KAZIKLI TEMEL HESABI-23-9-2011

BİNALARDA KAZIKLI TEMEL TASARIMI VE UYGULAMADA KARŞILAŞILAN ZORLUKLAR

İ İnş. Yük Yük. Müh. Müh Çetin Ç ti GELEKÇİ İnş. Yük. Müh. Dr. Öğr. Ali Ruzi ÖZUYGUR

İÇİNDEKİLER Ç 1. Giriş 2. Temel tipleri 3. Kazıklı temellerin kullanıldığı durumlar 4. Kazık tipleri 5 Kazıklara gelecek yüklerin belirlenmesi 5. 6. Temellerin üstyapı ile birlikte modellenmesi 7. Kazıklı temellerde kazıkların analiz modeline girilmesi 8. Kazıklı temellere etkiyen deprem yükleri 9. Kazıklarda grup etkisi ve grup taşıma gücü 10. Kazık taşıma gücünün tayini 11. Kazıklı temel uygulamaları ve karşılaşılan sorunlar 12. Sayısal Örnek-1 ve Sayısal Örnek-2 13 Sonuçlar 13. S l ve Öneriler Ö il

Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

2

1. Giriş

Sunumun amacı: Binalarda uygulanan kazıklı temelle ilgili bilgi ve deneyimin paylaşımı

Uygulama ve tasarımdaki hataların dile getirilmesi ve ö il öneriler

Ağırlıklı olarak kazıkların geoteknik açıdan değil, yapısal açıdan incelenmesi


3

2. Temel Tipleri a) Yüzeysel temeller

Tekil temeller Sürekli temeller Birleşik temeller

Radye y temeller

b) Derin temeller

Kazıklı temeller Ayak temeller Keson temeller


4

3. Kazıklı Temeller Yüzeye yakın tabakaların yeterli taşıma gücüne sahip olmaması ve/veya oturmaların izin verilebilir sınırların üstünde olacağının beklenilmesi durumunda, düşey yüklerin daha derinlerdeki sağlam tabakalara aktarılması için ç kullanılan düşey ş y veya y az eğimli ğ yyapısal p elemanlarla taşıtılan temellerdir. Bu düşey veya az eğimli yapısal elemanlar kazıklardır.


5

3. Kazıklı Temellerin Kullanıldığı ğ Durumlar Yüzeysel temel çözümlerine göre daha pahalı olmalarına karşın kazıklı temellerin kullanıldıkları bazı durumlar aşağıda sıralanmaktadır. 1. Üstteki zemin tabakalarının üst yapı yüklerini taşımak için taşıma güçlerinin yetersiz olması. 2. Dayanma y yyapıları p veya y yyüksek yyapı p temellerinde zemin,, rüzgar ve deprem yükü gibi yanal etkilerin karşılanması amacı ile düzenlenebilirler (Büyük yatay ve eğimli yük aktaran yapılarda). Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

6

3. Kazıklı Temellerin Kullanıldığı Durumlar 3. Suyla ilişkiye geçtiğinde kabaran veya ani çökme gösteren zeminlerde üst yapı yüklerinin aktif zon diye tariflenebilecek bir bölgenin dışına aktarmak gerekebilir. 4. Kuleler, deniz platformları ve yer altı suyu altındaki radyeler

kaldırma

kuvvetlerin

kuvvetleri

etkisindedirler etkisindedirler.

karşılanmasında

kazıklı

Bu

temeller

düzenlenebilir.


7

3. Kazıklı Temellerin Kullanıldığı Durumlar 5. Köprü kenar ve orta ayakları erozyon nedeniyle temel altının oyulmasına karşı kazıklı olarak düzenlenebilir. düzenlenebilir 6. Kazıklar bazı durumlarda zemin hareketini kontrol amacıyla kullanılabilir. 7 7.

Gevşek

granüler

zeminlerin

sıkı

hale

getirilerek

iyileştirilmesi amacıyla kullanılabilir.


8

3. Kazıklı Temellerin Kullanıldığı Durumlar 8.

Üniform olmayan küçük alanlara yoğunlaşmış yük aktaran yapılarda kullanılabilir. kullanılabilir

9. Zemin yüzü veya zeminde tabakalaşmanın fazla eğimli olması durumlarında kullanılabilir. 10 10.

Statik sistemleri veya fonksiyonları bakımından farklı

oturmalara hassas yapılarda kullanılabilir.


9

4. Kazık tipleri a ) Kazıkların uygulanışı açısından: a.)

Fore kazık:

Çakma kazık:

b.)) Kazıklar yyük taşıması ş açısından: ç

Uç Kazığı

Sü tü Sürtünme k ğ kazığı

Uç + Sürtünme kazığı


10

4. Kazık tipleri p a. Kazıkların uygulanışı açısından kazık tipleri:

Fore kazık: Zemin içerisinde açılan bir kuyuya konulan donatı ve beton ile yyerinde imal edilen kazıklardır.

Çakma kazık: Prefabrik olarak hazırlanan, kazık çakma tokmağı ile yerine çakılan kazıklardır. kazıklardır Her iki tür kazığın avantajı ve dezavantajları vardır. Bina temellerinde genelde fore kazık kullanılır.


11

4. Kazık tipleri

Fore kazık uygulama aşamaları


12

4. Kazık tipleri

Fore kazık beton dökümü Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

13

4. Kazık tipleri

Çakma kazık uygulaması Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

14

4. Kazık tipleri

Çakma kazık uygulaması Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

15

b. Kazıkların yük taşıma şekli açısından kazık tipleri:

Çevre sürtünmesi ile yük taşıyan kazık: Kazıklardaki çekme kuvveti sadece çevre sürtünmesi ile taşınır.

Uç direnci ile yük taşıyan kazık

Çevre sürtünmesi ve uç direnci ile yük taşıyan kazık


16

b. Kazıklar yük taşıma şekli açısından kazık tipleri: Qd

Qf

Qd = Qu + Qf

Qu = qd . Ap

Qf = fs . As

Qd Qu Qf qd

Qu Kazık Sistemi

fs Ap As

: Tek kazığın nihai taşama gücü : Kazığın uç taşıma kapasitesi : Kazığın sürtünme direnci : Kazık ucundaki zeminin birim nihai taşıma kapasitesi : Birim sürtünme direnci : Kazık K k ucundaki d ki en kkesit i alanı l : Kazık sürtünme alanı


17

5. Kazıklara Gelecek Yüklerin Belirlenmesi

Yapı elemanlarının zati ağırlıkları ve servis yükleri: TS500 madde 10.1’e göre kazık taşıma gücü (zemin taşıma gücü) hesaplarında katılım katsayıları 1.0 olarak dikkate alınır. Kesit hesaplarında p ilgili g katsayılar y kullanılır.

Deprem ve rüzgar yükleri: Deprem yükü etkisinde kazık taşıma gücü %50 ile arttırılır. Deprem yükü hesabında “R” R 1.0 1 0 alınır. alınır


18

5. Kazıklara Gelecek Yüklerin Belirlenmesi Düşey yükler altında kazık çalışma prensibi ve yük dağılımı:

P

B a s ın ç Ç e v re s ü r tü n m e s i

Ç e v re s ü r tü n m e s i

U ç d ir e n c i D ü ş e y y ü k e tk is in d e


19

5. Kazıklara Gelecek Yüklerin Belirlenmesi Düşey ve deprem yükleri altında kazıkların çalışma prensibi ve yük dağılımı:

M

P H

Basınç

Ç ekm e

Ç evre sürtünm esi

Ç evre sürtünm esi = 0

U ç direnci D eprem yükü etkisinde

Kazık boyunu belirleyen genelde kazıktaki eksenel çekme kuvvetidir. Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

20

6. Temellerin üstyapı ile birlikte modellenmesi: Temel sistemi ile üst yapının birlikte modellenmesi zemin ö elliklerinin analiz özelliklerinin anali modeline girilmesini gerektirir. gerektirir Temel sistemi ile üst yapının birlikte modellenmesi elastik ankastre bir model ile çözüm yapmak demektir. Analiz modeli “Ankastre Sistem” den “Yarı Ankastre / Elastik Ankastre Sistem” e dönüşmüştür. Yapı periyodu ve deprem yükleri değişmiştir. Genelde düşeyde kullanılan yatak katsayısı (yatayda da kullanıldığı durumlar olabilir) ile çökmeye ve dönmelere izin veren elastik ankastre modelde y yapının p periyodu p y uzar. Bu deprem p yüklerinin azalacağı anlamına gelmemelidir.


21

6. Temellerin üstyapı ile birlikte modellenmesi: Elastik ankastre çözümlerde temele etkiyen deprem yükleri ankastre

çözümdeki

değerlerden

az

olamaz.

Üstyapı

çözümlerinden elde edilen ve en elverişsiz tasarımı sağlayan yükler temel çözümlerinde de kullanılmalıdır.


22

6. Temellerin üstyapı ile birlikte modellenmesi: Temel yapının bir parçasıdır. Bu yüzden üst yapı tasarlanırken dikkate alınan al nan yükler ükler aynen a nen temele de aktarılmalı aktar lmal ve e tasarımı tasar m öyle ö le yapılmalıdır. T1

<

T2 Sa

m

m k

k

Sa1 Sa2 T1

Ankastreli Temelli

T2

T

İvme spektrumu


23

7. Kazıklı temellerde kazıkların analiz modeline girilmesi: Kazıklı temele sahip yapılarda analiz modeline kazık başlığı (radye temel) ve kazıkların da dahil edildiği bir analiz modeli ile çözüm yapılabilir. Ancak bu durumda analiz modelinin gerçek durumu yansıtır olmasının, olmasının mühendisin program ve mertebe kontrolü

bilgisinin çok önem kazandığını belirtmek

gerekir. Zira analiz programları her durumda çözüm yapabilir. yapabilir


24

7. Kazıklı temellerde kazıkların analiz modeline girilmesi: Yapılan

çözümün

kabullerinin,

analiz

modelinin

doğruluğunun ve sonuçların doğru değerlendirilmesinin iyi bir mühendislik bilgi ve tecrübesi ışığında olması gerekir. Kazıklarla

zeminin

ilişkisi

yapı zemin yapı-zemin

etkileşimi

yöntemleriyle daha gerçekçi olarak belirlenebilir. Ancak genel mühendislik yapılarında kazıklarla zeminin ilişkisini elastik yaylarla temsil ederek uygulanabilir doğrulukta çözüm yapmak mümkündür. Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

25

7. Kazıklı temellerde kazıkların analiz modeline girilmesi: Kazık başlığı (radye temel) altındaki zeminin etkisi ihmal edilir. edilir Kazık çevre sürtünmesini temsil eden düşey yaylar kazık ucundaki düşey yay ile beraber göz önüne alınabilir. Kabuller doğru hazırlanmış bir zemin etüd raporu ve geoteknik bilgiler dahilinde yapılmalıdır. yapılmalıdır Şunu unutmamak gerekir ki kazık uygulamaları en başta bir geoteknik uygulamadır. Bu yüzden muhakkak bir geoteknik uzmanı ile birlikte çalışılmalıdır. çalışılmalıdır


26

7. Kazıklı temellerde kazıkların analiz modeline girilmesi:

Kazıklı temel analiz modeli


27

7. Kazıklı temellerde kazıkların analiz modeline girilmesi: Kazık-zemin ilişkisinin analiz modelinde yaylar ile ifade edilmesinin yanında çeşitli mesnet koşulları da kullanılmaktadır. kullanılmaktadır

Kazık

alt ucuna düşey yönde yay yerine kayıcı

mesnet vermek de çok kullanılan bir yöntemdir. Kayıcı mesnet ile kazık düşeyde tutulmuş yatayda ise serbest bırakılmıştır. Fiziksel anlamı kazık alt ucu düşey yükler altında yatayda hareket edebilir ama düşeyde hareket edemez edemez. Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

28

7. Kazıklı temellerde kazıkların analiz modeline girilmesi: Kazık alt ucunda düşey yayla hesap yapmak daha gerçekçidir ve daha mantıklı sonuca g götürmektedir. Ş Şekilde kayıcı y mesnetli çözümde kolon altındaki kazık düşey yükün neredeyse tümünü tek başına almaktadır. Yaylı çözümde düşey yük kazıklar arasında paylaşılmaktadır.

kazık kolon


29


Bir diğer yöntem kazık alt ucuna basit mesnet tanımlamaktır. Bu durum kazığın sağlam bir kayaya yeterli miktarda soketlenmesine karşılık gelen durumu ifade etmektedir. Bu mesnet koşulu sadece düşey yükler altında çözüm yapmak için doğru ve yeterli bir yaklaşımdır Fakat deprem durumundaki davranış için yaklaşımdır. yanıltıcı

sonuçlar

etkisinde

çekme

verebilir. çıkabilecek

Zira

deprem

kazıklarda

yükleri yanıltıcı

sonuçlar ç verebilir. Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

30

7. Kazıklı temellerde kazıkların analiz modeline girilmesi: Böyle bir mesnet koşuluna denk gelecek davranış şekli yoktur. Ayrıca bu yöntem kazık başlığı (radye temel) yeterince

rijit

olmadığı

zaman

yanlış

sonuca

götürmektedir. Binalarda genelde bu durum geçerlidir. Kolon ve perdeye en yakın kazık üst yapıdan gelen yükün çoğunu alıp yanındaki kazıklara yük aktarmamaktadır. aktarmamaktadır Bu da ekonomik olmayan (gerçekçi olmayan) sonuçları meydana getirmektedir.


31

7. Kazıklı temellerde kazıkların analiz modeline girilmesi: Kazığın deprem yükü altında çekmeden dolayı yukarı yönde hareketi engellenmiştir ve bu mesnet koşulunda kazıklarda çok büyük çekme kuvvetleri ortaya çıkar. çıkar Dolayısıyla

tasarlanabilecek

makul

boyutlar

elde

edilemez. Halbuki kazık bir miktar yukarı deplasman yapacak çevre sürtünmesi ve düşey yükler karşı yapacak, koyacak, kuvvet dengesinin bozulduğu oranda kazıkta çekme kuvveti ortaya çıkacaktır.


32


Bir diğer yöntem ise analiz modeline kazıkları girmeden kazıkların olduğu noktalara basit mesnet vermektir Bu durum kazıkların çok rijit olduğunu ve vermektir. sağlam kayaya yeterince soketlendiğini ifade eder. Düşey yükler altında çözüm yapmak, radye temeli tasarlamak için uygun bir yöntemdir. yöntemdir Deprem yükleri altında çözüm için yanıltıcı sonuçlar verebilir.


33

8. Kazıklı temellere etkiyen deprem yükleri: Deprem hareketi nedeniyle kazıklarda iki farklı dinamik zorlanma meydana gelme olasılığı vardır. Bunlar: 1) Deprem hareketinin üst yapıdaki etkilerinden dolayı kazıkta oluşan atalet yükleri, 2) Deprem hareketinden dolayı zeminde meydana gelen deformasyonların etkisiyle kazıkta oluşan kinematik tesirler Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

34

8. Kazıklı temellere etkiyen deprem yükleri: Bunun dışında kazıklı temel sistemi kendisini yataklayan tabakaların sıvılaşma riskine karşı da analiz edilmelidir. Literatürde depremlerde hasar görmüş kazıklı temeller bildirilmektedir. Bu tür hasarların bir özeti Tablo 1 1’de de verilmekte, Şekil-1 ve Şekil -2’de ise tahrip olmuş kazık örnekleri sunulmaktadır.


35

8. Kazıklı temellere etkiyen deprem yükleri:

Şekil 1. 1995 Kobe Depremi 11 Katlı Otel kazıklı temel hasarı (Sıvılaşan zemine bağlı pasif kazık ve üst kısımda atalet zorlaması)


36


Şekil 2 2. Niigata 1964 Depremi Adliye Sarayı kazıklı temel hasarı (Sıvılaşmaya bağlı yataklanma kaybı, üst kısımda atalet, uç kısımda kinematik zorlama)


37



38



39


Şekil 3. Deprem hareketi nedeniyle kazıklarda zorlama mekanizmaları Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

40

8. Kazıklı temellere etkiyen deprem yükleri: Zemin tabakalarının rijitliklerinin birbirinden çok farklı olması bu tabakaların depremin sarsıcı hareketinden farklı etkilenmelerine sebep olur. Birbirinden farklı deformasyonlar yapan her zemin tabakası kazığı da kendisi ile birlikte hareket etmeye zorlar ve bu nedenle de kazık bu tabakaların ara yyüzeyy bölgelerinde g kesme gerilmelerine maruz kalır. Bu gerilmeler sonucu kazıkta eğilme ğil momentleri tl i meydana d gelecektir. l kti


41

8. Kazıklı temellere etkiyen deprem yükleri: Atalet yükleri, özellikle kazığın üst yapıyla veya kazık başlığıyla birleştiği bölgelerde ortaya çıkan zorlanmalardır. Bu zorlanmaların sebebi deprem hareketinin üst yapıda yarattığı salınımdır. Kinematik tesirler ise kazığın uç kısımlarına yakın derin bölgelerde daha etkili olur ve rijitlikleri arasında büyük farklar bulunan tabakaların ara yüzlerinde pik ik değerine d ğ i ulaşırlar. l l Kinematik Ki ik tesirlerin i l i başlıca b l sebebi b bi ise i deprem hareketinin zeminde ve kazıklarda yaratmış olduğu salınım

sırasında

kazık

ile

zeminin

uyumsuz

y deformasyonudur. Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

42


Kinematik zemin-kazık etkileşimi Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

43


Kinematik yükler nedeni ile oluşan kazık deplasmanları Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

44


Kinematik zemin-kazık etkileşimi için analitik model Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

45


Kinematik zemin-yapı etkileşimi (Gömülü yapılar) Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

46


Kinematik zemin-yapı etkileşimi (Gömülü yapılar) Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

47

8. Kazıklı temellere etkiyen deprem yükleri: Deprem yükleri altında zemin-kazık-yapı üçlüsünün birbirleri ile etkileşimi sonucu oluşan atalet kuvveti etkileri ve kinematik yükler, yükler kazıklı temel sistemlerinin büyük ölçüde zarar görmelerine neden olmaktadırlar. Atalet kuvveti etkilerinin analizi ile ilgili olarak literatürde kayda değer miktarda çalışma olmasına rağmen, kinematik etkiler ile ilgili araştırmalar son yıllarda önem kazanmaya başlamıştır.


48

9 Kazıklarda Grup Etkisi ve Grup Taşıma Gücü 9. Kazık g grubunun taşıma g gücü, kazıkların g grup p halinde davranışları düşünülerek hesaplanır. Zira, grup içindeki bi kazık bir k k ve çevre zemin, i diğ diğer k kl d kazıklardan il til iletilen gerilmelerin etki alanı içinde kalabilir. Bu problemin çözümü için çeşitli yaklaşımlar vardır. Bunlardan biri sürtünme kazıklarında grup etkisini hesaplamak için kullanılan

ampirik

veya

yarı

ampirik

formüllerdir

(Converse-Labarre, 1/8 kuralı, Terzaghi Blok Yaklaşımı). Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

49

9 Kazıklarda Grup Etkisi ve Grup Taşıma Gücü 9.


50

9 Kazıklarda Grup Etkisi ve Grup Taşıma Gücü 9.

Kazık gruplarında gerilme izobarları Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

51

9 Kazıklarda Grup Etkisi ve Grup Taşıma Gücü 9. Bu formüller kazıklar arası etkileşim nedeni ile g grup p içindeki kazıkların taşıma güçlerinde meydana gelen azalmayı saptamak amacı ile geliştirilmişlerdir. η sayısı ile gösterilen grup verimi, verimi kazıkların tek tek taşıma güçlerinin toplanması ile bulunan değerle çarpılarak grup taşıma gücü bulunur. Bu formüllerde genelde, yalnızca kazık– kazık etkileşimi düşünülmüş ve zemin özellikleri göz önüne alınmamıştır. Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

52

10. Kazık taşıma gücünün ü ü ü tayini a) Statik eşitlikler: Zemin parametreleri kullanılarak tüm kazık türleri için kullanılabilir. b) Arazi deneyleri sonuçlarını kullanan ampirik formüller yardımıyla belirlenebilir.


53

10. Kazık taşıma gücünün ü ü ü tayini a. Statik Eşitliklerle ş Tek Kazığın ğ Taşıma ş Gücü Hesabı Eğer kazık sert kayaya mesnetleniyorsa kazık eksenel yükü sadece kazık uç direnci ile

Kaya

t t l bili taşıtılabilir. Gerekirse eksenel yük uç direnci ile çevre sürtünmesi ile birlikte taşıtılabilir.


54

10. Kazık taşıma gücünün ü ü ü tayini

Kazığın üst kısmında şişen zemin varsa kazık çekmeye zorlanabilir zorlanabilir. Bu durumda kazık altta sağlam zemine soketlenmelidir. Genelde 3

Şişen zemin Sağlam zemin

çap soketlenir. k tl i Eğ kazıktaki Eğer k k ki eksenel k l kkuvvet çekmeyse k sadece çevre sürtünmesi tarafından karşılanır. Uç direnci sıfırdır (çekme).


55

10. Kazık taşıma ş gücünün tayini g y Qd

Kazık taşıma gücü: Qd = Qu + Qf Qf

Qd = toplam kazık taşıma gücü Qf = çevre sürtünmesi taşıma kapasitesi Qu = kazık uç direnci Qu


56

10. Kazık taşıma ş gücünün tayini g y K k uç direnci: Kazık di i Qu = qd . Ap qd = (po . Nq + K1 . γ . Nγ . B) + 9 . c

(c ve φ > 0 ).

qd = (po . Nq + K1 . γ . Nγ . B)

(φ > 0 ve c = 0).

qd = 9 . c

(c > 0ve φ = 0 ).


57

10. Kazık taşıma ş gücünün tayini g y c = kohezyon φ = zeminin içsel sürtünme açısı γ = zeminin birim hacim ağırlığı po = pv = kazık ucunda oluşan düşey basınç = γ . Df Df = kazık k kb boyu Nq ve Nγ = Terzaghi’ye göre içsel sürtünme açısına bağlı olarak alınan taşıma gücü katsayıları K1 = şekil faktörü, dairesel kazıklar için 0.3 Ap = kazık en kesit alanı B = kazık genişliği Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

58

10. Kazık taşıma ş gücünün tayini g y İçsel sürtünme açısı φ

Nc

Nq

Nγ

0

5.7

1.0

0.0

5

7.3

1.6

0.5

10

9.6

2.7

1.2

15

12 9 12.9

44 4.4

25 2.5

20

17.7

7.4

5.0

25

25.1

12.7

9.7

30

37.2

22.5

19.7

34

52.6

36.5

35.0

35

57 8 57.8

41 4 41.4

42 4 42.4

40

95.7

81.3

100.4

45

172.3

173.3

297.5

48

258.3

287.9

780.1

50

347.5

415.1

1153.2

Terzaghi Taşıma Gücü Katsayıları Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

59

10. Kazık taşıma ş gücünün tayini g y Çevre sürtünmesi taşıma gücü: Qf = (ca + fs) . As fs = kazık çevresindeki zeminin sürtünme taşıma gücü As = zemin içinde kalan kazığın çevre alanı ca = kohezyonlu k h l zeminlerde i l d zeminin i i kkayma di direnci. i Hesabı için farklı yöntemler bulunmaktadır, Kohezyonsuz zeminlerde sıfır alınır.


60

10. Kazık taşıma gücünün tayini fs = K . pv . tan(0.75 . φ) K = Yatay toprak basıncı katsayısı, Sıkı zeminler için 2 2, gevşek zeminler içinse 1 1.2 2 pv = po = γ . Df As = 2 x π x (B/2) x Df Grup faktörü: Komşu iki kazık aralığı 3 x kazık çapından küçükse çevre sürtünme kapasitesi yönetmeliklere göre belli katsayı ile azaltılır. Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

61

10. Kazık taşıma gücünün tayini Kazık eksenel kuvveti için genelde kazık üst ucundaki değer alınır. Bu durumda kazık taşıma gücü: Qd = (Qu + Qf . GF) / FS – W Qd = toplam kazık taşıma gücü Qu = kazık uç direnci Qf = çevre sürtünmesi ü tü i kkapasitesi it i FS = güvenlik katsayısı, genelde 3 alınır. W = kazık ağırlığı = A . γbeton . Df GF = grup faktörü Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

62

11 Kazıklı Temel Uygulamaları ve karşılaşılan sorunlar 11. Kazıklı temelin yapı temeli ile beraber yapılması: İdeal olan kazıklı temel uygulamasıdır. Ancak; su izolasyonu gerektiren durumlarda uygulaması zor ve problemli bir uygulamadır. Bu yüzden su izolasyonu yapılacak

yapılarda

bazen

tercih

edilmeyen

bir

d r md r Donatı durumdur. Donat geçişleri sağlanmış, sağlanm ş klasik birdöküm imalattır.


63

11 Kazıklı Temel Uygulamaları ve karşılaşılan sorunlar 11. Kazıklarda

etkiler

büyür,

ekonomik

değil.

Genelde büyük sanat yapılarında ve devrilmeye maruz çokk katlı k tl yapılarda l d uygulanır. l K k boyunu Kazık b belirleyen

önemli

faktör

çekme

kuvvetleridir.

Ülkemizde bu tür uygulama binalarda genelde rastlanılmamaktadır. rastlanılmamaktadır h

temel

kazık


64

11 Kazıklı Temel Uygulamaları ve karşılaşılan sorunlar 11. Kazıklı temelin y yapı p temelinden ayrı y y yapılması: p

Bu uygulama üst yapıdan ayrı bir sistemdir. Üst yapının düşey yüklerini zemine aktarır, aktarır birlikte çalışma ve iç kuvvet geçişleri yoktur.

Analizi kolaydır, sadece eksenel basınç kuvveti oluşur. Dinamik analizi yapmaya gerek yoktur, sadece düşey yük etkisinde çözülür.

Ekonomiktir, sadece eksenel kuvvet oluştuğu ş ğ için ç genelde minimum donatı yeterlidir.


65

11 Kazıklı Temel Uygulamaları ve karşılaşılan sorunlar 11.

Kazıklı temel değil, bir çeşit zemin iyileştirmesidir. Temel altında sağlam bir zemin oluşturmak gibi bir uygulamadır.

Su izolasyonunun gerektiği durumlarda uygun ve problemsiz bir çözümdür Üst yapı temeli

su izolasyon Alt yapı temeli (Kazık başlığı) kazık


66

11 Kazıklı Temel Uygulamaları ve karşılaşılan sorunlar 11. Uygulamadaki bir yanlış: Su izolasyonundan dolayı temelin iki kat yapılması gerektiğinde bazen temel ortadan ikiye ayrılarak (80cm ise 40cm+40cm şeklinde) uygulanmaktadır.

?

üst kısım temel h/2 h h/2

h

temel

su izolasyon alt kısım temel

kazık Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

kazık

67

11 Kazıklı Temel Uygulamaları ve karşılaşılan sorunlar 11. Kalınlığı h olan bir plakla kalınlığı h/2 olan iki adet plağın kesit özellikleri aynı değildir, dolayısıyla gerçekteki rijitliği de aynı değildir. Önerilen; hesapta gereken temel kalınlığını olduğu gibi bırakmak, bırakmak su izolasyon malzemesini korumak için ayrı bir betonarme tabaka yapmaktır.


68

11 Kazıklı Temel Uygulamaları ve karşılaşılan sorunlar 11.

temel

h

h

temel

h

1

su izolasyon

k k kazık


k k kazık

alt kısım temel

69

12. Sayısal y Örnek-1 Kazık taşıma kapasitesinin hesabı Kazık boyu: 10 m (zemin içinde) + 8 m (konsol) 8.0 m

Konsol

Kazık çapı: 1 m Yer altı suyu durumu: kuru ortam İki kazık aralığı: 3 m’den küçük

10.0 m

Birim adı: İçsel sürtünme açısı: Birim hacim ağırlığı: K h Kohezyon :

Killi çakıllı kum 200 19 kN/m3 0


70

12. Sayısal Örnek-1 Kazık uç direnci: Qu = qd . Ap = 1434 x 0.785 = 1125 kN qd = (po . Nq + K1 . γ . Nγ . B)

(φ > 0 ve c = 0)

= [(19 x 10) x 7.4 + 0.3 x 19 x 5 x 1] = 1434 kN/m2 c=0 φ = 20 derece γ = 19 kN/m3 po = pv = γ . Df Df = 10 m Nq = 7.4 74 Nγ = 5 K1 = 0.3 B=1m

Ap = 3.14 x (1.0 / 2)2 = 0.785 m2 Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

71

12. Sayısal Örnek-1 Çevre sürtünmesi taşıma gücü: Qf = (c ( a + fs) . As = (0 + 101 101.8) 8) x 31 31.4 4 = 3198 kN fs = kazık çevresindeki zeminin sürtünme taşıma gücü As = zemin içinde kalan kazığın çevre alanı ca = 0 fs = K . pv . tan(0.75 . φ) = 2 x (19 x 10) x tan(0.75 x 20) = 101.8 101 8 kN/m2 K=2 pv = po = γ . Df As = 2 x π x (1/2) x 10 = 31.4 m2 Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

72

12. Sayısal Örnek-1 Toplam kazık taşıma gücü: St tik d Statik durumdaki d ki kkazıkk taşıma t gücü: ü ü Qd = (Qu + Qf . GF) / FS – W = (1125 + 3198 x 0.7) / 3 – 339 = 782

kN

Depremli durumdaki kazık taşıma gücü: 1.5 ile artırırsak Qd = 782 x 1.5 = 1173 Qu = 1125 kN, kN

kN

Qf = 3198 kN

FS = 3 W = A . γbeton . Df = 0.785 x 24 x 18 = 339 kN GF = 0.7 Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

73

12. Sayısal y Örnek-2


74

12. Sayısal y Örnek-2

Fore kazık yyerleşimi ş ve temel kalıp pp planı (Ø (Ø65 kazık,, 80 cm temel)) Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

75

12. Sayısal y Örnek-2 Kazık Taşıma kapasitesi (Geoteknik raporda önerilmiştir)


76

12. Sayısal y Örnek-2 Kazık

ve

zeminin

modellenmesi

Taşıma

kapasitesi

((Geoteknik raporda p önerilmiştir) ş )


77

12. Sayısal y Örnek-2 Yapı Bilgileri ve Proje parametreleri: 2 katlı bir otel yapısı incelenecektir. Deprem bölgesi: 1 Zemin sınıfı:Z4 (Ta=0,20 sn, Tb= 0,90 sn Üstyapı periyodu: 0.29 sn Yapı ağırlığı : 92636 kN (Temel dahil) R= 6 (Üstyapı için) R R= 1 (Kazıklı temel için) Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

78

12. Sayısal y Örnek-2 Yapı ve kat ağırlıkları Story

Load

Loc

P

STORY2

W

Top

17324.13

STORY2

W

Bottom

18835.85

STORY1

W

Top

37016.54

STORY1

W

Bottom

39082.17

TEMEL

W

Top

92635 92 92635.92

TEMEL

W

Bottom

132621.5


79

12. Sayısal y Örnek-2 Servis Yükleri Altında Yapı ve kat ağırlıkları (kN) Story

Load

Loc

P

STORY2

GQ

Top

19389

STORY2

GQ

Bottom

20901

STORY1

GQ

Top

47524

STORY1

GQ

Bottom

49590

TEMEL

GQ

Top

105259

TEMEL

GQ

Bottom

102992


80

12. Sayısal y Örnek-2 Deprem yükü hesabı: Vt=Ao*I*S(T)W/R Vt=0 0,40 40*1*2 1 2,5 5*92636/1 92636/1 Vt=92636 kN Kazık sayısı: 241 temelin rijit olduğu ve kazıklara uniform yük aktarılacağı kabulü ile kazıklara gelecek kesme kuvveti hesaplanabilir ve kazık taşıma kapasitesi ile kıyaslanır.


81

12. Sayısal y Örnek-2 Deprem yükleri altında temelde oluşan yük değerleri (kN) Story

Load

Loc

P

VX

VY

TEMEL GQEX MAX

Top

105259

92326.97

494.24

TEMEL GQEX MAX

Bottom

102992.4

58.33

8.82

TEMEL

GQEX MIN

Top

105259

-92326.97

-494.24

TEMEL

GQEX MIN

Bottom

102992 4 102992.4

-58.33 58 33

-8.82 8 82

TEMEL GQEY MAX

Top

105259

499.41

91879.38

TEMEL GQEY MAX

Bottom

102992.4

8.85

66.74

TEMEL

GQEY MIN

Top

105259

-499.41

-91879.38

TEMEL

GQEY MIN

Bottom

102992.4

-8.85

-66.74


82

12. Sayısal y Örnek-2 Mertebe kontrolü: Kazık sayısı: 241 Temelin rijit olduğu ve kazıklara uniform yük aktarılacağı kabulü ile hem normal kuvvet hem d kkesme kkuvvetiti h de hesaplanabilir l bili ve kkazık k taşıma kapasitesi ile kıyaslanır.


83

12. Sayısal y Örnek-2 Nd= W/nkazık Nd= 92636/241=385 kN < Qu=510 kN

√

Vd=92636/241=385 kN Vcr=317 Kn < Vd=385 kN Vc=0,80*Vcr= 254 kN Vr=Vc+Vws ≥Vd sağlanmalıdır. Φ10/15 etriye; Vws= 230 kN Vr=484 kN > Vd=385 kN

√


84

12. Sayısal y Örnek-2 Kazıklarda oluşan maksimum normal kuvvet (kN) St Story

C l Column

L d Load

L Loc

P

TEMEL

C420-20

GQ

0

-477

TEMEL

C419-20

GQ

0

-476

TEMEL

C423-20

GQ

0

-476

TEMEL

C421-20

GQ

0

-475

TEMEL

C416 20 C416-20

GQ

0

-475 475

TEMEL

C418-20

GQ

0

-475

TEMEL

C420-19

GQ

0

-475

TEMEL

C419-19

GQ

0

-475

TEMEL

C422-20

GQ

0

-475

Ndmax= 477 kN < Qu=510 kN Kazıklı Temel Tasarımı ve Uygulamada Karşılaşılan Zorluklar

85

12. Sayısal y Örnek-2 Storyy

Column

Load

Loc

P

V2

V3

TEMEL

C385-20 GQEY MAX

0

-416

133

478

TEMEL

C385 20 GQEY MAX C385-20

05 0.5

-411 411

133

478

TEMEL

C385-20 GQEY MAX

1

-407

133

478

TEMEL

C386-20 GQEY MAX

0

-424

133

478

TEMEL

C386-20 GQEY MAX

0.5

-420

133

478

TEMEL

C386-20 GQEY MAX

1

-415

133

478

TEMEL

C382-20 GQEY MAX

0

-395

134

478

Pdmax= 416 kN < Qu=510 kN

Vdmax= 478 kN < Vr=484 kN


86

13 Sonuçlar ve Öneriler 13.

Kazıklı temel tasarımı iyi hazırlanmış bir geoteknik rapor ve uzman bir geoteknik mühendisi ile birlikte çalışılarak yapılmalıdır.

Kazıklı temel tasarımında deprem durumunda oluşacak atalet kuvvetleri, kuvvetleri kinematik kuvvetler ve sıvılaşma problemi mutlaka dikkate alınmalıdır. Gerekirse yapı-zemin-kazık yapı zemin kazık üçlüsünü içeren dinamik analizler yapılmalıdır.


87


Devrilmeye maruz binalar dışında kazıkların binadan ayrı olarak yapılması daha uygundur. Devrilme güvenliği az olan binalarda radye temel kenarı boyunca kazık bulunmasına özen gösterilmelidir .

Su izolasyonundan dolayı iki kat temel yapılacaksa ana temel hesapta gerektiği boyutuyla bırakılmalıdır .

Kazıklar K kl uygulanmaya l b l başlamadan d önce ö t taşıma gücü ü ü testine tabi tutulmalıdır.


88


Kazıklı temel tasarımında bir kolonun altına en az üç adet kazık çakılmalıdır. Çünkü üç nokta bir düzlem oluşturur. l t Eğer Eğ kkolon l alt lt ucunda d eğilme ğil ttesiri i i ffazla l iise dört kazık kullanılması daha uygun olur.


89


Kazık tepelerinde p kazık başlıkları oluşturulur ve kolonlar kazık başlığı üzerine oturtulur. Eğer yapıda kat sayısı f l ve kkolon fazla l yükleri ükl i bü büyükse ük ffazla l sayıda d kkazıkk kullanmak gerekir. Bu durumda kazık araları (min 3D) olacak şekilde kazıklar yerleştirilir, tek bir kazık başlığı kullanılarak tüm yapı altında tek bir plak oluşturulur oluşturulur. Tüm kazıkların yük aktarabilmesi için kazık başlığının yeterli rijitlikte olması gerekir.


90


Kolon altlarında kazık araları kısa tutulurken açıklık ortalarına doğru kazık araları açılabilir. Kolon yüklerini olabildiğince l bildiği ffazla l kkazığa ğ dağıtabilmek d ğ t bil k iiçin i gerektiğinde ktiği d kazık başlığı radye temellerde olduğu gibi kalınlaştırılır. Kazık başlıklarında hem maksimum kazık yüküne hem de kolon yüklerine göre zımbalama dayanımı kontrolu yapılmalıdır.


91


Kazıklı temellerin yyapıldığı p ğ binalarda g genellikle yyer altı su seviyesi yüksek olur. Kazıklar temel altındaki i l izolasyonu d ldiği için, deldiği i i i l izolasyon problemleri bl l i çıkar. k B Bu sorunu aşmak için yapı temeli radye plak şeklinde, kazık başlıklarından ayrık olarak oluşturulur. Kazık başlıklarında alt plak ve çevre perdeleri ile bir çanak oluşturur. Çanak içi izolasyonu yapıldıktan sonra, esas yapı temeli bunun içine oturtulur.


92

SORULAR?


93

TEŞEKKÜRLER… Ş


94

KAZIKLI TEMEL HESABI-23-9-2011

Recommend Documents