin etüdü gerekir.

d)Kazık betonunun hazırlanması, dökülmesi sırasında çok iyi bir teknik denetim

mutlaka yapılmalıdır.

e)Yer altı suyunun mevcudiyeti betonu etkileyebilir, özellikle yer altı suyu akımı

varsa betonu yıkayıp kazığın oluşumunu engelleyebilir. Sondaj deliği çevresi

yıkıntı veya döküntü yapabilir. Bunlar için özel önlemler almak gerekir.

Fore kazıklar, genellikle “uç kazığı” olarak kullanılırlar. Sert killerde sondaj

deliği kendini tutar ve deliğin üst 4 –5 metresi dışında muhafaza borusu

gerekmeyebilir. Ancak, kuru olsun, ıslak olsun kum – çakıl, yumuşak kil, siltli

kil, çamur ve yer altı suyu altındaki silt, ince kum, deliğin açılmasını ve

stabilitesinin sağlanmasını engeller, özel önlem alınmasını gerektirirler. Bu tip

zeminlerde delik devamlı muhafaza borusu indirilerek açılır. Betonlama bitince

borular çekilir. Ancak yer altı suyunun betonu yıkama tehlikesi olan yerlerde

muhafaza borusu içine yerleştirilen daha ince ikinci bir boru dışarı çekilmeden

yerinde bırakılır. Bu durum, çevre sürtünmesinin önemli ölçüde azalmasına

neden olabilir.

Zemindeki blok ve taşlar balta tabir edilen demir bir tokmağın düşürülebilmesi

ile kırılabilir. Deliğin açılması sırasında, rotari sondaj ekipmanları, darbeli sondaj

ekipmanları, burgular, kovalı sistemler kullanılabilir. Bazı özel makineler,

muhafaza borusunu titreştirerek zemine sokar, veya zeminden çekerler. Bu

makinelerle büyük çaplı kazıklar oluşturulmaktadır. Bu titreşimler, zeminle boru

arasındaki sürtünmeyi azaltırlar.

Deliğin betonlanması sırasında, delik içine dökülen beton tokmaklanır ve boru bu

esnada dışarı çekilir. Titreşimli muhafaza borusu kullanıldığı hallerde ise, boruyu

çekmek ve aynı zamanda betonu sıkıştırmak için basınçlı hava kullanılır.

Diğer bir betonlama usulü de demir teçhizat deliğe indirildikten sonra bir

enjeksiyon borusu ile basınçlı beton basılarak deliğin betonla doldurulmasıdır.

Genellikle demir teçhizatın iç çapı 60 cm. den küçük ise bazen delik ağzından

beton dökme uygulanabilirse de bu metot tercih edilir.

Betonun delik ağzından dökülmesi sırasında katiyen bir beton yerden doğrudan

doğruya veya kürekle beton dökme yoluna gidilmez. Çünkü, bu taktirde delik

kenarlarına çarpan beton, toprakla karışarak özelliği bozulur, veya demir

teçhizata çarparak ayrışır. Beton, delik ağzından, tam delik ortasına

yerleştirilecek özel kovalar (bena) vasıtası ile dökülebilir. Ancak bu işlem ara

vermeden ve bir seferde yapılmalıdır. Su altında beton dökerken, ya delikte hiç su

olmamalıdır veya bu temin edilemiyor ise delik ağzına kadar su ile veya betonit

çamuru ile doldurularak delik dibinden başlayarak betonlama yapılmalıdır.

Alman şartnamesi, fore kazıklarda kullanılacak betonun en az 350 kg dozda

olmasını ve B225 kalitesini sağlamasını şart koşmuş olup, su ağırlığı / çimento

ağırlığı oranını 0,6 olarak vermiştir. Bu şartnameye göre ilk 35 kazık için kalite

kontrolü için 6 adet beton deney küpü alınır. Bunların üçü 7 gün, diğer üçü 28

gün sonra kırılır.

3.2.3. Çelik Kazıklar

Çelik kazıkların kesiti H veya I profili şeklinde, veya dairesel olabilir. Dairesel

kesitli, yani boru şeklinde olanların uçları kapalı veya yarık olabilir ve genellikle

içleri betonlanır. Çakma sırasında uçları takviye edilir. Uzatmak için perçin,

bulon veya kaynak yapılır. Bu kazıklar yüksek yük taşıma kapasitesine sahip uç

kazıkları olarak kullanılabilirler. Ancak, yer altı suyunun zararlı madde ihtiva

etmesi halinde, deniz içinde çabuk çürürler. Kumlu zeminlerde de ömürleri uzun

olmayabilir. Sert ve katı killerde ***** oksijen bulunmadığı için uzun müddet

kalabilirler. Bu kazıkları dış etkilere karşı korumak için dışları bitümlü

maddelerle kaplanabilir, katodik koruma yapılabilir veya beton gömlek içine

alınabilir.

3.2.4. Kompozit Kazıklar

Kompozit kazıklar birden fazla farklı malzeme kullanılarak yapılan kazıklardır.

Bu tip kazıkların genellikle alt kısmı ahşap, üst kısmı beton veya çelikten oluşan

kazıklardır. Ahşap kısım çürümeye maruz kalmayacağı derinliklere (mesela yer

altı seviyesinin tamamen altına) kadar çakılır. Sonra üst kısım beton olarak,

şartlara göre gereğinde kaplama dolgusu yerinde bırakılarak, teşkil olunur. Bu tip

kazıklar çok yaygın olmayıp, daha çok özel durumlarda kullanılırlar.

3.2.5. Özel Kazıklar

Son senelerde çeşitli amaçlar için mini kazık tabir edilen özel kazıklar

kullanılmaya başlanmıştır. Mini kazıklar, 10 – 25 cm çapında olup, foraj yolu ile

aşılan deliğin basınç altında (gereğinde demir teçhizat de konarak) betonlanması

ile oluşturulurlar. Mini kazıkların taşıma gücü yüksek olabilmektedir. Mesela, 25

cm çaplı bir kazık 10 ton (1000 kN) basınç yükü taşıyabilir. Ancak bu kazıkların

moment taşıma kapasiteleri sınırlıdır.

Öte yandan zemin çivilemesi (soil nailing) denen nispeten yeni bir uygulamada

ise genellikle tabii zemine çakarak, delik açarak veya titreşimle yerleştirilen çelik

donatılarla zeminin özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Donatının bir

delik içine yerleştirilmesi halinde bu delik betonlanabilir. 4 – 5 cm. olan bu

deliklere bazen delikli bir boru sokularak beton bu boru içine basılır. Delikli boru

da zemin içinde kalır. Donatılarla (çivilerle) zeminin etkileşimi oldukça karışıktır.

Ancak tecrübeler, çivilenmiş zeminlerin monolitik bir blok gibi davrandığını

göstermektedir. Zemin çivilemesi bilhassa şev ve kazıların stabilitesini artırmak

ve mevcut yapıları takviye etmede uygulama alanı bulmuştur.

Kum kazıklar:

Kum kazıklar, fore kazık, veya çakma kazık tekniği ile imal edilen, ancak demir

ve betonun kullanılmadığı tipte kazıklar olup, daha çok zemin ıslahında

kullanılmaktadır. Yumuşak killerde 70 – 80 cm çaplı, 2 – 3 m. Aralıklı

yerleştirilen kazıklar hem zemin taşıma gücünü artırmakta hem de oturmaları

azalmaktadır. Kazıkta kullanılacak granüler malzemenin içine kil tanelerinin

girerek özelliğini bozmaması için dane dağılımı ayarlanmalıdır. Bu kazıklar

gevşek kumlu zeminlerin sıkılığını artırmada da kullanılabilir.

Kireç kazıklar:

Kireç, yumuşak killerin su muhtevasını hidratasyon yolu ile azaltıcı, plastik

indisini düşürücü, kil danelerinin flokülasyonuna yol açan özelliklere sahiptir. Bu

özellikleri nedeni ile, killi zeminlerin stabilizasyonunda önceden beri

kullanılmışlardır. Kireç kazıklar da benzer etkileri ile bu zeminlerin özelliklerini

iyileştirmede, sınırlı da olsa, uygulama alanı bulunmaktadır.