İNM 424122 İstinat Yapıları Tasarımı
Proje 2 ÖNGERME ANKRAJLI İKSA (DESTEKLEME SİSTEMİ) TASARIMI İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Anabilim Dalı
Ankraj nedir? • Ankrajlar derin kazıların güvenle açılması ve inşaat sırasında emniyetli olarak durması için, yüksek şev duvarlarının desteklenmesinde kullanılan destek elemanlarıdır. • Ankraj, üzerine uygulanan gerilme (çekme) kuvvetini (yükünü) elverişli (taşıyıcı) zemine ileten (aktaran) yapısal bir parçadır.
Ankraj Kullanımı • Ankrajlar pasif veya öngermeli olarak tasarlanabilirler. • Pasif ankrajlar kendi başına yük taşımazlar. • Zemin, ilgili ankraj parçasına doğru hareket ettikçe, yük ankraja iletilir. • Pasif ankrajın maksimum yük taşıma gücüne ulaşabilmesi için büyük hareketlere gereksinme olabilir. • Büyük hareketleri daha kabul edilebilir düzeye indirgemek için zemin ankrajları genellikle yapıya veya zemin yüzeyi levhasına veya bileşenlerine doğru çekilerek öngermeli olarak imal edililirler.
Ankrajlı duvarlar (istinat perdeleri)
•
•
Özellikle şehirlerde yerleşimin yoğun olduğu bölgelerde derin kazılar çok sıralı ankrajların kullanımı ile güvenli ve ekonomik olarak gerçekleştirilebilmektedir. Ankrajlı duvarlarda farklı yapısal elemanlar kullanılabilir – Püskürtme beton ile fore kazık, – Yerinde dökme beton perde, – Destek kazıkları ile birlikte yerinde dökme veya hazır yatay destekli sistemler, – Püskürtme beton ve ağ veya palplanş duvar olabilir.
Ankraj kullanımının yararları • Geçici kazı sistemi kalıcı yapının bir parçası gibi kullanılabilir. • Yatayda kazı alanı azaltılır. • Arka dolgu gerekmemektedir. • Daha dar kazı yapılarak zeminde örselenme daha az olmaktadır. • Komşu hakkı tartışmalarında azalma olmaktadır (tersi de olabilir). • Zemin koşullarında beklenmeyen durumla karşılaşıldığında başka çözüm arayışına olanak tanımaktadır.
Ankrajlar nerelerde kullanılırlar?
– Düşey yer değiştirmelerin önlenmesinde, – Yapıların dönmeye karşı güvenceye alınmasında, – Yapıların kritik yüzeyler boyunca kaymaya karşı emniyetinin sağlanmasında, – Yeraltı yapılarının stabilitelerinin arttırılmasında, – Yapıların sismik duraylığının arttırılmasında, – Deney sahası dar olan yerlerde kazık yükleme deneylerinde öngerme sağlayan eleman olarak, – Barajların yükseltilmesinde, – Dalgakıran ve iskelelerde gemilerin iskele babalarına verdikleri yükün dağıtılmasında kullanılır.
a-) Otoyol Dayanma yapılarında
b-) Şevlerin stabilitesinin iyileştirilmesinde
b-) Kazı tabanının desteklenmesinde
c-) Beton barajların inşaatında
Ankraj Elemanları • Zemin ankrajları uygulanan çekme yüklerini taşıyıcı zemine aktarırlar.
• Ankraj Elemanları: – Ankraj kafası, – Serbest boyu, – Ankraj kökü
Ankraj Elemanları
1-Ankraj Kafası
Ankraj kafası : Öngerme kuvvetinin yüzeye yayılmasını
sağlar. Öngermenin uygulandığı ve servis yüküne gerilen ankrajın kilitlenmesinin yapıldığı bölgedir. Esas olarak germe kafası, sıkıştırıcılar (kamalar), ankraj ve ankraj plakasından meydana gelir.
2) Serbest Ankraj Boyu • Ankraj gövdesinin başlangıcı ile ankraj kafası arasındaki mesafedir. Serbest ankraj kısmının yapısı ankrajdan beklenen hizmete bağlıdır: – Ankrajın ömrü (geçici ya da kalıcı ankraj olması) – Korozyon ve mekanik örselenmeye karşı ne düzeyde koruma gerektiği – Ankrajın aşamalı olarak gerilmesi zorunluluğu – Çekme kuvvetinin her an ölçülebilmesi olasılığı – Germe elemanlarının boşaltılması ve sonradan tekrar gerilmesi zorunluluğu – Zeminin olası enine yer değiştirmelerinin karşılanması olasılığı
3) Ankraj Kökü • Öngerme kuvvetini zemine aktaran kısımdır. • Çimento harcının yüksek basınç altında ankraj deliğine basılarak doldurulması ile kök bölgesi oluşturulur. • Çeliğin ankraj gövdesi içine yerleştirilme şekli zeminin özelliklerine bağlıdır. • Halatlar ya doğrusaldır ya da yer yer sıkılıp yer yer serbest bırakılarak bir dizi boğum meydana getirecek şekilde birbirine bağlanır.
Kullanım sürelerine göre ankrajların sınıflandırılması • Geçici ankrajlar: Bu ankrajlar, genellikle bir projenin inşaatı sırasında kısa süreli olarak kuvvetlere karşı koyan ve böylece güvenli inşaat imkanı sağlayan ankrajlardır. • Genellikle kullanım süreleri 2 yıldır. Servis ömrülerine göre 2’ye ayrılırlar.
Kullanım sürelerine göre ankrajların sınıflandırılması • 1.Nolu geçici ankrajlar: Servis süreleri 6 aydan daha az ve göçmesi çok ciddi sorunlar yaratmayan toplumun güvenliğini etkilemeyen (örn. kısa süreli kazık yükleme deneylerinde reaksiyon sistemi olarak kullanılan) ankrajlardır.
Kullanım sürelerine göre ankrajların sınıflandırılması • 2. Nolu geçici ankrajlar: Servis süreleri 2 yıl civarında olan göçmesi sonucu oldukça ciddi sorunlar ortaya çıkabilen uyarı olmaksızın toplum güvenliğini etkilemeyen (örn. iksa duvarlarının desteklenmesinde kullanılan) ankrajlardır.
Kullanım sürelerine göre ankrajların sınıflandırılması devam... • Sürekli ankrajlar: Sürekli yapıların ve kazı destekleme sistemlerinin servis ömrü boyunca güvenliğinin ve stabilitesinin sağlanması amacıyla yapılırlar.
Kullanım sürelerine göre ankrajların sınıflandırılması devam... –Sürekli ankrajlar (3): Korozyon riskinin yüksek olduğu ve/veya göçme durumunda çok ciddi sorunlar yaratan (örn. asma köprülerin ana gergilerinde kullanılan ya da su etkisi ile kalkan yapıların stabilitesinin sağlanması amaçlı ağırlık yapısının elemanları olarak kullanılan) ankrajlardır.
Minimum Güvenlik Faktörleri
Ankraj Sınıfı
Tendon
Zemin/ Enjeksiyon / enjeksiyon tendon ya da Ara yüzeyi enjeksiyon/ kapsülleme yüzeyi
Kontrol Yükü Faktörü
Geçici Ankrajlar(1)
1.40
2.0
2.0
1.10
Geçici Ankrajlar(2)
1.60
2.5x
2.5x
1.25
Sürekli Ankrajlar(3)
2.00
3.0+
3.0+
1.50
Not: x Eğer tüm araziyi kapsayan deneyler yapılırsa bu değer minimum olarak 2.0 alınabilir. + Bu değer zemin rezidüel kuvvetlerine ulaşılması halinde 4.0’e kadar çıkar.
Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışını ve Kökteki Taşıma Gücünü Etkileyen Etkenler Etken
Granüler
Kohezyonlu
1-Zemin özellikleri ve tabakalaşma durumu
F, dane boyutları
Adhezyon, PI
2-Delme yöntemi
Çakma kılıf (Zemin-Enjeksiyon ilişkisini iyi yönde etkiler)
Kohezyonlu zeminlerde sondaj sıvısı (Sondaj sıvısı kapasiteyi azaltır)
3- Kök uzunluğu ve şekli
Kapasite 6 m’ye kadar düzenli artarken 12m’ye kadar az artış olur
su<95 kPa’dan küçük değerlerde lineer olarak arttığı, sonra artışın azaldığı gözlenmektedir.
4- Çap
10 cm civarına kadar düzenli artış
15 cm civarına kadar düzenli artış
5-Enjeksiyon basıncı
Granüler zeminlerde basınçla birlikte lineer bir artış sözkonusu olabilir.
Aşamalı enjeksiyonla kapasite artışı olabilir.
Farklı Beton Ankraj Tipleri A
A Tipi Ankrajlar (Kayalarda uygulanır) Zemin ile harç arasındaki kayma mukavemeti, kök kısmındaki sıyrılmaya karşı direnci oluşturur. Dayanım, deliğin stabilitesine bağlı olup, doğrusal ya da doğrusal olmayan düz şaftlı ankrajlardır.
Çoğunlukla kayalarda ya da katı ve sert kohezyonlu zeminlerde kullanılır. Mukavemet, zemin-enjeksiyon yüzeyi arasında oluşan yüzey kayma gerilmelerine bağlıdır.
Kaya Ankrajları
B Tipi Ankrajlar
(Genellikle kohezyonsuz zeminlerde) •Ankraj kök çapının zemin içinde minimum hasar yaratarak genişletilmesi sonrası çimento harcının <1000 kN/m2 basınç altında boşluklara ve çatlaklara girmesi sağlanarak oluşturulan ankraj tipidir. • İyi derecelenmiş kohezyonsuz zeminlerde kullanıldığı gibi yumuşak çatlaklı kayalarda ve kaba alüvyonlarda da kullanılır.
B
B Tipi Ankrajlar (Genellikle kohezyonsuz zeminlerde) • Kök çevresindeki zeminin kohezyonsuz zeminlerde çimento sızdırmazlığından yararlanarak basınç altında iyice sıkıştırılması ile geniş bir ankraj kökü oluştururlar. • Dikkat edilmesi gereken, enjeksiyon basıncının her zaman toplam jeolojik yükten düşük olması gerektiğidir. • Ankraj kök bölgesinde kayma mukavemetinden dolayı direnç oluşur.
C Tipi Ankrajlar (Kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerde) •2000 kN/m2’den daha yüksek basınç altında çimento harcının zemin boşluklarına pompalanması ile ankraj kökü genişletilir.
C
C Tipi Ankrajlar (Kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerde) • Birinci enjeksiyonun sertleşmesinden sonra, çoğunlukla basınç ikincil enjeksiyon sırasında uygulanır. İkinci enjeksiyon genellikle “manchette system” adı verilen özel bir tüp sistemi ile ya da ankraj kökü içinde çalışabilen minyatür enjeksiyon tüpleri kullanılarak yapılır. • Kohezyonsuz zeminlerde, bazen de kohezyonlu zeminlerde başarılı bir şekilde kullanılır. • Üniform bir kayma mukavemetinin ankraj kökü boyunca var olduğu prensibine göre taşıma gücü hesaplanır.
D Tipi Ankrajlar (Katı kohezyonlu zeminlerde) •Mekanik aletlerle ya da patlayıcılarla oluşturulmuş bir dizi kökten oluşan ankrajın enjeksiyonunda “Tremie“ yöntemi uygulanır.
D
D Tipi Ankrajlar (Katı kohezyonlu zeminlerde) • Katı kohezyonlu zeminlerde kullanılan bu ankrajlarda, kayma mukavemeti ve uç mukavemeti sıyrılmaya karşı direnci oluşturur. • Duvar stabilizasyonunun bazı şekillerinde D tipi ankrajların kullanılması çok yaygın bir uygulama olmamakla birlikte kohezyonsuz zeminlerde de kullanılabilmektedir.
Derin Kazılarda Çok Sıralı Ankrajlı İksa Sistemlerinin Tasarımı Çok sıralı ankrajlı bir iksa sisteminin tasarımında hesap adımları
–Çok sıralı ankrajlı iksa sistemine gelen toprak basıncının belirlenmesi –Düşeyde (kazı kesiti boyunca) ankraj aralıklarının seçimi –Seçilen ankraj aralıkları için sistemin belirlenen toprak basıncı dağılımı altında sürekli kiriş olarak çözümü –Sistemde söz konusu yük altında oluşan ankraj kuvvetlerinin ve maksimum momentlerin belirlenmesi
Derin Kazılarda Çok Sıralı Ankrajlı İksa Sistemlerinin Tasarımı – Yatayda (kazı kesitine dik doğrultuda) ankraj aralıklarının seçimi – Sistemin (iksa perdesinin) boyutlandırılması – Ankrajların serbest boylarının hesabı – Ankraj kök boylarının hesabı – Kök boyunun seçimi ve toplam ankraj boylarının hesabı
Ankraj Tasarım Kriterleri
• Ankrajın serbest boyu hesaplanırken:
– Kökün, duraylılık analizlerine göre bulunacak (dairesel veya düzlemsel) yüzeyin dışında olması sağlanmalıdır. – Kök, Rankine aktif yüzeyinden 1/5 H (min 1.5 m) kadar uzakta ve ona paralel bir yüzeyin dışında kalmalıdır. – Duvar yüzünden köke kadar eğik serbest boyu en az 4.5m (CFEM, 1992: 5m) olmalıdır.
• Ankraj kök uzunluğu zeminlerde 3-10 m arasında olmalıdır. • Ankraj eğimi genellikle =100 _ 150 olmalıdır. • Daha büyük açılarda ankraj kuvvetinin düşey bileşeni değerlendirilmelidir.
Ankraj Tasarım Kriterleri
Ankraj Tasarım Kriterleri Duvar
≥ 3,5b (CFEM)
Minimum Serbest Ankraj Boyu =4.5 – 5.0 m Sh ≥ 4b (CFEM, 1992)
Kökler Arası Etkileşim: • Ankraj kökleri arasındaki etkileşimi sınırlamak için, ankraj köklerinin merkezden merkeze olan uzaklıkları; (D ankraj kökünün en büyük çapı olmak üzere) 4D’den az olmamalıdır. • Uygulamada, minimum aralık 1.2 m ile 2.0 m arasında değişmektedir. • Bir ankrajın kök kısmı ile komşu temel ya da yeraltı yapısı arasındaki uzaklık 3m.’den fazla olmalıdır.
Çekme Çatlağının (zc) Yerinin Belirlenmesi a v K a 2c K a • eşitliği incelendiğinde c>0 için yanal gerilmeler zemin yüzeyinde (v=0) olduğundan olup zemin çekme gerilmeleri altındadır. • Gerilmelerin pozitif değerlere geçtiği yer için (a=0) yazılırsa 2c zc zc Ka 2c Ka 0 ve Ka eşitliği elde edilir.
Zc çekme çatlağının yerinin belirlenmesi Devam...
zc çekme çatlağı derinliğini göstermektedir. Aktif itkilerin doğabilmesi için şekilde gösterilen duvarın gevşek kumda 0.002H, sıkı kumda 0.0005H, yumuşak kilde 0.02H ve katı kilde 0.01H kadar dışa yerdeğiştirme yapması gerekmektedir.
Toprak Basıncı Dağılımının Belirlenmesi
a-Kumlar
b- Katı Killer
c-Yumuşak–orta katı killer
Toprak Basıncı dağılımının Belirlenmesi Navfac Önerisi
Ankrajlı Duvar İçin NAVFAC Önerisi
Toprak Basıncı dağılımının Belirlenmesi İsveç Yönetmeliği
Ankrajlı Duvar İçin İsveç Yönetmeliği Önerisi
• İksa sisteminde yakın mesafede bir yapı bulunması durumunda sistemde hiç hareket olması istenmiyorsa – x – H – K
Yapı uzaklığı Kazı Derinliği Ortalama İtki katsayısı x
x
2H
x
2H
x K K0 ( K0 K A ) 2H K Ka
H (x=0 ise K=K 0 olur)
Tabakalı Zeminlerde Toprak Basınçları (Kum ve Kil)
Hs
Kum n,kum
1 n, kum K s H s 2 tan s ( H H s )nqu cort 2H
H Hc
Kil n,kil
ort
1 n, kum H s ( H H s ) n, kil H
Ks = Kum tabakası için yatay toprak basıncı katsayısı (yaklaşık 1 alınabilir) qu = Kilin serbest basınç mukavemeti n’ = 0.5 ile 1.0 arasında değişen bir katsayı, ortalama 0.75 alınabilir.
Tabakalı Zeminlerde Toprak Basınçları (Değişik Kil Tabakaları) H1
H
H2
Kil n,kil1
Kil n,kil2
c1
cortalama
c2
1 c1 H1 c2 H 2 L cn H n H
1 ort 1 H1 2 H 2 3 H3 L n H n H Hn
Kil n,kiln
cn
Zeminlerde Ankraj Taşıma Gücü
Granüler Zeminlerde Ankraj Taşıma Gücü
Kohezyonlu Zeminlerde Ankraj Taşıma Gücü
Ankraj taşıma kapasitesini etkileyen faktörler – Relatif sıkılık (Dr) ve zeminin üniformluk derecesi, – Ankraj boyu ve çapı – Beton enjeksiyon metodu ve uygulanan enjeksiyon basıncı – Zemin boşlukları – Sondaj metodu ve ekipmanları
Granüler Zeminlerde Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışı Kumlu zeminlerde genellikle B ve C tipi ankrajlar uygulanmaktadır Kumlu zeminlerde uygulanan, yük taşıma boyu 4-8 m ve çapı 10-15 cm olan ankrajların nihai kapasiteleri 1300-1400 kN (130-140 ton) arasında değişmektedir. Granüler zeminlerde kök, yüksek veya düşük basınçlı enjeksiyon şeklinde uygulanabilir.
Granüler Zeminlerde Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışı
B TİPİ ANKRAJLARDA
– Düşük basınçlı enjeksiyonlarda, • Nihai Ankraj Taşıma kapasitesi (kN)
iki farklı yöntem kullanılarak belirlenebilir.
Granüler Zeminlerde Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışı
B TİPİ ANKRAJLARDA
1.Yöntem (ampirik olarak)
Pi L(n)(tan )
'= İçsel sürtünme açısı L= Ankraj kök boyu (m) n= permeabiliteye, enjeksiyon basıncına ve sürşarja bağlı bir katsayı n 400-600 kN/m (iri kumlar ve çakıllar için k > 10-4 m/sn kabulüyle) n 130-165 kN/m (ince ve orta kumlar için k=10-4-10-6 m/sn kabul edilirse)
Granüler Zeminlerde Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışı
B TİPİ ANKRAJLARDA
2. Yöntem (Taşıma Gücü Teorisi Kullanılarak)
• Genişletilmiş çap=38-61 cm (çok geçirimli zeminlerde) Pi = DLv'tan+(/4)(D2-d2)Nqh – – – – – – – –
v': Kök ortasında düşey efektif gerilme (kPa) L : Ankraj kök uzunluğu (m) : Zemin içsel sürtünme açısı Nq: Taşıma gücü faktörü : Zemin tabii birim hacim ağırlığı (kN/m3) h : ankrajın kök orta noktasının zemin yüzüne mesafesi (m) D : Ankraj kök çapı d : Sondaj çapı
Zemin Cinsi
D/d
Basınç
Kaba kum,çakıl
≤4
Düşük (300~500 kPa) (Önemli enjeksiyon girişi)
Orta sıkı kumda
1.5~2.0
<1000 kPa (Enjeksiyon girişi önemsiz)
Çok sıkı kumda
1.1~1.5
<1000 kPa (Enjeksiyon girişi önemsiz)
• Genellikle eşitlikte güvenli tarafta kalmak için eşitliğin ikinci kısmı ihmal edilirek • Pi = . D . L . v'. tan +
(/4 . (D -d ). Nq. . h )→İhmal 2
2
edilir. Pi = K. . D . L . v'. tan′
Bu eşitlikte;
K= Enjeksiyon basıncı, zemin sıkılığı ve yapım yöntemine bağlı bir katsayı olarak kullanılır. Zemin Cinsi
Basınç
K
Sıkı kum,Çakıl
Düşük
1.4-2.3
İnce kum ve kumlu siltler
Düşük
0.5-1.0
Sıkı kum
Düşük
1.4
Granüler Zeminlerde Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışı
C TİPİ ANKRAJLARDA
• Granüler zeminlerde uygulanan C tip ankrajlarda teorik olarak taşıma gücü güvenli olarak hesaplanamadığından arazi yükleme deney sonuçları esas alınır. • d=10-15 cm – 90-130 kN/m 1000 kPa enjeksiyon basıncında (Orta sıkı kum) – 190-240 kN/m 2500 kPa enjeksiyon basıncında (kum-çakıl)
Kohezyonlu Zeminlerde Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışı • Ankarajların killi zeminlerde yük taşıma kapasiteleri düşük değerlerdir. Yük taşıma kapasitesi bu tip zeminlerde • Yüksek basınçlı enjeksiyon kullanılarak, • Ankraj köklerinde çan tipi bir bölge yaratılarak, • Burgu ile açılan deliklerde çimento enjeksiyonu ve çakıl enjeksiyonu kullanılarak artırılabilir.
Kohezyonlu Zeminlerde Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışı
D TİPİ ANKRAJLARDA
Pi= . D . L . cu + /4 . (D2-d2) . Nc . cub + . d . l . ca – – – – – – –
D : Ankraj Kök Çapı L : Kök Uzunluğu Cu : Ankraj kökü boyunca ortalama kayma mukavemeti Nc = 9 cub : Ankraj kökü tabanındaki kayma mukavemeti l : şaft boyu (m) ca : şaft adhezyonu (0.3-0.35) cu (kPa)
Kohezyonlu Zeminlerde Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışı D TİPİ ANKRAJLARDA
Kök Kapasiteleri – Pi = K. . D . L . • =c'+σ'v tg (drenajlı durumda) • =2/3cu (drenajsız durumda) • • • • •
D veya b: Kök çapı (10-15 cm) σ'v : kök uzunluğu ortasındaki düşey efektif gerilme : Zemin-duvar arasındaki sürtünme açısı (=2/3) L : kök uzunluğu K : Yanal itki katsayısı (kumlarda 1.4-1.5), (killerde 0.75) alınabilir
Kayaçlarda Zemin- Enjeksiyon Arayüzey Davranışı Pi DLd – D : delinen şaft çapı – L : Ankraj kökünde enjeksiyon boyu – d : Enjeksiyon-kayaç kesiti mukavemeti (Tipik değerler çizelgelerden alınabilir).
Ankrajlar için güvenli taşıma gücü bulunurken en az 1.5 (kayaçta=3) önemli yapılarda ve kalıcı ankrajlarda daha yüksek güvenlik sayısı değerleri kullanılmalıdır.
Zeminlerde Ankraj Taşıma Gücü Pi GS
Ankraj taşıma kapasitesi*(Cosβ) Pa
Bazı Kayaçlar için Tipik Kök Sıyrılma Değerleri (NAVFAC 1983)
1m Uzunluk İçin Kökte Son Taşıma Gücü (kN/m) (FHWA) Kumçakıl
Gevşek (N0=4-10) Orta sıkı (11-30) Sıkı (31-50)
145 220 290
Kum
Gevşek (4-10) Orta sıkı (11-30) Sıkı (31-50)
100 145 190
Granit veya bazalt Dolamitik kireçtaşı Yumuşak kireçtaşı
730 580 440
Kum Gevşek (4-10) ve silt Orta sıkı (11-30) Sıkı (31-50)
70 100 130
Kumtaşı Sleyt ve sert şeyl Yumuşak şeyl
440 365 145
LL, PI, LI kısıtlamalarıyla (katı) 30 (10-20) Silt-kil karışımları veya İnce mikalı 60 kum veya silt karışımları (çok katı) (21-40)
N0: Düşey jeolojik gerilme için düzeltimiş SPT değerleri
Ankrajlara gelecek yüklerin ve momentlerin belirlenmesi
Mesnet Yöntemi
Ankrajlara gelecek yüklerin ve momentin belirlenmesi
Katkı Yapan Alan Yaklaşımı
Kesme Kuvvetleri ve Maksimum Momentlerin bulunması
Ankraj Demeti (Örgü Tel) – Daha büyük öngerme kuvvetleri uygulamak amacıyla belli bir sayıda telin bir araya getirilip bükülmesinden elde edilen örgü teller hem bükülebilme özelliğine sahiptir hem de tellerin mekanik özelliklerinden tam olarak yararlanmayı sağlar. – Örgü teller genellikle soğuk çekme düz karbon çeliğinden yapılmış olup bugüne kadar en yaygın örgü tel 7 tel ile yapılandır. – Aşağıdaki Tablo’da öngermeli tendon malzemeleri için tipik boyutlar ve karakteristik dayanımlar verilmiştir.
Çelik cinsi Alaşımsız çelik Tel 7 telli örgü tel 7 telli drawn örgü tel Düşük Alaşımlı Çelik Çubuk 1030/835
1230/1080 Paslanmaz Çelik Tel Çubuk
Çap (mm)
Spesifik Dayanım (kN)
Alan (mm2)
7.0 12.9 15.2 15.7 12.7 15.2 18.0
60.4 186 232 265 209 300 380
38.5 100 139 150 112 165 223
26.5 32 36 40 25 32 36
568 830 1048 1300 600 990 1252
552 804 1018 1257 491 804 1018
7 25 32 40
44.3 491 804 1257
38.5 491 804 1257
Örgü Tel
Ankrajlı kazılarda göçme biçimleri
Tendon kopması
Moment nedeniyle duvarın göçmesi
Zemin-kök arası sıyrılma
Yetersiz pasif kapasite nedeniyle duvarın göçmesi
Tendonun kök içinden sıyrılması
Ankraj yerleştirildikten sonra perdenin öne hareketi sonucu göçme
Ankrajlı kazılarda göçme biçimleri
Yetersiz eksenel kapasite nedeniyle göçme
Kayma nedeniyle göçme
Dönme nedeniyle göçme
Zemin kütlesinin toptan göçmesi
Zemin Ankrajlarında Stabilite Tahkikleri Ankrajların güvenle taşıyabileceği yük ankrajlı çözümün yapılabilirliğini, buna bağlı olarak belirlenen ankraj aralığı da perdenin yapısal tasarımını etkilemektedir. Bir ankrajın taşıma gücünü aşağıdaki durumlar belirlemektedir.
Zemin Ankrajlarında Stabilite Tahkikleri – 1-Enjeksiyon-tendon sıyrılması: Uygulanan enjeksiyon basıncıyla bir ilişkisi olmamakla birlikte belirli bir değerden sonra lineer olmayan bir ilişki vardır. • Adhezyon • Sürtünme • Mekanik bağ
Zemin Ankrajlarında Stabilite Tahkikleri –2-Ankraj Demetinde (Çelik halatta) kopma: Uygulanan yük çelik halatın yapısal taşıma gücünü aşarsa kopma kaçınılmazdır. –Tasarımda ankraja gelecek yük halat kopma yükünün 0.6 katını, ankraj deneylerinde 0.8 katını geçmemelidir. –3-Zemin-Enjeksiyon sıyrılması •Granüler zeminlerde kök basıncı artırılarak ankraj deliğinin çapı artırılabilir •Kohezyonlu zeminlerde genişletilmiş çan şeklinde bir uygulama yapılabilir.
– 4-Zeminde göçme: Ankraj köküne iletilen yükle birlikte kök çevresinde bir zemin kitlesinin koparılması söz konusu olabilir. • Sığ ankraj köklerinde, kök önünde bir bölgede kabarma ile başlayan ve pasif göçme yüzeyine benzer bir yüzeyde göçme ile sonuçlanan bir hareket görülebilir. • Pratik olarak 5 (m) den daha derinde kökü olan ankrajlarda bu tür göçme çok az görülmektedir.
1-Enjeksiyon ile (Tendon) Ankraj Arası Aderans Tahkiki • Halatın Emniyetli Taşıma Kapasitesi (Pem) ankraja gelen maksimum yük ile karşılaştırılır. – Halat Sayısı = (Pi max) / (Pkopma) oranına göre belirlenir (tam sayı). • Pkopma= 232*0,6=139 kN
– Not : Bu projede çapı 15.2 mm olan 7 telli örgü tel kullanılacaktır.(Çap=15.2mm, Kesit Alanı=139 mm2, Kopma Dayanımı (Pkopma) = 232 kN)
• Halat sayısı belirlendikten sonra, bu değere göre halatların emniyetli olarak taşıyabileceği yük miktarı belirlenecektir.
Ankraj Halatı Emniyetli Taşıma Gücünün Belirlenmesi Phalat em= em x A Sayısı
halat yüzey alanı
x Halat
• (Ahalat yüzey alanı= x D halat x L halat)
• Dhalat= 15,2 mm= 0,0152 m
• Nervürlü çelik için em=700 kN/m2 alınacak.
• Ankraj Halatı için Phalat em ile maksimum ankraj kökü taşıma kapasitesi (Pkök kapasitesi) oranı 2’den büyük olmalıdır. – Phalat
em
/ Pi
max
>2.0
ise enjeksiyon ile ankraj arası aderans problemi yoktur.
2- Ankraj demeti Kopma Tahkiki • Maksimum PAnkraj Demeti Kopma / Pi max >1.4 → Kopmaya karşı emniyetlidir. • Not: Tasarımda ankraja gelecek yük halat kopma yükünün 0.6 katını geçmemelidir. • PAnkraj Demeti Kopma=232x0.6xHalatSayısı=139.2 kN x Halat Sayısı
3- Zemin ile Enjeksiyon Arası Aderans Tahkiki • qu ve Ankraj kökü yüzey alanından, ankraj kökünde taşınan yük belirlenir. – (Pankraj kök kapasitesi )
taşıma kapasitesi
=Ankraj kökü taşıma
• P=Ankraj kökü taşıma kapasitesi belirlenir.
(Pankraj kök taşıma kapasitesi = qu x A)
– A=Ankraj kökü yüzey alanı (sürtünme alanı) belirlenir • (A=xDxL),(Ankraj Kökü çapı=15 cm) – Zeminin Birim Alandaki Taşıma Gücü (qu ) Taşıma gücü eşitliğinden zeminin birim alandaki nihai taşıma gücü (qu=c'xNc) belirlenir.
Ankraj demeti Kopma Tahkiki...devam • Ankraj kökü Taşıma Kapasitesi değerleri ankraj taşıma kapasiteleri (Pi) ile karşılaştırılır. Elde edilen güvenlik sayısı G.S. > 2 olmalıdır. • Bu durumda enjeksiyon ile zemin arası aderans problemi yoktur.
Derin Kayma Tahkiki • Ankrajlı bir perdenin derin kayma tahkikini yaparken genellikle Kranz tarafından tek ankrajlı sistemler için geliştirilen yöntemi esas alan çok ankrajlı hesap yöntemleri kullanılmaktadır. • Ankraj kökünün merkezinden geçen fiktif bir plak göz önüne alınmaktadır .
Tek ve Çok Sıralı Ankrajlarda Blok Analizinde Güvenlik Sayısı
• Ankrajın gerilmesi ile birlikte ankraj kökünün belirlediği bir zemin kamasının ana kitleden koparılmasına karşı yeterli güvenliğin sağlanıp sağlanmadığıdır. • Blok analizi adı verilen bu analizde göz önüne alınan ankraj kökünün ortasını düşeyle ve duvarın altıyla birleştiren yüzeylerin belirlediği bloğun dengesi düşünülmektedir. Burada – – – – – –
Pa, ankraj plağına gelen toprak basıncı W, blok ağırlığı PA, duvara gelen toprak basıncı Q, blok destek kuvveti A, ankraj çekme kuvveti A′ bloğu dengede tutan kuvvet
• Güvenlik Sayısı GS=1.5-2.0
Pa, ankraj plağına gelen toprak basıncı W, blok ağırlığı PA, duvara gelen toprak basıncı Q, blok destek kuvveti A, ankraj çekme kuvveti A′ bloğu dengede tutan kuvvet
• (a) da görüldüğü gibi kuvvet poligonu çizildiğinde A’ kuvveti bloğu dengede tutan kuvvet olarak bulunmaktadır. Bloğa A’ den daha küçük bir kuvvet (ankraj) uygulanması halinde blok güvenli, daha büyük kuvvet uygulanması halinde güvensiz olacaktır.
• (b) de 1 no’lu ankraj için belirlenen blok dengesinde 2 no’lu ankraj kuvvetinin etkisi yoktur. Yine benzer nedenle (kökün blok dışında kalması) 2 no’lu ankraj için belirlenen blok dengesinde 1 no’lu ankraj kuvvetinin etkisi yoktur.
• (c) de 1 yüzeyinde 2 no’lu ankrajının etkisi yok, ancak 2 yüzeyinde 1 no’lu ankraj kuvveti bloğa uygulanan bir dış kuvvet gibidir ve güvenlik sayısı tanımında gözönüne alınmıştır.
• (d) de ise 1 yüzeyinde 2 no’lu ankraj kuvveti etkili, 2 yüzeyinde 1 no’lu ankraj kuvveti etkisizdir.
Ankraj Deneyleri • Ankrajlar üzerinde – Performans ve – Kabul edilebilirlik deneyi adı altında iki tür deney yapılır.
Performans Deneyleri • İlk iki çalışan ankrajda ve geri kalanların kayaç ve granüler zeminlerde %2 sinde, kohezyonlu zeminlerde %10 unda gerçekleştirilir. • Amaç tasarım yükünün aşırı bir uzama veya krip olmaksızın taşınabileceğinin gösterilmesidir.
Performans Deneylerinin Aşamaları
• • • • •
p: Tasarım yükü AL: Germe ve deney aygıtını istenilen eğim ve yerde tutmak için uygulanması gerekli en düşük yük AL, 0.25p,0.50p, AL, 0.50p,0.75p, 0.50p, AL, 0.50p, 0.75p, 1.0p, 0.50p, AL, 0.50p, 0.75p, 1.0p, 1.25p, 0.75p,0.50p, AL,0.50p, 1.0p, 1.25p, 1.50p, 1.25p, 1.50p
Performans Deneyleri... • Her yük hareket duruncaya dek (en az 1 dakika) tutulmalı ve son 1.50p yükü ise 50 dakika tutulmalıdır. • Bu yükte 0, 1/2, 1, 3.5, 10, 20, 30, 40, 50 dakikalarda okuma alınacaktır. • Krip kaba granüler ve kayaç zeminlerde çok az olup 1 ve 10 dakika okumalarında fark 1 mm den az ise krip deneyi aşaması sona erdirilebilir.
Kabul Edilebilirlik Deneyi • Performans deneyinin yapıldığı ankrajlar dışındaki tüm ankrajlarda kabul edilebilirlik deneyi yapılacaktır. • Bu deney için aşamalar – AL, 0.25p, 0.50p, 0.75p, 1.0p, 1.25p, 1.50p şeklindedir.
Kabul Edilebilirlik Deneyi Her yük en az 1 dakika ve son yük 5 dakika tutulmalıdır. • Son yükte okumalar 0,1/2, 1, 3 ve 5 dakikalarda alınacaktır. • Eğer ½ ve 5 dakika okumaları farkı 2mm den fazla ise son yükte 5 dakikadan sonra ek olarak 45 dakika daha tutulmalıdır. • Başarılı bir deney sonucu elde edilince yük 1.0p ye azaltılacak ve yük ankraja kilitlenecektir. • Kilitlenme yükü mekanik kayıpları veya diğer proje koşullarını göz önüne alarak mühendis tarafından değiştirilebilir.
Çizimler • Yapılan ankraj destekli kazı tasarımı ölçekli olarak çizilecek. • Ön görünüş ve plan ölçekli olarak çizilecek.
