View
0
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
EĞİMLİ YÜZEYLERDE ZEMİN ÇİVİSİ UYGULAMASIYLA İLGİLİ
BİR İNCELEME
YÜKSEK LİSANS TEZİ
İnş. Müh. Onca ÖZDEMİR
ŞUBAT 2006
Anabilim Dalı : İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ
Programı : GEOTEKNİK MÜHENDİSLİĞİ
1
1. GĠRĠġ
1.1 GiriĢ ve ÇalıĢmanın Amacı
Zemin çivilemesi, kazı işlerine ve şevlerin stabilitelerinin teşkiline olanak sağlamak
için, son 30 yıl sürecinde, özellikle Avrupa’da yaygın kullanım alanı bulmuş bir arazi
tekniğidir. Bu tekniğin temel prensibi, zemine sık aralıklarla donatılar yerleştirerek
kazı süresince ve sonrasında oluşan deplasmanları önlemektir. Bu şekilde mevcut
zeminin etkili olarak kullanılması sağlanmaktadır. Bu tekniğin otoyol projelerinde
kullanılıyor olması, yapım ve tasarım şartnamelerinin oluşturulması gerekliliğini
gündeme getirmiştir. Şüphesiz böyle bir çalışmanın varlığı, tasarım mühendislerini,
sanatsal kavramları özümseyen detay ve planları geliştirme çabası içine sokmuştur.
Bu şekilde, imalat malzemesi ile tesis tekniği açısından güncel, en son ve en iyi
teknikten yararlanabilme olanağı doğmuştur.
Zemin çivisi tekniği, kayaya cıvatalama ve Yeni Avusturya Tünel Metodu (NATM)
gibi yöntemlerin bir uzantısı olarak ortaya çıkmıştır. NATM, Rabcewicz tarafından
geliştirilmiş, takvite şatkrit ve kayaya cıvatalama ile esnek (fleksibıl) bir destekleme
sisteminin oluşturulmasını gündeme getirmiştir. Yöntem yeraltı kazılarının güvenle
imalatına olanak sağlamaktadır. Zemin çivilemesi yöntemi ise zemin kütlesinin
stabilitesinin arttırılabilmesine yönelik, uzun çubukların veya çivilerin, örselenmemiş
doğal zemine tesisini içerir. Zemin çivilemesi yönteminin, ankrajla destekleme
sisteminden farkı, yöntemin pasif çivi elemanlarının ankrajlara göre daha küçük
boyutta nümerik gerilme değerleri almalarıdır. Zemin çivisi, diğer tekniklere göre
daha yeni bir teknik olmasına rağmen dünyada demiryollarının stabilizasyonu, yol
inşaatları, kazı şevlerinin stabilizasyonu, heyelan potansiyeline sahip şevlerin
stabilizasyonu, stabil olmayan şevlerdeki tünel girişlerinin stabilizasyonu gibi inşaat
mühendisliği uygulamalarında tercih edilen bir yöntem olmuştur.
Yöntem ilk kez Amerika Vancouver’da yetmişli yılların başında geçici kazıkların
desteklenmesine yönelik kullanılmıştır. Avrupa’daki ilk kayıtlı uygulamalar ise,
otoyolların ve tren yollarının güzergahlarınca açılan şevlerin ve bina temel
2
kazılarının desteklenmesine yönelik İspanya (1972), Fransa (1973) ve Almanya
(1976)’da verilmiştir.
Yöntemin inşaat sektöründe kabul görmesi ve kullanımının yaygınlaşması ile
uygulamaya dair optimum tasarım gerekliliği gündeme gelmiş, ve bu gereklilik
sistemin davranışının tüm boyutlarıyla incelenmesi zorunluluğunu beraberinde ortaya
koymuştur. Bu amaçla birtakım tasarım yöntemleri sunulmuş, davranışın analizine
yönelik yapılan laboratuvar ve gerçek ölçekli model deneylerle literatür oluşmuş ve
tasarıma dair şartnameler geliştirilmiştir.
Bu tez çalışması kapsamında, eğimli yüzeylerde zemin çivili duvarların inşaatı,
duvarların genel davranışı ve tasarımında göz önüne alınan hususlar incelenmiş ve
zemin çivisi tekniği için kullanılan çeşitli güncel tasarım metodları
değerlendirilmiştir. Bu noktadan hareketle zemin çivisi tekniği için, uygulama
kriterleri anlatılmış, sistemin uygulanacağı arazide yapılması gereken araştırmalar ve
deneylere de yer verilmiştir.
3
2. ZEMĠN ÇĠVĠSĠ YÖNTEMĠ
2.1 Tanım
Zemin çivisi, kazı takviye uygulamalarında ve şev stabilitesinin desteklenmesinde
zemine yük aktarımını sağlayan bir yapı elemanıdır. Zemin çivileri genellikle çelik
veya fiber donatılardan oluşmaktadır, ancak zemine yük transferini geliştirmek ve
paslanmaya karşı koruma sağlamak amacıyla genellikle etrafı çimento enjeksiyonu
ile kaplanmaktadır. Aynı zamanda, çivi etrafındaki enjeksiyon çevre alanını
büyüterek birim boyda mobilize olan çevre kuvvetini arttırmaktadır. Ayrıca zemin
çivili dayanma yapılarında daha sonra değinilecek olan kaplama önemli bir yapıdır.
Kaplama, aktif bölgenin stabil kalmasında etkin bir rol oynamaktadır. Şekil 2.1’de
tipik bir zemin çivisi kesiti görülmektedir. Zemin çivisi çok basit bir tabirle zemine
tesis olmuş pasif ankraj olarak da tanımlanabilir. [6]
ġekil 2.1: Zemin Çivisi [6]
2.2 Kavram
Zemin çivisi uygulamasının temel amacı, yukarıdan aşağıya doğru devam eden kazı
sırasında sık aralıklarla çelik donatı yerleştirerek mevcut zeminin güçlendirilmesidir.
4
Duvar kaplaması, belli kalınlıkta imal edilen püskürtme betondan oluşmaktadır. Bu
şekilde arka kısımdaki zemin tutularak kendi içinde stabil bir sistem oluşturulur.
Kullanılan donatılar pasiftir ve sistemin çalışma prensibi, zeminin yaptığı küçük
deplasmanlar sırasında zemin ile donatı arasında meydana gelen sürtünmeye dayanır.
Zemin çivisi stabiliteyi :
a) Sürtünmeli zeminlerde, kayma yüzeyi etrafındaki normal kuvvet ve zemin kayma
direncini arttırarak
b) Kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerde oluşan potansiyel kayma yüzeylerindeki
devirmeye çalışan kuvvetleri azaltarak sağlar. [3]
2.3 Tarihçesi ve GeliĢimi
Zemin çivisi ve yönteminin temeli, kısmen kaya civatalamasına, çoklu ankraj
sistemlerinden geliştirilen tekniklere ve zemin çivisi sistemine benzerlik gösteren
toprakarme tekniğine dayanmaktadır. Zemin çivisi tekniğine temel oluşturmuş
geçmişteki uygulamalara özellikle değinmek gerekir [8]:
1961 yılında Schist’te ankraj kullanılarak, betonarme ile kaplanmış istinat
duvarları inşa edilmiştir.
Rabcewiz tarafından geliştirilen tünel ve yer altı galerilerini desteklemek için
Avusturya Metodu (1964) tarihteki önemli uygulamalardan biridir. Bu metod
günümüzde geleneksel zemin takviye sistemleri yerine sıkça kullanılmaktadır. Bu
teknik, yüzeyin kazılmasının hemen ardından zeminin tünel boyunca ankraj
çubuklar kullanılarak takviye edilmesini içermektedir, böylece gerekli olan nihai
kaplamanın miktarının önemli ölçüde azalması sağlanmaktadır. Bu yöntemde
kullanılan çivilerin uzunlukları genellikle 3-6 metre arasındadır.
Zemin çivili duvarların gelişimi ise aşağıdaki şekilde meydana gelmiştir [8]:
İlk duvar 1972/73’te Versailles’da bir demiryolu genişletme projesinin parçası
olarak Fransız müteahhit Bouygues ile uzman müteahhit Soletanche tarafından
inşa edilmiştir. Bu duvar, kum zeminde kısa çiviler kullanılarak 12,000 m²’lik
bir kaplamanın yapıldığı geçici bir uygulamadır.
Zemin çivisi yöntemi ile ilgili ilk önemli araştırma projesi Almanya’da Karlsruhe
Üniversitesi ve müteahhit Bauer’in girişimleri ile gerçekleştirilmiştir. Bu
5
araştırma projesi çerçevesinde çeşitli deneysel zemin çivili duvarların davranışı
tam ölçekli yapı üzerinde incelenmiştir.
İlk prefabrike kaplama elemanlarının geliştirilmesi ile Fransa’da endüstrileşmede
ilk girişim gerçekleştirilmiştir.
Fransızlar 1986’da kendi deneysel programlarını (Clouterre) başlatmışlardır. Bu
araştırma programı, 21 özel ve kamu iştirakçisi dahil olmak üzere, Fransız
Hükümeti ve endüstri kuruluşları tarafından ortaklaşa finanse edilmiştir. Bu
program, hazırlanmış dolguda yapılan 3 büyük çaplı deneyi ve hizmette olan 6
tam ölçekli zemin çivili duvarın gözlemlenmesini içermektedir. Clouterre
araştırma programının sonuçları “Clouterre 1991 Tavsiyeleri” olarak
yayımlanmıştır ve Amerikan Federal Karayolları İdaresi tarafından İngilizce’ye
çevrilmiştir. Bu tavsiyeler bütün dünyada zemin çivisi tasarımının esaslarını
oluşturmaktadır.
Federal Karayolları İdaresi tarafından yapılan araştırma sonucunda, zemin çivili
dayanma yapılarının tasarımı, inşaatı, kalite kontrol ve gözlemlenmesi üzerine bir
uygulanma kitapçığı hazırlanmıştır. Zemin çivili yapıların sismik yükler altında
göçme mekanizmasının değerlendirilmesi için Vucetic (1993; 1996) tarafından
merkezkaç model deneyler yapılmıştır. Ancak güvenilir sismik dizayn metodları
geliştirilmesi için hala geniş çaplı bir araştırmaya ihtiyaç duyulmaktadır.
2.4 Zemin çivisinin avantajları
Zemin çivilemesi yöntemi, geleneksel istinat yöntemlerine göre, eşsiz teknik ve
ekonomik üstünlüklere sahiptir. Bu üstünlükler, aşağıda yer verilenlerle sınırlı
olmamakla birlikte, şu ana başlıklar altında sıralanabilir [2]:
Çiviler, zemin ankrajlarına oranla daha kısa ve ince şotkrit veya beton kaplamalı
olarak imal edilirler. Dolayısıyla, gerilme uygulanmayan yapım sürecinin hızlı
olmasının da bir sonucu olarak, toplam imalat maliyeti düşüktür.
Basit bir enjeksiyon cihazının yanısıra, tesis için, sadece hafif bir imalat
ekipmanına gereksinim duyulmaktadır. Açılan deliklerin enjeksiyonu, yerçekimi
etkisinin sağladığı cazibeli akış ile mümkün olabilmektedir. Ulaşımın zor olduğu
şantiyeler için bu hususlar, özellikle önem kazanmaktadır.
6
Çivi adedinin çok büyük sayılarla ifade edilmesinin bir sonucu olarak, bir tane
çivinin taşıma özelliğini kaybetmesi ve çökmesi, geleneksel ankraj sistemi
düşünüldüğünde, tüm sistemin stabilitesi için çok büyük ölçüde bir kayıp
getirmez, dolayısıyla fazlaca zararlı olmaz.
Çakılları, blokları ve doğal etkilerle aşınmış ortamları veya sert kaya birimleri
içeren heterojen zeminlerde, küçük bir çap ve kısa bir delik uzunluğu, çivilerin
tesisi için yeterli olabilmektedir. Dolayısıyla, asker kazık tesisine ve getirisi olan
maliyet artışına gereksinim kalmaz.
Geleneksel rijit yapılarla kıyaslandığında, çivilenmiş zemin yapıları, daha esnek
(bükülebilir) bir bünyeye sahiptir. Bu çeşit yapılar, çevre zeminle daha uygun
etkileşime girerler ve tüm doğrultularda, birlikte daha büyük toplam ve
diferansiyel zemin hareketlerini karşılarlar.
Yüzeysel dönmeler, ek olarak yeni çivilerin tesisi ile veya üst kademelerdeki
mevcut çivilerin taşıma yüklerinin cüzi bir miktarının öngerilme şeklinde
uygulanılması ile karşılanırlar.
2.5 Zemin çivisinin dezavantajları
Zemin çivilemesi yöntemi, diğer benzer amaçlı tekniklerde de karşılaşılan şu
kusurları gösterir [2]:
Yeraltında sürekli kullanım izni gerektirmektedir. Başka bir deyişle mal sahibinin
tesis alanına yönelik rızası alınmalıdır.
Yeraltı suyu drenaj sistemlerinin, zeminin altında teşkili zor olabilmektedir.
Ayrıca teşkil edilse bile, sistemin uzun vadeli etkin kullanılabilmesi, uzak bir
olasılıktır.
Yerleşim bölgelerinde, birbirine yakın aralıklarla sıralanmış takviye sistemleri,
çevre yapılarına zarar verebilmektedir. Ek olarak, ön gerilmeli ankrajların neden
olduğu hareketlerden daha büyük mertebelerde yatay zemin hareketlerinin
görülebileceği ve bu durumun yakın yapıları olumsuz etkileyebileceği
söylenebilir.
Kohezyonlu zeminlerde, düşük yük kademelerinde dahi sünme özelliğinin
varlığına bağlı olarak, çivi kapasitesi ekonomik olarak geliştirilemez.
7
Özellikle donma-çözülme döngüsüne maruz kalabilecek bölgelerde, şotkrit
kaplamanın uzun vadeli etkin performansı, tüm yönleriyle uygulamalı olarak
kanıtlanamamıştır.
2.6 Donatılı zemin ve ankrajlı duvarlarla farkları
Zemin çivili duvar ve donatılı zemin aynı imalat sistemine sahip olmamasına rağmen
her iki yöntem de pasif donatılar içerir. İki sistem arasındaki farklar şu şekilde
özetlenebilir [3]:
Zemin çivili duvarlar yukarıdan aşağıya, donatılı zemin aşağıdan yukarıya imal
edilir.
Zemin çivili duvarlarda donatı yükleri yukarıdan aşağı doğru azalırken, donatılı
zeminlerde yukarıdan aşağı doğru artar.
Zemin çivisi mevcut zemin içinde yapılırken, donatılı zeminde kontrollü dolgu
imalatı söz konusudur.
Zemin çivili duvarlarda en büyük deformasyon duvarın tepe noktasında
oluşurken, donatılı zeminde ise duvarın alt tarafında oluşur.
Zemin çivili duvar ile ankrajlı sistemler arasındaki temel farklar şu şekilde
özetlenebilir [3].
Ankrajlı sistemlerde tendon sadece kök bölgesinde çalışır. Zemin çivisinde
donatının tümü çalışır.
Ankrajlı sistemlerde donatıya öngerme uygulanır.
Ankrajlı sistemlerde gerilme dağılımı uniform kabul edilebilir.
Ankrajlı sistemlerde kaplama toprak basıncının tamamını taşırken, zemin
çivisinde kaplama donatılar tarafından karşılanmayan basıncı taşır.
Ankrajlı sistemlerde duvarın deformasyonu ankraj öngerme kuvvetlerine bağlı
olarak duvarın yarı kademesinde oluşur.
Zemin çivisinde hem aktif hem de pasif bölgede donatı çalışmaktadır. Ankrajlı
sistemlerde kök bölgesinin pasif bölgede kalması istenir.
8
2.7 Zemin çivisi için uygun zeminler
Zemin çivili duvar imalatı için uygun zemin tipi, 1-2 m’lik kazı kademelerinde
desteklenmeden bir veya iki gün durabilen zemin tipi olarak belirlenebilir. Buna ek
olarak yapılan delgi birkaç saat boyunca göçmeden durmalıdır. Yukarıda belirtilen
noktalar göz önüne alınarak uygun zemin tipleri şu şekilde özetlenebilir [3]:
Dayanımı düşük olmayan rezidüel zeminler ve ayrışmış kayalar
Sünme etkisi olmayan killi siltler ve düşük plastisiteli killer
Kohezyonlu sıkı kum ve çakıllar
Kapiler kohezyonu 5 kN/m² ve su muhtevası %5 olan homojen kumlar
Yukarıda belirtilen zemin tiplerinde imalat yapılması için nihai kazı kotu yeraltı
su seviyesinin üstünde olmalıdır.
2.8 Zemin çivisi için uygun olmayan zeminler
Aşağıda belirtilen zemin tipleri ve koşullarda zemin çivisi yerine diğer sistemlerin
uygulanması güvenlik ve ekonomi açısından daha yararlıdır. [3]
SPT değeri 10’dan küçük olan veya rölatif sıkılığı %30’dan düşük olan gevşek
granüler zeminler. Bu tip zeminler makina vibrasyonlarına oldukça duyarlıdır.
Dane dağılımı uniform olmayan (uniformluk katsayısı 2’den az olan) granüler
kohezyonsuz zeminler
Nem miktarı çok fazla olan veya su cepleri ihtiva eden zeminler. Bu tip zeminler
kazı sırasında stabilite problemi yaratabilir.
Drenajsız kayma mukavemeti 50kN/m²’den düşük olan veya Likidite İndeksi
2’den küçük olan organik ve killi zeminler. Bu tip zeminlerde sünme etkisi
fazladır donatı-zemin adheransı oldukça düşüktür.
Şişen ve donma-çözülme direnci düşük olan zeminler.
Çok ayrışmış, boşluklu kayalar. Delgi ve enjeksiyonlarda zorluklar
yaşanacağından zemin çivili duvar ekonomik olma özelliğini kaybeder.
9
Yapısal düzensizlikleri fazla olan ve düzensizlikleri kazı tarafına eğimlenmiş
kayalar.
2.9 Ġmalat AĢamaları
Zemin çivili yapıların inşaatı diğer tekniklere göre çok daha kolaydır. Sahanın delgi
makinesi için hazırlanmasından başka hazırlık gerekmemektedir. Kazı işleminin
zemin yüzeyinden aşağıya doğru ilerlemesi ile yapı oluşturulmaya başlanır. Şekil
2.2’ de tipik bir zemin çivisi uygulaması aşama aşama görülmektedir. Zemin çivili
duvarların yapım aşamaları aşağıda belirtilen sıra ile ilerlemektedir. [6]
1. Kazı İşlemi
Zemin, ilk sıra çivinin uygulanacağı zemin kotundan daha düşük bir derinliğe kadar
kazılır. Kazı derinliği zemin türüne bağlı olarak 1,5 – 2 m arasında değişmektedir.
Bazı durumlarda en fazla 3 m derinliğe kadar kazma işlemi yapılabilir. Kendini
tutamayan zeminlerde, çivinin ve kaplamanın tesisi için gerekli süre boyunca geçici
bir destekleme yöntemine başvurulabilir. (Yüzey altı konsolidasyon enjeksiyonu
veya enjeksiyonlu mini kazıkların tesisi ile sözü geçen bu tip bir sorun
çözümlenebilir.) Kazma işlemi geleneksel ekipmanlarla yapılır, püskürtme beton
ihtiyacını minimuma indirmek amacıyla düzgün bir yüzey oluşturmak için özen
gösterilmelidir. Duvarlar inşa edilirken estetik açısından küçük eğimli olması
arzulanmaktadır. [6]
2. Delme İşlemi
Çivilerin yerleştirilecekleri delikler, önceden belirlenmiş yerlerde belirli uzunluk ve
eğimde zemin türüne uygun bir delme yöntemi kullanılarak açılır. Delme yöntemleri
kendini tutabilen zeminler için kaplamasız metodları (kuru hava basınçlı delgi
yöntemi kullanan döner veya döner darbeli metodlar), daha az stabil zeminler için ise
kaplamalı metodları (tek tüp ve hava veya su basınçlı çift dönmeli delgi metodları)
içermektedir. Delme metodu öncelikle zeminin cinsine, daha sonra ise müteahhidin
tercihine bağlıdır. Genel itibariyle burgu delikleri 15 – 30 cm arasında değişen
çaplardadır. Delikler, zeminin çökme eğilimine ve yeraltı suyunun varlığına bağlı
olarak kaplama borulu veya kaplama borusuz olarak teşkil edilirler. Delme işlemi
sonrası ortam çamurdan iyice temizlenmelidir. Temizlenmemesi durumunda çamur
ileri aşamada sürtünmenin gelişmesini engelleyecek ve mobilize olacak sürtünme
10
kuvvetini düşürecektir. Bölge hava ile temizlenirse zemin kırılmalarının olmaması
için hava hızı ve hacmi ılımlı, orta dereceli olmalıdır. Bu husus özellikle rezidüel
zeminlerde veya aşırı aşınmış kayaçlarda önemlidir. Kaplama borusuz deliklerin
temizlenmesi su ile yapıldığı takdirde, akabinde zeminin enjeksiyonlanması işlemi
esnasında oluşacak aderans gerilmeleri düşecektir. Delme ve temizleme işlemi
sonrasında çivi, merkezlendiricilerle ve deliğin sonuna kadar uzanacak bir
enjeksiyon hortumu ile delik içine sürülür. [6]
ġekil 2.2: Zemin Çivili Duvarların İnşaat Aşamaları [1]
11
3. Çivilerin Yerleştirilmesi ve Enjeksiyonlanması
Çivilerin tesisi, küçük bir titreşim darbeli hidrolik çekiç ile çelik çubukları zemine
sürmek sureti ile gerçekleştirilir. Eğer takviye elemanları yerinde enjeksiyonlanacak
ise kullanılacak ekipman delme ve enjeksiyonlama ünitelerinin her ikisini birden
üzerinde taşıyabilir. Sondaj deliği istenilen derinlikte açıldıktan sonra çiviler
merkezlendirici kullanılarak deliğe yerleştirilirler. Çivi uzunlukları duvar
yüksekliğinin yaklaşık %70 – 100’ ü ve çivi eğimleri ise enjeksiyon işlemini
kolaylaştırmak amacıyla yaklaşık olarak yatay ile 15º açı yapmaktadır. Şerbet
yerçekimi etkisiyle cazibeli olarak ya da gerekirse düşük bir basınç uygulamak
suretiyle pompalanarak çubuk etrafındaki halka şeklindeki boş ara yüzeye
doldurulur. Enjeksiyonlama işlemi delik içinde tabandan yukarıya doğru yapılır.
Delik temizlendikten sonra, delik içinde merkezinden kaçmasını önleyecek
merkezleyiciler kullanılarak çivi ve enjeksiyon hortumu yerleştirilir. Enjeksiyon
hortumunun ucu, çivi deliğinin dibine erişene dek kapalı tutulur. Deliğin dip
noktasında uç açılarak enjeksiyonlama işlemi başlatılır. Enjeksiyon deliği
doldurdukça hortum yukarı çekilir. Çivi etrafındaki gerekli şerbet çevrelemesi için
gerekli uygun minimum çap 10 cm’ dir. [6]
4. Drenaj Sisteminin Tesisi
Zemin çivisi tekniği diğer sistemlere oranla zemin suyunun durumu açısından daha
hassastır. Özellikle borulanma yoluyla zeminin kaybı ve kazı yüzeyinden akan suyun
etkisi ile yüzeyin erozyona uğraması gibi durumlara dikkat edilmelidir. Kazı
yüzeyinin drenajını sağlamak için püskürtme beton öncesinde çiviler arasına
geokompozit drenaj şeritleri yerleştirilir. Sızıntı basıncı ve sızıntı hacminin düşük
olduğu durumlarda kaplamanın arkasında bulunan drenaj malzemeleri suyun
kontrolünü sağlar. Buna karşılık sızıntı basıncı yüksekse sahadaki zemin suyu
seviyesi kazıdan önce düşürülerek kontrol altına alınmalıdır.
Geokompozit drenaj şeritleri düşey olarak uygun aralıklarla yerleştirilmeli ve kazı
ilerledikçe en alttaki kazı kademesinde bulunan son drenaja bağlanmalı veya
tabandaki tahliye deliğinden dışarı atılmalıdır. [6]
5. Kaplamanın Yapımı ve Plakaların Montajı
Hava basıncı ile uygulanan ıslak karışım metodları, daha az tecrübeli bir işçi ile
uygulanabildiği için tavsiye edilmektedir. Ayrıca bu şekilde donma-erime özellikleri
12
açısından daha iyi sonuç alabilecek şekilde su-çimento karışımı yakından kontrol
edilebilmekte, karışım malzemesi karışım içine kolayca ilave edilebilmektedir. Çok
tabakalı tasarımlarda, başlangıç püskürtme beton tabakası kalınlığı 6,5 – 10 cm
aralığında değişebilmektedir. Takviye ağı hasır çelik püskürtme beton işlemi
öncesinde 4-5 cm’lik bir kaplama kalınlığı olacak düzeyde itinalı bir şekilde
yerleştirilir. [6]
Püskürtme beton ile kaplama işlemini plakaların montajı takip etmektedir. Çivilere
dik olarak yerleştirilecek ve elle sıkılacak birer taşıyıcı tabaka, sistemin gevşekliğinin
kaldırılmasını sağlar. Üst kademede yer alan çiviler çalışma yüklerinin belirli
oranında sıkılmak suretiyle öngerilebilirler.
6. Yukarıda sıralanan işlemler sonraki kazı kademelerinde istenilen derinliğe
ulaşıncaya kadar tekrarlanır.
7. Duvar yapımının tamamlanmasının ardından prefabrike veya yerinde dökme
kaplama işlemi yapılır.
Genellikle drenaj sisteminin tesisi ve kazı yükünün püskürtme beton ile kaplanması
işlemleri (4. ve 5. adımlar) çivilerin yerleştirilmesi işlemini (3. adım) takip eder. Bu
sıralama özellikle marjinal stabiliteye sahip kazı aynalarında önerilmektedir. [6]
2.10 Ġmalat Malzemeleri
2.10.1 Çiviler
Güncel kullanılan, çelik takviye içerenler şu şekilde sınıflandırılabilirler [2]:
a) Çakma çiviler
b) Enjeksiyonlu çiviler
c) Fışkırtma (jet) enjeksiyonlu çiviler
d) Korozyon tehlikesine karşı kapsüllü çiviler
a) Çakma Çiviler
Çakma çiviler geçici süreli takviye işleri için uygundurlar. Çakma rijiditesini
arttırmak için 22 ile 32 mm çapındaki delik çubuklardan oluşurlar. Homojen
kompozit desteklenmiş zemin kütlesinin oluşturulmasına yönelik, sık aralıklarla her
m² de adetçe 2 ile 4 tane olacak şekilde tesis edilir.
13
Çiviler, havalı darbe-titreşimli veya hidrolik çekiçlerle zemine çakılırlar. Bu tesis
tekniği hızlı ve ekonomiktir; çünkü saatte 3 ile 5 çivinin zemine tesisini mümkün
kılar. Fakat yöntem uzunluk açısından çivi boyutunu kısıtlar. Öncelikle tesis için
kullanılan alet, çivi uzunluğu için sınırlayıcı kendi kriterini ortaya koyar. Dahası
bloklardan, kaba danelerden ve ayrışmış kayaçlardan yoksun zeminler, çivi
uzunluğunu kati sınırlarlar. [2]
b) Enjeksiyonlu çiviler
Şerbetlenmiş çivilerin hem kalıcı hem de geçici süreli yapım faaliyetlerinde
kullanılması en önemli üstünlüğüdür. Zemin içine açılmış sondaj delikleri içinde
imal edilirler. Sözkonusu sondaj delikleri sırası ile, karotla sondaj, rotari sondaj,
darbeli sondaj, burgulu sondaj veya çakma kaplama borusu yöntemleri ile açılırlar.
Enjeksiyon işlemi, sondaj deliği tabanında düşük bir basınç değeri eşliğinde veya
yerçekiminin etkisi ile gerçekleştirilir. Çiviler arası mesafeler, merkezler üzerinden,
genişçe, genellikle 1,2’den 1,8 metreye kadar olacak şekilde tatbik edilir. [2]
c) Jet enjeksiyonlu çiviler
Bir çelik çivi ile şerbetlenmiş zeminden oluşan ve birlikte (eşzamanlı) tesis edilen
yapılardır. Geçici süreli uygulamalarda kullanılmaktadırlar. Eğer korozyon koruması
gerekliliği düşük mertebelerde ise, sürekli uygulamalarda da kullanılabilirler. Çiviler
titreşimli darbe sürücüsü kullanılarak, yüksek frekans (70 hz’ye kadar) ve yüksek
enjeksiyon basınç değeri altında (>2000 psi) zemine tesis edilirler. Teknikte
enjeksiyonlama işlemi çivinin içinde, çivi boyunca uzanan küçük çaplı bir kanal
yardımıyla ya da çiviye kaynaklanmış ince çelik bir tüp vasıtasıyla yapılır. Bu
işlemle uygulanan basınç çevre zeminde hidrolik kırılma yaratacak mertebededir.
Teknik, Avrupa patentlidir. [2]
Alternatif olarak, içi boş, oyuk çubuklar içeren çeşitli çivilerle birlikte uygulamada
düşük basınç değerleri (<200 psi) kullanılabilmektedir. Bu içi oyuk çubuklar
başlangıçta delme sisteminin bir parçası olarak kullanılırlar.
Jet enjeksiyon tekniği, ek olarak çevre zeminin yeniden kompaksiyonu ve ıslahı için
bir araçtır. Özellikle tekniğin daneli zeminlerin kayma ve çekme direncini arttırdığı
bilinmektedir.
14
d) Kapsüllü korozyon korumalı çiviler
Kapsüllü çiviler, yüksek derecede korozyon korumasına ihtiyaç duyulan kalıcı
uygulamalarda kullanılırlar. Bu tür çivilerde çelik çubuk, enjeksiyon, plastik veya
çelik bir tüp aracılığıyla suya karşı korunmaktadır. Amerika’da takviye elemanlarını
korozyondan korumak amacıyla epoksi kaplamalı çivi geliştirilmiştir. Korozyon
korumalı bir çivinin şematik şekli Şekil 2.3’de görülmektedir. [6]
ġekil 2.3: Kapsüllü Korozyon Korumalı Çivi [6]
15
Zemin çivisi sisteminin direnci, sistemin çevresel etkilere ve yer altı suyunun
içeriğine gösterdiği dirence bağlıdır. Korozyon ilerlemesi genellikle uniformdur ve
yumuşak çeliğin zemin ile temasında çelik yüzeyinin büyük bölümünde meydana
gelmektedir. Bu nedenle, servis süresi ile ilgili esas parametre, korozyonun oranı ve
yüzeydeki metal kaybıdır. Çünkü çelik çubukların çekme dayanımı, kalınlıkları ile
orantılı olarak azalmaktadır. Yüksek mukavemetli çelik çubukların korozyonu,
çekme gerilmeleri altında kristallerin ara yüzeyinde gelişir, yüzeyden çeliğin içine
doğru ilerler. Bu tip korozyona daneler arası korozyon denir ve bu tür korozyonun
hızını tahmin etmek önceden zordur. [6]
Korozyona etki eden esas parametreler şunlardır;
Çevrenin kötü etkileri (organik zeminler, yüksek oranda sülfat, klorür ve
bikarbonat gibi çözülebilir tuzlar içeren asidik veya bazik zeminler, yüksek ısı
değişimleri)
Yer altı suyu bileşimi (asidik, bazik veya tuz solisyonu)
Yüksek oksijen konsantrasyonu (özellikle dolgu zeminlerde ve çivilerin
yakınındaki zemin yüzeyinde meydana gelir.)
Koruma kapsüllü çiviler geçici uygulamalar için de elverişlidir. Sürekli uygulamalar
için çivi boyunca en az 4 cm kalınlığında şerbetlenmiş kaplama yapılması tavsiye
edilmektedir. [6]
2.10.2 Kaplama
Kaplamanın fonksiyonları sırası ile takviyeler arasındaki lokal zeminin stabilitesini
sağlamak, kazı sonrası ani gerilme boşalımını, (basınç gerilmesinin azalması)
dolayısıyla ayrışmayı önlemek ve mevcut zemini erozyon ve aşınma etkilerine karşı
korumaktır. Kaplamanın tipi, tamamlanmış bir iş sonrasında tek görünebilir parça
kaplama olacağı için, yapının estetik görüntüsünü belirler. Uygulamaya bağlı olarak
şu sıralanan kaplama çeşitleri kullanılmaktadır [5]:
a) Kaynaklı çelik ağ kaplama
Hem geçici hem de kalıcı süreli uygulamalarda kullanılabilirler. Yüzeysel erozyon
olasılığının çok düşük olduğu, aşınmış kaya profillerinde veya çimentolanmış bloklu
zeminlerde kullanılabilirler. Sürekli uygulamalarda, ek olarak galvanizleme işlemi,
genel itibariyle gerekmektedir.
16
b) Şotkrit kaplama
Şotkrit kaplama hem geçici, hem de sürekli yapıların uygulanması aşamasında sıkça
kullanılmaktadır. Şotkrit ile kazı yüzeyindeki boşluk ve çatlaklar doldurulmak
suretiyle esnek (fleksıbıl) yüzey tabakası oluşturulur. Sürekli uygulamalarda ya bir
donatı kafesle ya da bir kaynaklı çelik ağ vasıtasıyla takviye edilirler. Başarılı bir
şotkrit tabakasının kalınlığı 5 ile 10 cm arasında değişmektedir.
Geçici uygulamalar hem kaynaklı çelik, hem de fiber takviye kullanılarak
yapılabilmektedir. Kaplama için şotkrit tabakası hem kuru hem de ıslak karışım
yöntemleri ile hazırlanabilmektedir. Kuru ve ıslak şotkrit karışım, rijit bir karışım
olarak (su çimento oranı yaklaşık 0,4 mertebesinde) aşağı yukarı benzer oranlarla
hazırlanırlar. Bununla beraber ıslak şotkrit karışım yönteminin bükülme dayanımı
biraz daha büyüktür. Şotkritin dayanıklılığı su çimento oranının yaklaşık 0,4
mertebesinde tutulması ve hava girişinin önlenmesi ile mümkün olabilmektedir ki bu
hususlar kuru karışım yöntemleri için oldukça zordur.
Islak karışım yöntemi daha nemli bir karışımın daha düşük hızlarda tabancadan
fırlatılması gerekliliği fikrini ortaya koymuştur. Bu durum genel itibari ile şotkrit
kalitesini, diğer yöntemlere nazaran daha önemle etkilemektedir. Yöntemlerin bir
karşılaştırılması Tablo 2.1 ile verilmiştir.
Tablo 2.1: Kuru ve Islak Karışım Yöntemlerinin Uygulama Özelliklerinin Kıyaslanması [5]
Kuru KarıĢım Islak KarıĢım
1. Karışımın suyu ve karışım kıvamı
borunun başında kontrol edilir.
1. Karışımın suyu tevzi aletinde
kontrol edilir ve hatasız ölçülür.
2. Poroz taşı ve agrega içeren
karışımlar için uygundur.
2. Karışım suyunun diğer bileşenlerle
karışımı daha iyi gözlenebilir. Sonuçta
daha az ayrışma ve atık oluşur.
3. Daha uzun hortum boyu gereklidir. 3. Tabanca ile fırlatma esnasında daha
az tozun etrafa saçılması sağlanır.
Çelik lif takviyesi ile ıslak şotkrit karışımında daha sünek, daha pek ve darbelere
karşı daha dirençli bir malzeme üretebilir. Liflerin varlığı kırılma eğilimini azaltırken
basınç dayanımına karşı çok az bir katkı sağlamaktadır. Bükülebilme dayanımına
etkisi ise yine çok az arttırıcı yöndedir.
17
c) Prefabrike Beton Kaplama
Prefabrike beton kaplaması estetik, çevresel ve durabilite kriterleri gibi çeşitli
öğelerinin iş bitiminde sergilenmesinin bir sonucu olarak sürekli uygulamalarda
kullanılırlar. Ayrıca kaplama arkasında sürekli bir drenaj örtüsü imkanını
sağlayabilirler. Prefabrike paneller çivilere veya çivi başlarına çeşitli tertiplerle
bağlanabilirler. Avrupa’da birleştirme, her büyük prefabrike paneli, köşesinden
tepesi kesik, araya sokulup sıkıştırılmış başlarla, her çivinin bitişik paneline
bağlamak suretiyle yapılır. Alternatif olarak çiviler, düşey prefabrike veya yerinde
dökme kolonlara ve kolonlar arası panellere, hatta asker kazıklara veya parça duvarın
içine sokulmuş ahşap latalara bağlanırlar. Bu bağlantı detaylarına çivilerin
yerleştirilmesi esnasında özel bir dikkat gösterilmeli ve titizliği sağlamak amacıyla
tam ölçüsünde metal parçalar kullanılmalıdır. [5]
Amerika’da prefabrike beton paneller dar ve uzun yatay (panellerin üzerinde yerinde
dökülmüş) yivlerin aralarına yerleştirilmiş çivilerin, başlarını bağlayan çubuklara
bağlanırlar. Bu yivler yatay toleranslara müsade ederler. Düşey toleranslar ise çivi
başlarına bağlı düşey bağlantı yivleri ile elde edilirler. Birçok projede başarıyla imal
edilmelerinin yanısıra, bu birleşim detayları sıraların zayıf olduğu durumlarda
eğilmeye karşı eğilimlidir. Ayrıca korozyon tehlikesine karşı korunmalıdırlar.
d) Yerinde kalıba döküm betonarme kaplama
Yerinde dökme kaplamalar sürekli uygulamalarda kullanılırlar. Çivi başlarının
betona bağlanması genel itibariyle çivilerin uzatılmaları ve ek bir plakaya civatalama
suretiyle, ihtiyaç ankrajlamanın beton içinde sağlanmasıyla oluşturulur. [5]
2.11 Uygulama Kriteri
Zemin çivilemesi yöntemi klasik yerinde beton dökme, prefabrike ve mekanik
stabilize yapılar gibi, klasik, geçici veya sürekli destek sistemlerinin, özellikle
ankrajlı duvarların söz konusu olduğu tasarımlarda tavsiye edilirler. Yöntem ile çok
yönlü destekleme olanakları sözkonusudur. [6]
1) Kazı Destekleme Yapıları :
Zemin çivisi yöntemi ankrajlı destekleme sistemlerinin sahip olduğu tüm avantajlara
sahiptir. Otoyolların güzergahları boyunca kazıların desteklenmesi veya
18
stabilizasyonu için geçici veya kalıcı yapılarda ve özellikle tünel ağızlarının
stabilitesinde görülen avantajlar aşağıdaki şekilde özetlenebilir [6]:
Geçici bir kazı sisteminin stabilizasyon amaçlı kalıcı bir yapıya dahil edilmesinde
kullanılırlar.
Kazı miktarının ve kazma işlemi sırasında kayaç ayrışmasının azalması sağlanır.
Kullanılan beton miktarının azalması sağlanır.
Destekleme işlemi için derin temel gereksinimi ortadan kaldırırlar.
Potansiyel kamulaştırma sınırını azaltarak ekonomi sağlarlar.
Ankrajlı sistemlerdeki dezavantajlar da göz önüne alınmalıdır:
Ankrajlı sistemlerdeki kadar geniş çaplı olmamasına karşı zemin çivisi
tekniğinde de alt yapı irtifak hakkı almak gereklidir.
Yumuşak kohezyonlu zeminlerde veya sünmeye duyarlı kohezyonlu zeminlere
genellikle bu teknik uygulanmaz veya uygulansa da ekonomik olmaz.
Zemin suyunun kontrolü bazen zor olabilmektedir.
Zemin çivisi uygulanmış yapı alanı çevresinde kamulaştırma ile kullanım
olanakları sınırlanmaktadır.
Yöntemin, Kuzey Amerika’ da ve Avrupa’ da uygulanan otoyol projeleri ile birlikte,
yukarıda bahsedilen avantajların yanında o derece önemli olmayan şu kolaylıkları da
gözlenmiştir:
Dik veya dike yakın kazılarda hem kazılan zemin hem de ayrışmış kaya miktarını
azaltır. Dolayısıyla daha küçük çapta bir çalışma alanını gerekli kılarak, çevresel
ulaşım koridorunu asgari şekilde etkilemektedir.
Tünel ağızları genellikle tabakalaşmanın çok yoğun ve değişken olduğu
ortamlarda yer alır, bu nedenle toprak kaymasının gelişimi söz konusu
olabilmektedir. Zemin çivisi yöntemi birçok projede tünel ağızlarının başarıyla
stabilize edilmesinde kullanılmaktadır.
Köprü ayaklarının desteklenmesinde ankrajlarla birlikte yukarıdan aşağıya doğru
yapılacak kazı işlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kapsamda taşıyıcı
19
kazık imalatına gerek bırakmadan tercihen geçici ve sürekli olarak zeminin
desteklenmesini sağlamaktadırlar.
2) Mevcut Yapıların Onarılması ve Yeniden Yapılandırılması :
Zemin çivisi, mevcut destekleme yapılarının stabilizasyonunda ve
güçlendirilmesinde uygulanabilir. Bu kapsamda onarılacak veya yeniden
yapılandırılacak proje tipleri aşağıdaki şekilde sayılabilir:
Aşırı dönme veya ötelenme sonucu çökmesi olası olan veya çökmüş, yığma veya
betonarme yapılar.
Aşırı yükleme veya ankraj tendonlarının paslanması neticesinde göçmüş ankrajlı
duvarlar.
Striplerin korozyonu veya zayıf kalitedeki duvar arkası dolgu nedeniyle takviye
gerektiren donatılı zemin duvarlar.
3) Şev Stabilizasyonu :
Şevlerin kısmen yatay veya dikey takviyelerin kullanımı ile stabilizasyonu dayanma
yapıları için geliştirilen bazı kavramların uzantısıdır. Fakat bu uygulama için dizayn
felsefesi oldukça farklıdır. Şevlerin stabilizasyonu başlığı altında farklı yaklaşımlar
gerektiren iki ayrı durum değerlendirilmelidir. Bunlardan birincisi, herhangi bir
ötelenmenin ilk etapta gözlenmediği, ancak potansiyel kayma yüzeyi boyunca
güvenlik faktörünün beklenenin aksine çok düşük olduğu ve sonuçta kayma
dayanımının kolaylıkla mobilize olabileceği potansiyel tehlike arz eden şevlerdir.
İkincisi ise, birinci tip şevlerin aksine zeminin akması neticesinde beklenenin
üzerinde ötelenmenin gözlendiği şevlerdir. [6]
a) Potansiyel Stabil Olmayan Şevlerin Stabilizasyonu
Stabil olmayan şevlerde takviyeler hareketli bölge boyunca genellikle uniform
yoğunlukta yerleştirilirler. Ahşap, beton kaplamalı çelik kazıklar, mini kazıklar ve
çakma çiviler dahil olmak üzere çok çeşitli takviyeler kullanılmaktadır.
Çivilerdeki kesme kuvveti ve eğilme momenti kapasitesini mobilize etmek için
gerekli olan zemin deplasmanı öncelikle takviyelerin rijitliğine bağlıdır. Bu nedenle
analizde kullanılan prosedür sırasıyla iki hususu göz önünde bulundurmaktadır [6]:
20
Şevin deplasman seyrinde bir devamsızlık elemanı olarak davranan ve rijit bir
perde oluşturan, rijit, geniş çaplı beton, ahşap veya betonla çevrili çelik kazıklar
genellikle şevin topuğuna bir veya iki sıra halinde tesis edilirler.
Potansiyel kayma bölgesinin homojen takviyesini sağlamak amacıyla esnek,
küçük çaplı çelik elemanlar (örneğin çelik tüpler veya çubuklar) birbirine yakın
aralıklarla, açılmış olan sondaj deliklerinin içine enjeksiyonlanarak zemine tesis
edilirler.
b) Sünme Potansiyeline Sahip Şevlerin Stabilizasyonu
Sünme özelliğine sahip şevlerde çözüm elde etmek için NCHRP-290 üç analitik
yaklaşım tanımlamaktadır. Statik olmayan yaklaşım, şevin kayma hızını azaltmak
amacıyla takviye elemanında müsaade edilebilir eğilme momentinin
mobilizasyonunu göz önünde bulundurarak, optimum dizayn (kapsama ve kapsama
geometrisi arasındaki mesafe) elde edecek yöntembilim sağlamaktadır. Elemanlarda
önemli eğilme momenti kapasitesi gerektiren çözümler, genellikle zemin çivisi
tekniğinden ziyade kazık veya kolonların uygulanması ile elde edilir. [6]
2.12 Maliyet Analizi
Zemin çivili yapıların maliyeti, zemin cinsi, şantiyenin ulaşım koşulları,
oluşturulacak duvarın boyutları, kaplamanın çeşidi, korozyondan korunma seviyesi,
uygulamanın geçici veya kalıcı olması ve müteahhit şirketin bu tür uygulamalardaki
uzmanlığı gibi birçok faktörün fonksiyonudur. Avrupa’ da zemin çivisi uygulamaları
benzer sistemlerle karşılaştırıldığında % 20 daha ekonomik olduğu kaydedilmiştir.
A.B.D’ de ise otoyollarda uygulanan projelerden elde edilen bilgilere göre eğer
zemin çivisi, yapımına uygun bir zeminde tesis edilirse, öngermeli ankrajlara ve
yerinde imal edilen iksa sistemlerine oranla %10-30 arasında daha kazançlı bir
sistem olduğu tespit edilmiştir [1].
Kalıcı sistemlerin maliyetinde en önemli unsur duvar kaplamasıdır. 15-20 cm
kalınlığındaki bir püskürtme beton kaplamasının maliyeti, toplam maliyetin
minimum üçte birini oluşturmaktadır. Geçici bir püskürtme beton tabakasının üzerine
ilave olarak yapılacak yerinde dökme veya prefabrik beton kaplama ise, toplam
maliyetin %40-50’sini oluşturmaktadır.
21
Zemin çivili duvarların Amerikan Karayolları projeleri ihale tecrübelerine dayanarak
bugünkü tipik maliyeti aşağıdaki şekildedir [1]:
Geçici duvarlar: $200 - $300 / m²
Kalıcı duvarlar :
- Otoyol Şev Kazıları $300 - $400 / m²
- Mevcut Köprülerde Kenarayaklar $400 - $600 / m²
Altındaki Şev Kazıları
Maliyetler, duvar yüzey alanının metrekaresi başına $ cinsinden verilmiştir. Proje
maliyetinin yukarıda belirtilen tipik maliyetlere göre yüksek olması küçük proje
alanı, çok zor zemin koşulları, zor ulaşım, uzak alan veya kalabalık yerleşim
bölgeleri, sınırlı ihale rekabeti gibi faktörlere bağlıdır.
22
3. ARAZĠ ĠNCELEMELERĠ VE DENEYLER
3.1 Zeminin Tanımlanması
Zemin çivisi sisteminin ekonomik ve güvenilir olarak tasarlanabilmesi için mevcut
arazinin fiziksel özelliklerinin, zeminin tabakalaşmasının, zemin suyunun
durumunun ve zemin-kaya ortamının özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir. Zemin
araştırmaları sadece zemin çivili duvar yüzeyinin yerini değil, çivilerin bölgesini de
tespit etmelidir. Bu incelemeler çivilerin tesis edileceği zeminin türünü, dayanımını
ve korozif potansiyelini belirler. Zemin koşulları ve buna bağlı riskler çok çeşitli
olabileceği için her proje için tek tek ele alınmalıdır. Rasyonel bir zemin araştırma
programı esas olarak sahanın jeolojisinin incelenmesi, arazi keşfi ve araştırmaları ile
laboratuvar deneylerinden oluşmaktadır. Bir safhadan elde edilen bilgi bir sonraki
aşamada yapılacak işin kapsamını belirlemek için kullanılmaktadır. Araştırmanın
amacı, emniyetli ve ekonomik tasarım ve inşaat için zemin kütlesi hakkında yeterli
bilgi sağlamaktadır [1].
Zemin çivili duvarların temel dizayn prensipleri yeterli stabilite, dayanıklılık ve
sınırlı duvar deplasmanlarıdır. Zemin çivili duvar tasarımı ve inşaatında en kritik
safha sözü edilen aşamalara bilgi sağlayan arazi araştırmalarıdır. Ayrıca, tüm önemli
dayanma yapılarında olduğu gibi zemin çivili duvarların da tasarımı, sadece üstün
nitelikli ve deneyimli geoteknik ve yapı mühendisleri tarafından
gerçekleştirilmelidir. Zemin çivili sistem için tavsiye edilen arazi inceleme aşamaları
aşağıdaki şekildedir [1].
3.1.1 Jeolojik Ön Ġnceleme
Arazi etütlerine başlamadan önce, mevcut arazinin jeolojik özellikleri ve zemin suyu
hakkında bilgi toplanmalıdır. Bu bilgi jeolojik haritalar, havadan çekilmiş
fotoğraflar, etüdler ve proje sahasında daha önceden yapılmış arazi incelemeleri ile
önceden hazırlanmış jeolojik ve geoteknik raporlardan elde edilebilir [1].
23
3.1.2 Arazi KeĢif ÇalıĢmaları
Zemin çivili yapılar için yapılan arazi keşif çalışmaları ankrajlı sistemler için yapılan
çalışmalarla büyük ölçüde benzerlik göstermektedir. Bu çalışmanın ana hatları
aşağıdaki şekilde sıralanabilir [5]:
Topoğrafik enkesitler için sınırlar ve aralıklar seçilir. Tavsiye edilen enkesit
aralığı yaklaşık 15 m’dir.
Keşif ve imalat için kullanılacak ekipmanın şantiyeye ne şekilde ulaştırılacağı
saptanır.
Drenaj sisteminin ne şekilde oluşturulacağını belirlemek için bitki örtüsü ve
sızma suyu özellikleri saptanır. Mevcut drenaj yapılarının korozyon etkisi ve
gerekli korozyon sınırları tespit edilir.
Ara yüzey tabakalaşmasını anlamak için kazı alanı civarında çıplak gözle
belirlenebilecek jeolojik özellikler tanımlanır.
Zemin çivisi uygulanacak bölge içerisinde mevcut ise, yer altı tesislerinin olası
yeri ve bunlardan ötürü doğabilecek etkiler belirlenir.
3.1.3 Zemin Etüdü
Zemin etüdü, zemin çivisi sisteminin uygulanacağı bölgelerde stabilite analizlerinin
yapılabileceği enkesitler oluşturmak, çivilerin kapasitesini tahmin etmek ve etkili bir
drenaj sistemi tasarlayabilmek için yapılır. Şekil 3.1’ de zemin araştırmasına yönelik
bir yaklaşım görülmektedir. Genel olarak izlenmesi tavsiye edilen etüd programı
aşağıdaki şekildedir [5].
1) Yapı boyunca 30 m aralıklarla sondaj yapılmalıdır. Ayrıca, duvarın arkasında
duvar yüksekliğinin 1,0-1,5 katı kadar yatay uzaklıkta 45 m aralıklarla ek sondajlar
uygulanmalıdır.
2) Sondaj derinliği için, temel kotundan itibaren 3-5 m veya daha sığ ise kaya
zeminin kotu yeterli olacaktır. Eğer temel zemini, çivilerin tesis edileceği zemine
göre daha zayıf bir zemin ise sondaj derinliği arttırılabilir. Kaya profilini saptamak
için en az 3 m karot alınması gerekmektedir.
3) Granüler zeminlerde 1.5 m aralıklarla standart penetrasyon deneylerinin sonuçları
alınmalı ve minimum değer elde edilmelidir. Kohezyonlu zeminler için ise
24
örselenmemiş tüp numuneler alınmalı ve arazi dayanım deneyleri yapılmalıdır. Statik
yer altı su seviyenin gözlenmesi ve bununla ilgili uzun süreli kayıtların elde edilmesi,
bir başka önemli husustur.
ġekil 3.1: Zemin Çivili Duvarlar İçin Arazi Etüdleri [5]
Ek olarak, çıplak kazı yüzünün kendini ne kadar tutabileceğini anlayabilmek için test
kuyuları veya test kazıları gerekebilmektedir. Artan derinlikle beraber yer altı
suyunun etkisini anlamak için sondaj deliği içine piyezometreler yerleştirilerek yer
altı suyu gözlenebilmektedir.
3.1.4 Deneyler
Deney programının ana amacı, zemin çivisi uygulanacak zeminin birim hacim
ağırlığı, içsel sürtünme açısı, kohezyon ve adezyonu (sıyrılma direnci), su muhtevası,
Atterberg limitleri ve dane dağılımı hakkında güvenilir bir sonuç elde etmektir. Bu
25
şekilde zemin çivisi sisteminin destekleme sistemi olarak uygunluğu ve zeminin
metalik tesisata karşı duyarlılığı saptanmaktadır. Daha kapsamlı bir tetkik için
aşağıda bahsedilen ayrıntılar göz önünde bulundurulmalıdır. [5]
Daneli zeminlerde standart penetrasyon deneyleri ve dane çapı dağılımı,
sürtünme açısını saptayabilmek için gerekmektedir.
Kohezyonlu zeminlerde sürtünme ve kohezyon özellikleri açısından deneyler
örselenmemiş numuneler üzerinde yapılmalıdır. Çivi davranışının analizi için üç
eksenli basınç deneyi ile efektif sürtünme ve kohezyon dayanımı (c’, Φ’)
araştırılır. Nihai sürtünme sınırı (F1)’ in elde edilebilmesi için drenajsız kayma
dayanımına yönelik deneyler yapılır. Fisürlü zeminlerde, zamana bağlı olarak
kohezyon değerindeki düşmeler önemlidir ve göz önünde bulundurulmalıdır.
Presiyometre veya koni penetrometre deneyleri alternatif veya alt deneyler olarak
nitelendirilmektedir. Özellikle basınçmetre deneyi, yanal zemin reaksiyonu
modülünün tespiti ve aynı zamanda nihai sürtünme limit değeri (F1) aralığının
saptanabilmesi için önemlidir.
Yumuşak kayalarda karot numuneler fisürler, çatlaklar, süreksizlikler ve dayanım
hakkında fikir sahibi olmak için incelenmektedir. Karot numune üzerinde
yapılacak iki eksenli basınç deneyi yumuşak kaya profilinin dayanımı hakkında
bilgi vermektedir.
Tablo 3.1: Zeminin Kötü Etkilerinin Belirlenmesi İçin Yapılan Deneyler ve Kritik Değerler
Değer
Yapılan Deney Kritik Değerler
Direnç ASTM G 57,
AASHTO T-288 < 2,000 ohm / cm
PH ASTM G 51,
AASHTO T-289 < 5
Sülfat ASTM D516M,
ASTM D4327 > 200 ppm
Klorür
ASTM D512,
ASTM D4327,
AASHTOT-291
> 100 ppm
26
Numuneler üzerinde korozyon potansiyelini saptamak için deneyler yapılmalıdır.
Korozyona hassas bir zemin veya kaya ortam söz konusu ise yapılabilecek özel
deneyler ve bu deneyler için kritik değerler Tablo 3.1’ de gösterilmektedir.
3.1.5 Son Fizibilite Değerlendirmesi
Başarılı bir tasarım belirlemek amacıyla, arazi araştırmalarının ve yapılan deneylerin
sonuçları temel alınarak son fizibilite değerlendirmesi yapılır. Bu analizin geoteknik
elemanları aşağıdaki şekilde sıralanabilir [5]:
1) Zemin Cinsi:
Zemin ankrajları ile ilgili tecrübeler, konuyla ilgili değerlendirmelerin temelini
oluşturmaktadır. Bu çerçevede, zemin çivisi yöntemi aşağıdaki zemin türleri için
uygun değildir.
Organik madde içeren ve düşük dayanımlı zeminler
Köz, kül ve çöp dolguları
Moloz dolgular veya endüstriyel atıklar
Asit içerikli atıklar
Likit limiti (LL) > 50 ve plastisite indeksi (PI) > 20 olan kohezyonlu zeminler
akma duyarlılıkları açısından dikkatle değerlendirilmelidirler. Ankraj
uygulamalarından elde edilen tecrübelere dayanarak, kıvam indeksi (Ic) < 0,9
olan zeminlerin akmaya duyarlı oldukları söylenebilir. Bu tür zeminler akma
potansiyeli iyice incelenmeden, uzun süreli olarak zemin çivileri ile
desteklenebilecek yapılar olarak kabul edilememektedir.
Kıvam indeksi Ic aşağıdaki şekilde saptanır.
Ic = pWW
WW
1
1 (3.1)
Burada W1, likit limit; W, su muhtevası ve Wp ise plastik limiti göstermektedir.
Uniformluk katsayısı D60 / D10 < 2 olan kohezyonsuz zeminler çok sıkı zemin
olarak kabul edilmiyorlarsa zemin çivisi için uygun değildir. Ancak kazı yüzünün
27
stabilitesi kazıdan önce, enjeksiyonlama veya diyafram duvar uygulaması ile
sağlandığı taktirde zemin çivili duvarlar teşkil edilebilmektedir.
2) Zemin Dayanımı:
Kohezyonsuz zeminlerde, zemin gevşek ( N< 10) ise, henüz kesinleşmemiş bir
nedenle zemin ankrajı uygulanamamaktadır. Bu durum zemin çivisi için de
geçerlidir. Benzer durum, kohezyonlu zeminlerde sınırlandırılmış basınç
dayanımının 50 KPa’dan küçük olması hali için de geçerli olmaktadır.
3) Yapı Performansı:
Yatay deplasmanların büyüklüğü 1,5 H / 1000 değerini aşıyor ise, özel tasarım ve
yapım yöntemleri kullanılmadan, zemin çivisi uygulanmamalıdır. Uygulanması
durumunda ise çevre yapılarda karşılaşılabilecek sorunlar göz önüne alınmalıdır.
3.2 Çivinin Sıyrılma Kapasitesi
Nihai sıyrılma direnimi (sürtünme limiti F1) her çivi için, çivi boyutlarının ve
enjeksiyon deliğinin enjeksiyon işlemi öncesi temizlenme metodunun veya
kullanılıyorsa enjeksiyon basıncının bir fonksiyonudur. Bütün bu hususlar anlamlı
bir teorik bağıntı ile açıklanamamasına rağmen ankrajlar için geçerlidir ve ankraj
kapasitesini belirler. Aynı durum zemin çivileri için de sözkonusudur. [2]
3.2.1 Kaya Zemin Ortamında Sıyrılma Kapasitesi
Tablo 3.2: Kaya Zeminler İçin Nihai Aderans Gerilmesi [1]
Ġmalat Metodu Kaya Tipi
Nihai Aderans
Gerilmesi (F1)
(kN/m²)
Rotarili Delgi Marn / Kireçtaşı 300-400
Filit 100-300
Tebeşir Taşı 500-600
Yumuşak dolomit 400-600
Fissürlü dolomit 600-1000
Ayrışmış kumtaşı 200-300
Ayrışmış şeyl 100-150
Ayrışmış şist 100-175
Bazalt 500-600
28
Enjeksiyon işleminin tüm delik boyunca tremi ile yapılması sonucunda nihai kapasite
aşağıdaki bağıntı yardımıyla tahmin edilir [2];
P = π D L F1 (3.2)
Burada F1, enjeksiyon ile kaya ortamı arasında kalan ara yüzeydeki bağ kuvveti veya
çevre sürtünmesidir. Bağıntıda F1, pasif kaya kütlesi için iki eksenli basınç
dayanımının %10’u olarak (4100 KPa değerini geçmemek kaydıyla) alınır.
Halihazırda varolan literatür ve arazi çalışmaları neticesinde, kuru kaya zemin ortamı
için kabul edilebilecek zemin F1 değerini içeren değerler Tablo 3.2 ile sunulmuştur.
3.2.2 Kohezyonsuz Zemin Ortamında Sıyrılma Kapasitesi
Çeşitli ampirik bağlantılarla ankraj dayanımının belirlenmesine yönelik sınırlı da olsa
bir ortak görüş belirmiş ve tartışılmaya sunulmuştur. Bununla beraber müteahhitin
imalat metodunun, enjeksiyonlu çivi uzunluğunun ve daha da önemlisi enjeksiyon
basıncının kapasiteyi etkilediği düşünülmektedir. Bütün sözü geçen hususlar zemin
çivileri için de geçerlidir. [4,6,7]
3.2.2.1 Çakma Çiviler
Laboratuar ölçekli araştırmalar tesis metodu ve zemin parametrelerinin bir
fonksiyonu olarak enjeksiyonsuz çivilerin mobilize olmuş aderansını değerlendirme
imkanını ortaya koymuştur. Sıyrılma verileri, maksimum kayma gerilmesi, τmax’ın
toplam jeolojik yüke oranı olarak tanımlanan sürtünme katsayısı f* ile
değerlendirilmiştir. [2]
f* =
V
max (3.3)
Sonuç olarak değişik imalat yöntemlerinin kapasiteyi açıkça etkilediği gözlenmiştir.
Sınırlı kalsa bile elde edilen çekme deneyleri sonucunda 0 ve 20 derece eğime sahip
çiviler eşdeğer gerilme değerleri almıştır. Netice olarak tasarım için çakma çivilerde,
jeolojik yükün tanυ katına eşdeğer nihai sürtünme değeri alınması laboratuar
bulgularıyla belirlenmiş ve anlamlı bulunmuştur [7]. Küçük jeolojik yük değerleri
için hacim değişiklikleri, tanυ değerini 2 olacak şekle kadar yükseltmektedir. Buna
rağmen kullanım açısından 1,5 değeri uygun olmaktadır.
29
3.2.2.2 Enjeksiyonlu Çiviler
Kaplama borusu içinde uygulanacak bir tremi enjeksiyonunda kapasite, delik
geometrisinin ve doğal zeminin dayanımının bir fonksiyonu olacaktır. Bu durumda
çivi boyunca uniform bir aderans kabulü ile nihai kapasite, verilen şu bağıntıyla
hesaplanabilir [2];
P = A σv f* (3.4)
Bağıntıda yer alan P nihai kapasiteyi, σv çivinin ortasındaki toplam jeolojik yükü, f*
sürtünme katsayısını, A ise enjeksiyonlanmış delik çapını göstermektedir.
Sürtünme katsayısı delme metodunun, test edilen çivi uzunluğunun bir fonksiyonu
olarak kesin nümerik değişimler göstermekle birlikte küçük jeolojik yük
mertebelerinde zemin içindeki hacimsel değişimlerden de etkilenmektedir. Sözü
geçen durum için sürtünme katsayısı değeri, 6 m derinliğe kadar 2 ile 4 aralığında,
daha büyük jeolojik yüklerde ise 1,5 ile 3 aralığında kalmaktadır. 350 KPa’dan daha
küçük enjeksiyon basıncı değerlerinde katsayı belirgin bir şekilde 1,5 ile 2 değer
aralığı oranında yükselmektedir. Durum enjeksiyon malzemesinin delik çeperini
aşarak daneli zemin ortamına nüfusu ile açıklanabilir.
Literatürde Denklem 3.4 için sürtünme katsayısı yerine başka ampirik faktörleri
kapsayan birçok değişken mevcuttur. Bu faktörler zeminin permeabilitesini, birim
hacim ağırlığı, dane boyutu, efektif enjeksiyon basıncı, enjeksiyon boyu, delme
metodu ve benzeri özelliklerle ilişkilendirilmiştir. Bununla beraber bütün bu
metodlar doğadaki gerçek durumu analiz etmekte zayıf kalmaktadır. Bunun nedeni
ise metodların değişken tabakalaşmaya, enjeksiyon deliği delme işlemine ve
enjeksiyonlama işlerindeki belirsizliklere karşı çok duyarlı olmalarıdır. [2]
Çoğu zaman kumlarda ve daneli zeminlerde açılan enjeksiyon delikleri uzun süreli
baki kalamaz. Bu durumda kaplama borusu zemine sürülürken düşük enjeksiyon
basıncı, destekleme amacı ile uygulanır. Özellikle hidrolik iletkenliği 10-2
cm/sn’den
düşük olan ortamlara nüfus eden enjeksiyonun, hesabı çok zor olan enjeksiyon alan
çevresinin belirlenmesini kolaylaştırarak, kapasiteyi etkin şekilde arttırdığı
belirlenmiştir.
Büyük ölçüde sıyrılma direnimi enjeksiyon basıncına dayanmaktadır ve şu şekilde
ifade edilebilir [2];
30
P = A tanυ Pe a (3.5)
Denklemde Pe efektif enjeksiyon basıncını, υ içsel sürtünme açısını ve “a” da
boyutsuz ampirik bir katsayıyı (<1 olmak üzere) göstermektedir. Pratik
uygulamalarda P genel itibariyle 350 KPa’dan az olmak üzere sınırlandırılmıştır.
Gerçek enjeksiyon basıncının, açık-sonlu bir enjeksiyon deliğinde belirlenmesi zor
olacağı düşüncesi tanımlanan “a” katsayısına yansır. Dolayısıyla ne Denklem 3.4 ne
Denklem 3.5 ne de benzeri bir yaklaşım önerilmez. Esas olan imalat öncesi arazide
bir ön fizibilite değerlendirmesidir.
Kuru kohezyonsuz zeminlerde tremi veya düşük basınç değeri altında aşağıdaki
Tablo 3.3 ile sınırlanan nihai sürtünme (aderans gerilmesi) aralıkları literatürde
değerlendirmeye sunulmuştur [1].
Tablo 3.3: Kohezyonsuz Zeminler İçin Nihai Aderans Gerilmesi [1]
Ġmalat Metodu Zemin Tipi
Nihai Aderans
Gerilmesi
(kN/m²)
Açık Delgi Plastik olmayan silt 20-30
Orta sıkı kum ve siltli kum/kumlu silt 50-75
Sıkı silt kum ve çakıllı kum 80-100
Çok sıkı siltli kum ve çakıl 120-240
Lös 25-75
3.2.3 Kohezyonlu Zemin Ortamında Sıyrılma Kapasitesi
Ankraj uygulamaları neticesinde boyunca bir şaft içinde tremi metodu ile
enjeksiyonlama sonucunda nihai kapasite şu şekilde belirlenebilir [2];
P = π D la Г Cu (3.6)
Burada P nihai çivi kapasitesini belirtirken D, la, Г, Cu sırası ile delik çapını,
enjeksiyonlanan çivi uzunluğunu, adezyon faktörünü ve ortalama drenajsız kayma
dayanımını (kohezyon katsayısı) niteler.
Kil zeminler için adezyon faktörü 0,25 ile 0,75 değerleri aralığında değişmektedir.
Sert ve katı killer için sözkonusu değerler düşer. Burgulu sondajla açılan deliklerde,
deliğin temizlenmesi sırasında gösterilecek özene bağımlı olarak, adezyon
faktörünün verilen aralığa kıyasla daha da düşebileceği gerçeği değerlendirilmelidir.
31
Kumlu ve siltli zeminlerde ise adezyon faktörü büyüyecektir. Genel itibariyle 48
KPa’dan küçük kayma dayanımına sahip zeminlerde, çivi kohezyonlu ortamda
varsayılmaz.
Kohezyonlu zeminler için nihai sıyrılma direncinin tipik değerleri Tablo 3.4’de
gösterilmiştir.
Tablo 3.4: Kohezyonlu Zeminler İçin Nihai Aderans Gerilmesi [1]
Ġmalat Metodu Zemin Tipi
Nihai Aderans
Gerilmesi
(kN/m²)
Açık Delgi Katı kil 40-60
Katı killi silt 40-100
Katı kumlu kil 100-200
3.2.4 Arazide Çekme Deneyi
Arazide zemin çivilerinin çekme deneyleri ankrajlara uygulanan yöntemle paralellik
gösterir. Yöntem çivi üzerinde 10 dakikadan 60 dakikaya kadar uzanan bir zaman
sürecinde, çivi akma kuvveti Fy’nin %10 ile maksimum %90’ın kademeli
uygulanmasını içermektedir. Her yük kademesinde deplasmanlar 0., 0.5., 1., 3., 5. ve
10. dakikalarda kaydedilir. Eğer 1. ve 10. dakikalarda kayıt edilen deplasman
değerleri farkı 1 mm’den büyük ise uygulanan yük kademesi sabit tutularak 50
dakika daha beklenir. Bu süreç içerisinde her 10 dakikada bir ek deplasman değerleri
ölçülür. Sıyrılma sonucu göçme 60 dakika zaman zarfında 2mm’den büyük
deplasman kayıtları ile tanımlanır, karşılık gelen yük kademesi ise sıyrılma yükü
olacaktır. 2,5 metrenin üzerinde uzunluğa sahip enjeksiyonlu çiviler arazide test için
imal edilirler. Kaplama etkisini azaltması düşünülerek 1,5 metrelik kafa kısım
enjeksiyonlanmaz [2].
Akmaya duyarlı zeminlerde, kritik kayma yükünün bulunması için her yük
kademesinde ölçülen çivi deplasmanları logaritmik zaman eksenli kağıda işaretlenir.
Grafik kağıdı üzerindeki yukarı dışbükey bir şekil akma davranışının zamanla
ivmelendiğini gösterecektir. Deplasman “n”in logt zamana karşı çizgisel eğimi
çıkarılır ve görülecek kırıklık kritik akma durumu, karşı gelen yük ise kritik akma
yükü olarak tanımlanır.
32
4. ZEMĠN ÇĠVĠLĠ DUVARLARIN DAVRANIġI
4.1 Temel Mekanizma
Zemin çivili yapıların temel mekanizması, takviyeler ve kaplamanın yapının yanal
deformasyonlarını engellemesi sırasında pasif takviye elemanlarındaki çekme
kuvvetlerinin mobilize olmasıdır. Bir zemin çivili duvar yukarıdan aşağıya doğru
inşa edilirken, takviye edilmiş bölgenin yanal deformasyonu, bir sonraki takviyenin
yerleştirilmesi için yapılan kazı esnasında destek olan zeminin kaldırılması ile
bağlantılıdır. Mevcut dayanma yapılarının onarımı veya şevlerin stabilizasyonu
durumunda ise yanal deformasyonlar, duvarların veya şevlerin yetersiz destek
nedeniyle devam eden deformasyonuna bağlıdır. Her iki durumda da, takviye
elemanları, gerilme ve şekil değiştirmeleri karşılamak amacıyla zemin ile etkileşir,
aksi halde takviye edilmemiş zemin bu gerilme ve şekil değiştirmeler nedeniyle
göçebilmektedir. Bu nedenle takviye elemanları, zemindeki bu etkileri karşılamak
amacıyla maksimum çekme gerilmelerinin oluştuğu doğrultuda yerleştirilirler [1].
Çekme yükleri, birinci olarak zemin ve çivi arasındaki sürtünmeli etkileşim
sonucunda ve ikinci olarak zemin ile kaplama arasındaki etkileşimin sonucunda
gelişir. Her çivideki maksimum çekme yükünün mobilize olduğu yer, takviye edilmiş
zemin kütlesi içinde çivinin duvardaki düşey yerleşimine bağlı olarak kaplamadan
belirli bir uzaklıkta olduğu görülür. Söz konusu noktaların birleştirilmesiyle
çivilerdeki maksimum çekme hattı elde edilir. Maksimum çekme hattı zemin
kütlesini aktif ve pasif bölge olmak üzere iki ayrı bölgeye ayırır. İki bölge arasındaki
sınır, çivili kütle içindeki potansiyel kayma yüzeyidir. Aktif bölge hareket eden
bölgedir ve şev yüzeyi ile potansiyel kayma yüzeyi arasındadır. Pasif bölge ise
potansiyel kayma yüzeyi arkasındaki bölgedir. Aktif bölgede kaplama yakınında,
takviyelerdeki kayma gerilimleri dışarı doğru yönlenirken takviyeyi de dışa çekme
eğilimine sahiptirler. Pasif bölgede ise, kayma gerilmeleri içeri doğru yönlenirken,
çivilerin aktif bölgeye doğru sıyrılması engellenmektedir. Bu davranış genel haliyle
33
Şekil 4.1’ de gösterilmiştir. Şekilde de görüldüğü gibi, çivilerde mobilize olan çekme
kuvvetleri aktif bölgeden dirençli pasif bölgeye zemin-çivi boyunca oluşan
sürtünmeyle transfer olurlar. [1]
ġekil 4.1: Zemin Çivisi Davranışı [1]
Takviyeler, zemindeki aktif bölgeyi dirençli (pasif) bölgeye bağlama görevini yerine
getirmektedir. Aksi halde, aktif bölge kazı devam ettikçe pasif bölgeye nispeten
dışarıya veya aşağıya doğru hareket ederek göçer. Çivi çekme dayanımı, aktif
bölgeyi stabilize etmeyi sağlayacak destek kuvvetlerini karşılayabilecek yeterlilikte
olmalıdır. Çiviler aynı zamanda sıyrılarak göçme durumunu engellemek için yeterli
uzunlukta pasif bölgenin içine yerleştirilmelidirler. İlave olarak, kaplama ve kayma
yüzeyi arasındaki uzunlukta oluşan çivi sıyrılma direnci ve çivi başı dayanımının
beraber etkisi, kayma yüzeyinde gereken çivi çekme gerilmesini sağlayacak
yeterlilikte olmalıdır.
4.2 Zemin – Çivi EtkileĢimi
Çivi ile zemin arasında temel etkileşim, zeminin kazı yüzüne doğru yaptığı
deformasyonlar sırasında zemin-çivi ara yüzeyi boyunca kayma gerilmelerinin
34
oluşması ve çivilerin bu harekete karşı direnç göstermesidir. Çivi boyunca çekme ve
zemin çivi ara yüzeyi boyunca oluşan kayma kuvveti dağılımı birçok faktöre
bağlıdır. Bu faktörler arasında zeminin yük boşaltma rijitliği, başlangıç arazi
gerilmeleri, çivinin düşey konumu, çivi boyu, çivi eğimi, çivinin çekme rijitliği ve
çivi-zemin ara yüzey rijitliği sayılabilir [1].
Takviye edilmiş zemin kütlesinin lokal dengesi göstermektedir ki, çivi boyunca
çekme yükünün değişim oranı, birim boyda mobilize olan kayma kuvvetine eşittir ve
matematiksel olarak aşağıdaki şekilde ifade edilmektedir.
dT / dL = π.D.τ = Q (4.1)
Burada;
dT: dL boyunca çivinin çekme kuvvetindeki değişimi
D : Delgi çapını
τ : Enjeksiyon-zemin ara yüzeyindeki mobilize olan kayma gerilmesini
Q : Çivi birim uzunluğunda mobilize kayma kuvvetini göstermektedir.
Dayanım açısından incelendiğinde, çivi-zemin ara yüzeyindeki nihai sıyrılma direnci
zemin çivi takviye sisteminin performansını etkileyen en önemli parametredir. Nihai
sıyrılma direnci, çivi delgi çapına ve ara yüzey kayması meydana gelmeden önce
oluşan kayma gerilmesine bağlıdır ve aynı zamanda sadece zemin tipinin değil imalat
yönteminin de bir fonksiyonudur. Nihai sıyrılma direnci, sabit bir zemin ve çivi tesis
yöntemi için derinlikten bağımsızdır.
Son olarak, sadece çivi ile zemin arasındaki çok küçük yer değiştirmeler nihai
aderansı mobilize etmek için gerekmektedir. Birçok sıyrılma deneyi göstermiştir ki,
1-2 mm civarındaki rölatif deplasmanlar nihai sıyrılma direncine ulaşmak için yeterli
olmaktadır. Takviye elemanları çivi tendonlarının çekme göçmesini önleyecek
yeterlilikte olmalıdır. Aynı zamanda, zemin-çivi nihai sıyrılma direnci de
takviyelerin sıyrılmasını önleyecek yeterlilikte olmalıdır.
Bunun yanında, çivi ve çivi enjeksiyonu-zemin ara yüzeyi, takviye yüklerinin aşırı
deformasyonlar oluşmadan gelişmesini sağlayacak kapasitede olmalıdır.
35
4.3 Çivi – Zemin – Kaplama EtkileĢimi
Zemin çivili takviye sistemleri herhangi bir yapısal kaplama olmadan kullanabilse de
(Padley ve pugh, 1992), yüzey kaplamaları kazı ve çivilerin tesis edilmesiyle beraber
gelişmiş ve çiviler yapısal olarak bu kaplamaya bağlanmıştır. Kazı sırasında zeminde
yanal deformasyonlar oluşurken, zemin-kaplama ara yüzeyinde zemin basınçları
gelişmektedir. Bu yüzey basınçları, çivi başlarındaki çekme gerilmelerine eşit ve ters
yöndedir. Çivi başındaki çekme yükünün büyüklüğü, zeminin rijitlik özelliklerine,
çivinin çekme rijitliğine, çivi enjeksiyonu-zemin ara yüzey rijitliğine ve kaplama
rijitliğine bağlıdır. Çivi başlarında oluşan kuvvetle ilgili güvenilir bilgi ise çivi
başlarına koyulan yük hücrelerinden elde edilebilmektedir. Fakat bu yöntemle elde
edilmiş bilgi oldukça azdır. [1]
Zemin çivisi tekniğinin en çarpıcı özelliklerinden biri, oldukça gösterişsiz yapısal bir
kaplama ile destekleme yöntemi olmasına rağmen, sistemin bu hali en az anlaşılır
yönü olmuştur. Ama açıktır ki, inşaat metodu ve yüzeye kadar getirilerek
birleştirilmiş takviyelerin varlığı, aktif destek sistemleri veya geleneksel dayanma
yapıları ile karşılaştırıldığında daha düşük kaplama basıncı sonucunu vermektedir.
Bu nedenle, kaplama tasarımı ve kaplamanın zemin çivili sistem “desteğine” katkısı
değerlendirilirse; a) kaplama yükünün büyüklüğü servis yükü altında gelişir b)
inşaatın ve nihai kaplama dayanımının zemin çivili duvar durumunda uygulaması
sonuçlarına varılmaktadır.
4.4 Çivi Kuvvetlerinin Dağılımı
Zemin çivili bir dayanma duvarı için çivi yüklerinin tipik dağılımı Şekil 4.1’de
görülmektedir. Çivi boyunca maksimum çivi yükü genellikle ortaya yakın bir
noktada oluşur ve bu yükün yeri, çivinin duvar içindeki konumuna bağlıdır. Düşeye
yakın eğimdeki bir zemin çivili duvarda takviye edilmiş bölge içindeki maksimum
gerilme çizgisi tipik olarak eğri şeklindedir (Şekil 4.1). Burada H duvar yüksekliğini
göstermektedir. Çivi uzunluklarının genellikle 0,6-0,8 H arasında olduğu göz önünde
bulundurulursa, takviyeli bölgenin üst kısmında, maksimum çivi kuvvetinin çivinin
orta noktasında veya orta noktanın kaplama tarafında oluştuğu görülür. Takviyeli
bölgenin alt kısımlarında ise, maksimum gerilme noktası, zemin deformasyon
36
bölgesinin temel malzemeleri ile sınırlandırılması sebebiyle duvar yüzeyine
yaklaşmaktadır. Yüzeydeki çivi gerilmesi genellikle maksimum çivi gerilmesinden
daha düşüktür. Çivi başındaki yükün maksimum çivi yüküne oranı, çivi yüklerinin
inşaat sırasında yavaş yavaş oluşmaya başlaması nedeniyle azalma eğilimi
göstermektedir. [1]
Çivi gerilmeleri, çivi montajını takiben kazı devam ettikçe yavaş yavaş gelişir. İnşaat
sırasındaki gözlemler, çivi çekme yüklerinin çoğunun ilk üç kazı aşaması sırasında
çivi montajının hemen ardından oluştuğunu göstermiştir. Sonuç olarak, duvarın alt
kısmında yer alan çiviler inşaat tamamlandığında daha az yüklenmiş olurlar, çünkü
alt kısımda bulunan çivilerin etrafında çivi gerilmelerini mobilize edecek çivi-zemin
ara yüzey kesme kuvvetlerinin oluşmasını engelleyen sınırlı zemin deformasyonları
meydana gelmektedir. İnşaatın tamamlanmasının ardından en alt sıra çiviler
tamamen yüksüzdürler, fakat zamanla zemin içinde oluşabilecek uzun vadeli
deformasyonlar nedeniyle gerilmelere maruz kalabilmektedirler.
Ölçülen maksimum çivi yükleri (tN), duvar içindeki çivi derinliğinin bir
fonksiyonudur. Duvar yüksekliğinin üst üçte ikilik kısmında maksimum çivi yükleri
derinliğe oranla sabit kalmaktadır. Normalize edilmiş çivi yükü (tN / KaγHShSv) 0,4-
1,0 arasında bir değer almaktadır. Bu değer genellikle 0,75 civarında seyretmektedir.
Burada Ka, aktif toprak basıncı katsayısını, γ zeminin birim hacim ağırlığını, Sh
çiviler arası yatay mesafeyi, Sv ise çiviler arasındaki düşey mesafeyi göstermektedir.
Zemin çivili duvarın alt kısımlarında maksimum çivi yükleri ciddi şekilde
azalmaktadır. Özetle maksimum çivi yükleri duvarın üst kısmında en yüksek
değerlerden başlayarak alt kısımlara doğru giderek azalarak tabanda sıfır olmaktadır.
4.5 Deformasyon DavranıĢı
Bir zemin çivili duvarın yukarıdan aşağıya doğru inşası sırasında, takviye edilmiş
zemin kütlesi duvarın üst ucundan dışarı doğru dönme eğilimi göstermektedir.
Böylece, maksimum yatay hareketler duvarın tepesinde oluşmakta ve alt tarafına
doğru kademeli olarak azalmaktadır. Yüzey kaplamasında oturmalar da oluşur ve
bunlar az önce bahsedilen hareketle benzeşir ve büyüklüğü yaklaşık duvar tepesinde
oluşan yatay deformasyonlar kadar olmaktadır. Kaplamada meydana gelen yer
değiştirmeler aşağıdaki faktörlere bağlıdır [1]:
37
Duvarın inşaat hızı
Çivi aralıkları ve kazı yüksekliği
Çivi ve zemin rijitliği
Global güvenlik sayısı
Çivi eğimi
Temel zeminin taşıma kapasitesi
Sürşarj yükünün büyüklüğü
ġekil 4.2: Zemin Çivili Duvarların Deplasmanları [15]
Zeminin çivili düşey duvarlardaki maksimum duvar yüksekliğinin %0,1-0,4’ü
arasında bir değer almaktadır. Ayrışmış kaya ve sıkı zeminler için bu değer duvar
yüksekliğinin %0,1’i veya daha azı kadar, daneli zeminler için %0,2 H kadar, ince
38
daneli kil tipindeki zeminler için ise duvar yüksekliğinin % 0,4’ü kadar olmaktadır.
Bu yer değiştirmeler duvar yüzeyinden arka tarafa uzaklaştıkça azalma
eğilimindedir. Şekil 4.2’de zemin çivili duvarlarda yüzeyde oluşan deplasmanların
farklı zemin türleri için olan değişimi görülmektedir [15].
Matematiksel ifade aşağıdaki şekildedir:
λ = H * [1 – tan(η)] * K (4.2)
Burada;
λ: Duvar deformasyonundan etkilenen duvarın üst tarafının arkasındaki yatay uzaklık
H: Duvarın yüksekliği
η : Duvar yüzeyinin düşeyle yaptığı açı
K: İtki katsayısıdır. K itki katsayısının ayrışmış kaya ve katı zeminler için 0.8, kumlu
zeminler için 1.25, killi zeminler için ise 1.5 alınması önerilmiştir [15].
Şekil 4.3’te ise zemin çivili duvarlarda meydana gelen deplasmanların diğer
dayanma yapılarıyla oluşan deplasmanlarla karşılaştırılması görülmektedir.
ġekil 4.3: Dayanma Yapılarında Gözlenen Yanal Yer Değiştirmeler [6]
Zemin çivili duvarların inşasından sonra duvar deplasmanlarının aletsel gözlemleri
göstermiştir ki, bazı süregelen hareketler zamanla birlikte oluşma eğilimindedir. Bu
hareketler zeminin cinsine ve çivideki bazı ilave gerilmelere bağlı olarak duvar
tabanına yakın yerlerde gelişebilir. Bununla birlikte, birçok örnekte görülmüştür ki,
39
çivilerin süregelen yer değiştirmesi ile çivi yüklerinin yeniden dağılımı arasında bir
ilişki bulunmaktadır.
4.6 Zemin Çivili Duvarların Göçme Biçimleri
ġekil 4.4: Zemin Çivili Duvarların Potansiyel Göçme Biçimleri [1]
Zemin çivili duvarlar için göçme biçimleri üç çeşittir. Bunlardan birincisi, kayma
yüzeyinin, tüm çivileri ve kaplamayı kestiği sığ göçme, ikincisi çivilerle kesişmeyen
40
derin göçme ve son olarak takviye edilmiş bölgenin sığ göçmesini içeren ve çivili
zemin bloğunun fiziksel limitlerinin ötesine uzanan karma göçme durumudur. Sığ,
derin ve karma göçme durumları Şekil 4.4’te görülmektedir. Hem sığ hem de karma
göçme biçimleri çivinin kırılması veya akması, çivinin sıyrılması, kaplamanın veya
kaplamanın çiviyle bağlantısının göçmesi sonucu oluşacağının göz önüne alınması
gerekmektedir [1].
Ayrıca, yüzeyin kazı sırasındaki lokal stabilitesi, zemin çivili duvarlardaki en önemli
hususlardan biridir. Bu göçme biçimi genel stabilize analizlerine uygun değildir ve
tasarım boyunca, dış yüzeyin desteklenmeden çivi ve kaplamanın yerleştirilmesi için
gerekli süre boyunca kendini tutabileceği arazi testleriyle gösterilmelidir.
Zemin çivili duvarlarda meydana gelen sığ göçme durumunun üç olasılığı Şekil
4.5’te görülmektedir. Şekil 4.5 (a)’da yüksek çekme mukavemetine sahip uzun
çivilerle inşa edilmiş bir zemin çivili duvar söz konusudur. Makul dayanımdaki
kaplama sistemi veya çivi-kaplama bağlantısı için duvarın en olası göçme durumu,
kaplamanın veya bağlantının göçmesi ve takviye edilmiş zemin kütlesinin aktif
bölgesi içindeki çivilerin sıyrılması şeklindedir. Yüksek çekme mukavemetli çiviler,
çivinin çekme göçmesini engeller. Uzun çivi boyu ise, pasif bölgedeki çivilerin
sıyrılarak göçmesini engellemektedir.
Şekil 4.5 (b)’ de yüksek çekme mukavemetine sahip ancak daha kısa boydaki
çivilerden oluşan bir zemin çivili duvar görülmektedir. Bu durumda en olası göçme
biçimi çivilerin dirençli bölgeden sıyrılması şeklindedir. Aktif bloğu desteklemek
için gerekli çivi kuvveti, potansiyel kayma yüzeyi arkasındaki çivi uzunluğuna ve
çivi-zemin arasındaki nihai birim sıyrılma direncine bağlıdır. Dirençli bölgedeki
sıyrılma direnci, çivinin çekme dayanımı ve kaplama dayanımı ile aktif bölgedeki
sıyrılma direncinden daha küçüktür. [1]
Şekil 4.5 (c)’de ise makul çekme dayanımına sahip uzun çiviler ve yüksek
mukavemetli kaplama ile oluşturulmuş bir sistem görülmektedir. Bu durumda çivinin
çekme göçmesi, kaplama mukavemeti aşılmadan önce veya takviyeler dirençli
bölgeden sıyrılmadan önce meydana gelir.
Herhangi bir kayma yüzeyi ile belirlenen aktif bloğun stabilizasyonu için gerekli
uygun çivi yükleri değerlendirilirken tüm potansiyel göçme biçimleri göz önüne
alınmalıdır.
41
ġekil 4.5: Zemin Çivili Duvarların Potansiyel İç Göçme Biçimleri [1]
42
5. ZEMĠN ÇĠVĠSĠ TASARIM YÖNTEMLERĠ: SERVĠS YÜKÜ TASARIMI,
YÜK ve DAYANIM KATSAYILARI TASARIMI
5.1 GiriĢ
Zemin çivisi tasarımında dünyada en çok kabul gören yöntemler olan Servis Yükü
Tasarımı ve Yük ve Dayanım Katsayıları Tasarımı, limit denge yaklaşımını temel
alan iki tasarım yöntemidir. Tasarımda kolaylık açısından Servis Yükü yöntemi
günümüzde Yük ve Dayanım Katsayıları yöntemine göre daha geniş bir kullanım
alanına sahiptir.
FHWA tarafından önerilen bu tasarım yöntemleri FHWA’nın FHWA-SA-96-069R
numaralı yayınında detaylı biçimde açıklanmıştır. Daha sonra yine FHWA tarafından
çıkarılan FHWA0-IF-03-017 numaralı zemin çivili duvarlarla ilgili yayında, tasarım
yöntemlerinden sadece Servis Yükü yöntemi yer almaktadır. 2005 yılı itibariyle de
FHWA tarafından tasarım bölümünde sadece Yük ve Dayanım Katsayıları yöntemini
içeren zemin çivili duvarlarla ilgili yeni bir yayın çıkarılacaktır. Bu çalışmada
FHWA’nın FHWA-SA-96-069R numaralı yayını temel alınmıştır. [9]
Servis Yükü yöntemi daha önceden de belirtildiği üzere tasarım kolaylığı sebebiyle
daha yaygın kullanılmaktadır. Bununla birlikte, Yük ve Dayanım Katsayıları yöntemi
ile hemen hemen aynı yöntem olan ve Clouterre’de (Fransız Ulusal Araştırma
Projesi) kullanılan Kısmi Katsayı Tasarımı (Partial Factor Design) yönteminin
Eurocode 7 ile gündeme tamamen girecek olması YDKT’ye gelecekte daha yaygın
bir kullanım kazandırması mümkündür. [9]
Zemin çivisi konusunda dünyada henüz oturmuş bir standart bulunmadığından
kullanımda netleşmemiş pek çok kavram mevcuttur. Ayrıca tamamen aynı veya
hemen hemen aynı olan tasarım yöntemleri farklı ülkelerde, hatta aynı ülkede, farklı
şekillerde isimlendirilebilmektedir. Bu durum neden olduğu çeşitli kavram
karmaşaları sonucunda tasarımda zorluklara sebep olabilmektedir. Bu bölümde SYT
43
ve YDKT’nin karşılaştırılarak incelenmiş ve oluşabilecek olası karışıklıklar mümkün
olduğunca giderilmeye çalışılmıştır. [9]
5.2 FHWA Tasarım Yöntemleri
Bu çalışmada incelenen tasarım yöntemleri, Servis yükü tasarımı (SYT) ve Yük ve
Dayanım Katsayıları Tasarımı (YDKT) yöntemleridir. Bölüm 5.4’de 11’er adımdan
oluşan her iki tasarım yöntemi statik ve sismik durumlar için detaylı bir şekilde
sunulmuş ve yöntemler arasındaki farkları belirtilmiştir. FHWA zemin çivili istinat
duvarı tasarımı için bu iki tasarım yöntemini önermektedir [1] [9].
5.2.1 Servis Yükü Tasarımı (SYT)
Bu tasarım Karayolu Köprüleri Standart Şartnamesi, 15. Basımında (AASHTO,
1992) tanımlanmıştır. Zemin çivili istinat duvarlarının SYT’si genellikle YDKT
yaklaşımına benzerdir ve kabul edilebilir çivi yükleri ve katsayılandırılmış zemin
dayanımlarının uygulanan yükleri aşmasını gerektirir. Kabul edilebilir çivi yükleri
yapısal (örn. Kabul edilebilir donatı gerilmeleri veya yükleri) ve geoteknik (örn.
Kabul edilebilir sıyrılma dayanımı) elemanlarının her ikisi ile belirlenir.
Katsayılandırılmış zemin dayanımı, nihai zemin dayanımının bir güvenlik
katsayısıyla çarpımı ile elde edilir. Taşıyıcı elemanlar üzerindeki maksimum
yüklemeyi belirlemek yerine yüklerin maksimum potansiyel devirici etkisini
yakalamak için birçok yükleme kombinasyonu uygulanır [1] [9].
5.2.2 Yük ve Dayanım Katsayıları Tasarımı (YDKT)
Bu tasarım yaklaşımı AASHTO YDKT Köprü Tasarım Şartnamesi, 1. Basım
(AASHTO, 1994)’da tanımlanmıştır. Zemin çivili istinat duvarlarının YDKT’si
çiviler ve zemin tasarım dayanımlarının yüklere bağlı belirsizlik derecesine uygun
yük katsayılarıyla ile çarpılan yükleri aşmasıyla sağlanan dayanım limit durumunu
göz önüne alır. Tasarım dayanım kuvvetleri var olan kuvvetlerin değişkenliğini
hesaba katmak için nominal veya nihai kuvvetlere uygun dayanım katsayılarının
uygulanmasıyla belirlenir. Çivilerin dayanım kapasiteleri yapısal (örn. tasarım
tendon dayanım kuvveti) ve geoteknik (örn. tasarım sıyrılma dayanımı) elemanların
her ikisi de dikkate alınarak belirlenir. Zeminin dayanım kapasitesi, nihai zemin
kuvvetine bir dayanım katsayısının uygulanmasıyla belirlenir. Yüklerin maksimum
44
potansiyel devirici etkisini yakalamak için, bir başka deyişle taşıyıcı elemanlarda
maksimum yüklemeyi belirlemek üzere, birçok yükleme kombinasyonu
uygulanmaktadır.
Servis limit durumu, duvarın ve güçlendirilmiş tutulan zeminin tüm
deformasyonlarının gösterilmesi ve belirli durumlarda duvar kaplamasındaki çatlak
genişliklerine (çelik gerilmeleri) sınırlandırmaların uygulanması ile araştırılmaktadır.
Servis limit durumu her iki yöntemde de gösterilir [1] [9].
5.3 Tasarım Yöntemlerinin Temel Kavramları
Zemin çivili duvar limit durum tasarımında limit denge yaklaşımı, global güvenlik
sayısının potansiyel kayma yüzeyi boyunca bulunan tutan kuvvetlerin deviren
kuvvetlere oranı olarak tanımladığı potansiyel düzlemsel yüzeyler için gösterilmiştir.
Güçlendirilmiş zemin bloğunun serbest cisim diyagramında, kayma yüzeyine,
üzerinde bulunan zemin bloğunun kendi ağırlığı ile kayma yüzeyi boyunca bulunan
kesme kuvvetleri ve normal kuvvetler etki etmektedir. Bloğun kuvvet dengesinin
hesaba katılması, potansiyel kayma düzlemindeki normal kuvvetlerin ve kesme
kuvvetlerinin hesaplanmasını sağlamaktadır. Dolayısıyla güvenlik sayısı, tutan
kuvvetlerin deviren kuvvetlere oranı olarak tanımlanmaktadır. Global güvenlik
sayısının ifadesi, F, güçlendirilmemiş şev için geleneksel güvenlik sayısıdır. Serbest
cisim diyagramının yerine geleneksel kuvvet poligonu da çizilebilir. Burada F
güvenlik sayısı, zemin kayma kuvvetinin hem kayma hem de kohezyon bileşenlerine
uygulanırsa kuvvet poligonu kapanır ve limit denge sağlanır. Düzlemsel kayma
yüzeyi düşünüldüğünde, global güvenlik sayısı F için aynı ifade, serbest cisim
diyagramından hesaplanabileceği gibi kuvvet poligonundan da hesaplanabilir. [1] [9]
Bu işlemden sonra, tek bir çivi donatı elemanı, kayan zemin bloğunun stabilitesini
veya donatının güvenlik sayısını ne yönde etkilediğini görmek üzere girilir. Global
güvenlik sayısı F, kuvvet poligonu veya serbest cisim diyagramı kullanılarak tekrar
hesaplanır. Donatının etkisi hem normal kuvveti ve dolayısıyla sürtünmeli
zeminlerde kayma yüzeyi boyunca kesme dayanımının artmasını, hem de
kohezyonlu ve sürtünmeli zeminlerde kayma yüzeyi boyunca deviren kuvvetlerin
azalmasını sağlamaktadır. [1] [9]
45
Herhangi bir kayma kamasında, çivinin güçlendirme katkısı, bulunduğu yerin bir
fonksiyonudur ve burada oluşan kayma yüzeyi ile kesişir. Çivi donatı kuvveti;
çivinin sıyrılması, çivi tendonunun çekme göçmesi veya kaplama/çivi başı birleşim
sisteminin yapısal göçmesi ile sınırlandırılabilir. Herhangi bir çivinin bir kaya
bloğunun stabilitesine katkısı en az:
a) Çivinin çekme kuvveti
b) Kayma yüzeyi arkasındaki çivi uzunluğunun sıyrılma dayanımı veya
c) Çivi başı kuvveti ve kayma yüzeyi ile duvar yüzü arasında kalan çivi
uzunluğunun sıyrılma dayanımı toplamı
kadardır.
Son olarak, çoklu çiviler metodunu göstermek üzere tekli çivi probleminin daha
gelişmiş hali ele alınmıştır. Ancak bu yöntem sadece tek bir kayma yüzeyi için
kanıtlanmıştır, tasarımın tamamlanmasını sağlamak üzere tüm potansiyel kayma
yüzeyleri incelenmelidir. Düzlemsel şekli olmayan kayma yüzeyleri (örn. dairesel,
log-spiral, bi-lineer kama vb.) limit denge durumu incelendiğinde tercih
edilmektedir. Bu durum daha düşük güvenlik sayılarının hesaplanmasına neden
olmaktadır ve düzlemsel kayma yüzeyi bu genel şekillere daha çok yakındır. [1] [9]
5.4 Tasarım Yöntemlerinin Detaylı KarĢılaĢtırılması
Her iki tasarım yöntemi de (SYT ve YDKT) statik durum için 11’er adımdan
oluşmaktadır. Her bir adımın uygulanışı ve iki yöntem arasındaki farklar aşağıdaki
bölümlerde detaylı olarak verilmiştir. Ayrıca sismik durum tasarımı da açıklanmıştır
[1] [9].
5.4.1 Kritik Tasarım Kesitinin/Kesitlerinin OluĢturulması ve Bir Deneme
Tasarımı Seçilmesi
Verilen yükleme durumu ve tasarım geometrisi için kritik tasarım kesitinin
oluşturulması ve deneme ön tasarımının seçilmesi adımı her iki yöntemde de aynı
şekilde uygulanır, ancak zemin çivili duvar tasarımıyla ilgili dikkate alınan
AASHTO şartlarını gösteren aşağıdaki Tablolarda (Tablo 5.1 ve 5.2) yükler ve yük
kombinasyonları iki tasarım yöntemi için ayrı ayrı belirtilmiştir. Özel tasarımlarda
ilave yüklerin ve yük kombinasyonlarının dikkate alınması gerekebilir.
46
Zemin çivili istinat yapılarının tasarımında SYT ve YDKT yöntemlerinin her
ikisinde de öncelikle deneme ön tasarımı gerçekleştirilir. Oluşturulan tasarım
enkesitinde, çeşitli yüzey tabakaları ve duvar tabanının aşağısında olmak üzere
tasarım yeraltı suyu seviyesi için ve yüzeydeki sürşarj yükü veya zeminin kendi
ağırlığı gibi tüm servis yükleri için nihai zemin mukavemetleri göstermelidir. Çivi
boyları, tendon boyutları ve de deneme yatay ve düşey çivi aralıklarını içeren bir çivi
ön tasarım düzeni stabilite kontrolleriyle geliştirilmeli ve tasarım enkesiti üzerinde
gösterilmelidir.[1] [9]
5.4.1.1 Ön tasarımı kartlarında kullanılan değiĢkenler ve boyutsuz büyüklükler
FHWA’nın çivi uzunluğunun son tasarımı için önerdiği yöntem iteratif bir işlem
içermesine rağmen belli koşullar altında kullanılmak üzere basitleştirilmiş tasarım
kartları sunmaktadır. 15º çivi açısı, uniform zemin koşulları ve kritik olmayan
yerleştirme için geliştirilmiş, basitleştirilmiş tasarım kartları, SYT için 1.35’lik F
güvenlik sayısını ve YDKT için de 0.9’luk bir Φ dayanım katsayısı kabulü yapmıştır.
Önerilen tasarım kartları boyutsuz bir formatta verilmiştir. Kartlardan önce aşağıdaki
değişkenlerin belirlenmesi gerekir [1] [9].
Geometrik Değişkenler: Arka şev açısı ve duvar yüz açısı α
Her biri 3 karttan oluşan ve 0º, 10º, 20º ve 34º lik arka şevlere karşı gelen 4 dizayn
seti bulunmaktadır. Ara açılar için kartlar arasında interpolasyon yapılmaktadır. Her
bir şev açısı için dizayn bilgileri 0º ve 10º lik duvar yüz açıları için verilmiştir. Ara
değerdeki duvar açıları için kartlar arasında interpolasyon yapılmaktadır.
Mukavemet değişkenleri: Katsayılı sürtünme açısı, D ve boyutsuz kohezyon, cD.
Zeminin katsayılı sürtünme açısı, o aşağıdaki şekilde tanımlanmıştır.
SYT
(5.1)
YDKT
(5.2)
u: Nihai zemin kohezyonu
F : Global zemin güvenlik katsayısı
FuD /)tan(tan 1
)tan(tan 1
uD
47
Φ: Zemin sürtünme direnci katsayısı (ön belirlemede 0.9 kullanılır)
Her bir kart setinin yatay ekseninde azaltılmış sürtünme açısı gösterilir.
cD boyutsuz kohezyonu, zeminin birim hacim ağırlığı ve yarmanın düşey yüksekliği
ile normalize edilmiş zemin kohezyonudur ve aşağıdaki gibi hesaplanır.
SYT
cD=cu/(F/H) (5.3)
YDKT
cD= Φccu/(ГwH) (5.4)
cu: Nihai zemin kohezyonu
F: Global zemin güvenlik katsayısı (1,35)
Φc: Zemin kohezyon direnç katsayısı
Гw: Birim ağırlık için yük katsayısı
Boyutsuz kohezyon, her bir şev geometrisi için üç değer (0.01, 0.03 ve 0.05) alan bir
parametre olarak belirtilir. Boyutsuz kohezyonun ara değerleri için interpolasyon
yapılır.
Boyutsuz çivi çekme kapasitesi, TD.
Boyutsuz çivi çekme kapasitesi, TD, hesaplanan Tan D değerinin uygun kart setinin
birincisinde yatay eksende işaretlenerek uygun cD eğrisine göre bulunan düşey
koordinat değeridir.
Boyutsuz çivi çekme kapasitesi zeminin birim hacim ağırlına,; şevin yüksekliğine,
H; ve düşey ve yatayda çivi açıklıklarına, Sv, SH göre normalize edilmiş
katsayılandırılmış çivi kuvvetidir. Birinci kart setinden bulunan TD değeri denklem
(5.5) ve (5.6)’da yerine konularak gerekli nominal çivi kuvveti değeri, TNN,
hesaplanır.
SYT
TD=NTNN / (HSvSH) (5.5)
YDKT
TD= ΦNTNN / (ГwHSvSH) (5.6)
TNN: Gerekli nominal çivi kuvveti
N: Çivi tendon mukavemet katsayısı
48
ΦN: Çivi tendon dayanım katsayısı
Гw: Birim ağırlık için yük katsayısı
Ön tasarım çivi donatısı boyutları hesabı için önce çivi kesit alanı, An, TNN’nin Fy’ye
bölümü şeklinde bulunur ve Tablo 5.7’ye göre Fy 420 çubukları için çubuk boyutu
belli olur.
Boyutsuz sıyrılma dayanımı, QD, nihai sıyrılma dayanımının (birim çivi uzunluğuna
düşen kuvvet) bir katsayı ile çarpılıp, birim hacim ağırlık ve çivi aralığı ile normalize
edilmesi ile bulunur.
SYT
QD=QQu/(SvSH) (5.7)
YDKT
QD= ΦQQu/(ГwSvSH) (5.8)
Qu: Nihai sıyrılma dayanımı
Q: Mukavemet katsayısı (ön belirleme için 0.5 alınır)
ΦQ: Dayanım katsayısı (ön belirleme için 0.7 alınır)
Гw: Birim ağırlık için yük katsayısı
Hesaplanan boyutsuz sıyrılma dayanımı kullanılarak TD/QD oranı bulunur ve bu
değer her bir kart setindeki ikinci ve üçüncü kartların yatay ekseninde kullanılır.
Ön tasarım çivi boyu hesabı için uygun kart setinde ikinci veya üçüncü karta TD/QD
değeri girilerek L/H oranı elde edilir. Bu oranda da bilinen H değeri yerine konularak
ön tasarım çivi boyu, L, hesaplanır.[1] [9]
Servis Yükü Tasarımı yönteminde dikkate alınacak yük kombinasyonları AASHTO
sınıflandırmasına göre Tablo 5.1’de özetlenmiştir.
Tablo 5.1: AASHTO Sınıflandırmasındaki yük kombinasyonları (AASHTO, 15. basım,
1992)
Grup D L E B RST EQ %
I 1 1 1 1 0 0 100
IV 1 1 1 1 1 0 125
VII 1 0 1 1 0 1 133
Not:
D= ölü yük
L= hareketli yük
E= toprak basıncı
B= kaldırma kuvveti
RST= kısalma, büzülme, sıcaklık
EQ= deprem
49
Yük ve Dayanım Katsayıları Tasarımı yöntemindeki yükler AASHTO YDKT Köprü
Tasarım Şartnameleri, 1. Basım’a göre Tablo 5.2’de verilen katsayılarla çarpılır.
Tablo 5.2’de ayrıca bu tasarım yönteminde kullanılan yük kombinasyonları da
tanıtılmıştır.
Tablo 5.2: Yük Kombinasyonları ve Yük Katsayıları (AASHTO, YDKT, 1. Basım, 1994)
Limit Durumu DC
DW
EH
EV
ES
LL
LS
WA TU
SH
EQ
MUKAVEMET I P 1.75 1.00 0.50
MUKAVEMET IV
EH, EV, ES, DW
Sadece DC
P
1.5
1.00
0.50
EKSTREM DURUM I P 1.00 1.00
Not:
DC : Yapısal bileşenlerin ve yapısal olmayan eklerin ölü yükü
DW : Giydirilen yüzeylerin ve şebekelerin ölü yükü
EH : Yatay toprak basınç yükü
EV : Dolgu ölü yükünden kaynaklanan düşey basınç
ES : Sürşarj yükü
LL : Taşıtlara ait hareketli yük
LS : Hareketli sürşarj yükü
WA : Su yükü ve buhar basıncı
TU : Uniform sıcaklık
SH : Büzülme
EQ : Deprem
Kalıcı Yükler için Yük Katsayıları, P
Yük Tipi Maksimum Yük
Katsayısı
Minimum Yük
Katsayısı
DC 1,25 0,90
DW 1,50 0,65
EH
Aktif
Sükunetteki
1,50
1,35
0,90
0,90
EV
Toptan Stabilite
İstinat
Yapıları
1,35
1,35
Mevcut Değil
1,00
ES 1,50 0,75
5.4.2 Kabul edilebilir çivi baĢı yükünün hesaplanması (SYT) / Tasarım çivi baĢı
kuvvetinin hesaplanması (YDKT)
Servis Yükü Tasarımı yönteminde, aşağıdaki yöntem izlenerek, deneme duvar
kaplaması ve bağlantı tasarımı için kabul edilebilir çivi başı yükü değerlendirilir:
50
a) Kaplamanın ve bağlantı sisteminin her bir potansiyel göçme modu için nominal
çivi başı kuvveti belirlenir. Tasarıma yardımcı olarak, çeşitli zemin çivili duvar tipik
kaplama kalınlıkları, kaplama donatısı ve ezilme plakası bağlantısı kombinasyonları
için nominal çivi başı mukavemetleri Tablo 5.3 de verilmiştir.
Tablo 5.3: Nominal çivi başı kuvveti [1]
Geçici püskürtme beton yapı kaplaması (Kaplama kalınlığı 100 mm, çelik akma mukavemeti
420 Mpa, Püskürtme Beton Basınç Mukavemeti: 28 Mpa, göğüsleme Kirişi Donatısı 2 X No.
13)
Çivi Aralığı (m) WW Hasır Donatı DüĢey Eğilme
Donatıları
TFN (kN)
1.25 X 1.25
152 X 152 MW13 X MW13 -
2 X No 13
58
122
152 X 152 MW18 X MW18 -
2 X No 13
81
145
152 X 152 MW25 X MW25 -
2 X No 13
111
166*
102 X 102 MW9 X MW9 -
2 X No 13
59
124
102 X 102 MW13 X MW13 -
2 X No 13
86
149
102 X 102 MW18 X MW18 -
2 X No 13
119
170*
1.5 X 1.5
152 X 152 MW13 X MW13 -
2 X No 13
58
112
152 X 152 MW18 X MW18 -
2 X No 13
81
135
152 X 152 MW25 X MW25 -
2 X No 13
111
163
102 X 102 MW9 X MW9 -
2 X No 13
59
113
102 X 102 MW13 X MW13 -
2 X No 13
86
139
102 X 102 MW18 X MW18 -
2 X No 13
119
170*
1.75 X 1.75
152 X 152 MW13 X MW13 -
2 X No 13
58
105
152 X 152 MW18 X MW18 -
2 X No 13
81
127
152 X 152 MW25 X MW25 -
2 X No 13
111
156
102 X 102 MW9 X MW9 -
2 X No 13
59
106
102 X 102 MW13 X MW13 -
2 X No 13
86
132
102 X 102 MW18 X MW18 -
2 X No 13
119
164
Hesaplanan kapasite maksimum donatı oranının (toplam alana göre) %0,35 ile
sınırlandırılmıştır.
51
b) Tablo 5.4’deki her bir olası göçme modu için kabul edilebilir çivi başı yükü, karşı
gelen nominal çivi başı kuvvetinin bir katsayıyla çarpımı olarak belirlenir. Tablo
5.4’deki çivi başı mukavemet katsayılarının ilk kolonu I.Grup yük kombinasyonuna
uygulanır (Tablo 5.1). Diğer yük kombinasyonu grupları için bu I. Grup çivi başı
mukavemet katsayıları Tablo 5.4’deki son kolonun katsayılarının yüzdelerine göre
arttırılır. Zemin çivili duvar uygulamaları için tasarım kontrolü I. IV. ve VII. yük
kombinasyon gruplarında çoğu zaman benzerdir. IV ve VII. grup yük
kombinasyonlarına karşı gelen çivi başı mukavemet katsayıları da bu yüzden ayrıca
Tablo 5.4’de gösterilmiştir. Kabul edilebilir çivi başı yükü, hesaplanan çeşitli göçme
modları değerlerinin en küçüğüdür.[1] [9]
Tablo 5.4: Çivi başı yükü katsayıları – SYT [1]
Göçme Modu
Çivi BaĢı
Yükü
Katsayısı
(Grup 1)
αF
Çivi BaĢı Yükü
Katsayısı
(Grup IV)
Çivi BaĢı Yükü
Katsayısı
(Grup VII)
(Sismik)
Kaplama eğilmesi 0,67a
1.25(0.67)=0,83 1.33(0.67)=0,89
Zımbalama 0,67a 1.25(0.67)=0,83 1.33(0.67)=0,89
Bağlantı Elemanı Çekme Çatlağı
ASTM A307 Cıvata
Malzemesi
ASTM A325 Cıvata
Malzemesi
0,50a
0,59a
1.25(0.50)=0,63
1.25(0.59)=0,74
1.33(0.50)=0,67
1.33(0.59)=0,78
a AASHTO YDKY Dayanım Katsayılarının (Tablo 5.5) 1,35 yük katsayısına
bölünmesi ile elde edilmiştir
Yük ve Dayanım Katsayıları Tasarımı yönteminde ise kabul edilebilir çivi başı yükü
yerine tasarım çivi başı kuvveti hesaplanır. Aşağıdaki yöntem izlenerek, deneme
duvar kaplaması ve bağlantı tasarımı için tasarım çivi başı yükü değerlendirilir:
a) Servis yükü yöntemiyle aynı şekilde kaplamanın ve bağlantı sisteminin her bir
potansiyel göçme modu için nominal çivi başı kuvveti belirlenir. Tablo 5.3’de,
tasarıma yardımcı olmak amacıyla, çeşitli zemin çivili duvar tipik kaplama
kalınlıkları, kaplama donatısı ve ezilme plakası bağlantısı kombinasyonları için
nominal çivi başı mukavemetleri verilmiştir.
b) Tasarım çivi başı kuvveti, Tablo 5.5’deki her bir olası göçme modu için olan
nominal çivi başı kuvvetlerinin bu kuvvete karşı gelen dayanım katsayılarıyla
çarpılarak belirlenir. Tablo 5.5’de Tablo 5.2’deki mukavemet limit durum ve ekstrem
limit durum I (sismik yükleme) durumlarının her ikisi için dayanım katsayıları
52
gösterilmektedir. AASHTO’ya göre Tablo 5.2’deki Ekstrem limit Denge durumları
için tüm dayanım katsayıları 1,0 olarak alınır. Tasarım çivi başı kuvveti çeşitli göçme
modları için hesaplanan değerlerin en küçüğü yani en elverişsizidir.[1]
Tablo 5.5: Çivi başı dayanım katsayıları – YDKT [1]
Göçme Modu
Çivi BaĢı
Dayanım Katsayısı
(Mukavemet Limit
Durumları)
ΦF
Çivi BaĢı
Dayanım Katsayısı
(Ekstrem Limit
Durumları)
(Sismik)
Kaplama Eğilmesi 0,90a
1,0a
Zımbalama 0,90a 1,0
a
Bağlantı Elemanı Çekme Çatlağı
ASTM A307 Cıvata Malzemesi
ASTM A325 Cıvata Malzemesi
0,67a
0,80a
1,0a
1,0a
a AASHTO YDKY Köprü Şartnamesi, 1. Basıma göre dayanım katsayıları
5.4.3 Kabul edilebilir minimum çivi baĢı servis yükü kontrolü (SYT) / Minimum
çivi baĢı kuvveti kontrolü (YDKT)
Her iki yöntemle de çivi başı servis yükleri , (5.9) ve (5.10) formülleri ile hesaplanır.
Ampirik denklemlerle bulunan tahmini çivi başı servis yükü değeri servis yükü
tasarımı yönteminde, hesaplanan kabul edilebilir minimum çivi başı yüküyle; yük ve
dayanım katsayıları yönteminde ise hesaplanan minimum çivi başı kuvveti değeriyle
karşılaştırılır.
Bu kontrol sismik yükleme durumunda, sismik durumlar için servis yükü bilgisi
olmadığından ve bu yükleme durumu altındaki kalıcı duvarların düşük performansı
kanıtlanmadığından uygulanmaz.
Servis Yükü Tasarımı yönteminde, deneme kaplama tasarımı için bir minimum kabul
edilebilir çivi başı yükü kontrolü yapılır. Bu deneysel kontrol hesaplanan kabul
edilebilir çivi başı yükünün zemin yapı etkileşiminin bir sonucu olarak gelişebilen
tahmin edilen çivi başı yükünü aştığının sağlaması olarak yapılır. Gelişen çivi başı
servis yükü aşağıdaki ampirik denklemle tahmin edilebilir.[1] [9]
tF = FF.KA.γ.H.SH.SV (5.9)
Tasarımcıda benzer zeminlerdeki duvar arazi incelemeleri sonuçları olmasa da çivi
başı servis katsayısının, FF, tasarıma adapte edilerek 0,5 alınması önerilir.
53
Basit konfigürasyonlar için (uniform zemin durumu, sürşarjsız durum vb.) aktif
toprak basıncı katsayısı KA zemin mukavemetinin kohezyon bileşenini ihmal ederek
direkt olarak yayımlanmış formüllerden ve tasarım kartlarından bulunabilir.
Literatürde yayımlananlar dışındaki daha karmaşık konfigürasyonlarda (çok tabakalı
zemin, karmaşık duvar geometrileri ve sürşarj yükü dağılımları vb.) çivi başı servis
yükü şu şekilde hesaplanabilir:
tF = 2FF.PA.SH.SV/H (5.10)
PA aktif yükü, bir Coulomb tipi kayma yüzeyi (şev stabilitesi) hesaplaması
kullanılarak belirlenebilir. Eğer hesaplanan kabul edilebilir çivi başı yükü ampirik
olarak tahmin edilen çivi başı servis yükünden küçükse deneme kaplama / bağlantı
tasarımı 2. adım tekrarlanarak modifiye edilmelidir. [1] [9]
Yük ve Dayanım Katsayıları Tasarımı yönteminde ise, deneme kaplama tasarımı için
bir minimum tasarım çivi başı kuvveti kontrolü yapılır. Bu deneysel kontrol
hesaplanan tasarım çivi başı kuvvetinin zemin yapı etkileşiminin bir sonucu olarak
gelişebilen tahmin edilen (katsayılı) çivi başı servis yükünü aştığının sağlaması
olarak yapılır. Çivi başı servis yükü aktif yatay toprak basıncı yükleri için,
AASHTO’ya göre 1,5 katsayısıyla çarpılır (bkz. Tablo 5.6). Gelişen çivi başı servis
yükü (5.9) ampirik denklemiyle tahmin edilebilir. Çivi başı servis katsayısının, FF,
0,5 alınması önerilir.
Basit konfigürasyonlar için (sürşarjsız durum, uniform zemin durumu vb.) aktif
toprak basıncı katsayısı KA zemin mukavemetinin kohezyon bileşenini ihmal ederek
direkt olarak yayımlanan formüllerden ve dizayn kartlarından bulunabilir. Literatürde
yayımlananlar dışındaki daha karmaşık konfigürasyonlarda (çok tabakalı zemin,
karmaşık duvar geometrileri ve sürşarj yükü dağılımları vb.) çivi başı servis yükü
(5.10) denklemiyle hesaplanabilir.
PA aktif yükü, bir Coulomb tipi kayma yüzeyi (şev stabilitesi) hesaplaması
kullanılarak belirlenebilir. Eğer katsayılandırılmış tasarım çivi başı kuvveti tahmin
edilen çivi başı servis yükünden küçükse deneme kaplama / bağlantı tasarımı 2. adım
tekrarlanarak modifiye edilmelidir. [1] [9]
54
5.4.4 Kabul edilebilir çivi yükü destek diyagramlarının belirlenmesi (SYT) /
Tasarım çivi kuvveti destek diyagramlarının belirlenmesi (YDKT)
Servis yükü tasarımı yönteminde kabul edilebilir çivi yükü, yük ve dayanım
katsayıları yönteminde ise tasarım çivi mukavemetleri, çivi uzunluğu boyunca, her
bir çivi için, birer fonksiyon olarak belirlenir. [1] [9]
Servis Yükü Tasarımında, her bir çivi için kabul edilebilir çivi yükleri, çivi uzunluğu
boyunca bir fonksiyon olarak tanımlanır. Şekil 5.1 de görüldüğü üzere kabul
edilebilir çivi yükü, çivi uzunluğu boyunca bulunulan noktaya göre değişecektir ve
kabul edilebilir çivi başı yüküne, kabul edilebilir çivi tendon yüküne ve kabul
edilebilir çivi-enjeksiyon sıyrılma dayanımına bağlıdır.
Kabul edilebilir çivi başı yükü 2. adımda belirlenmiştir.
Kabul edilebilir çivi tendon yükü Tablo 5.6’da gösterildiği gibi, (AASHTO, 1992)
çivi tendonu akma mukavemetinin çivi tendon mukavemet katsayısıyla çarpımı
olarak alınır. No.19 çubuğu ( Standart çubuk boyutunda No.6 ya denk geliyor) zemin
çivisinde kullanılan minimum çubuk boyutu olarak önerilmiştir. Ama No.25’den
küçük çivi boyutlarında yapım aşamasında düşük rijitlik nedeniyle uzun çivi boyları
kullanılması durumu problemlere neden olabilir. Tablo 5.7’de çubuk boyutları ve
isimlendirilmesi gösterilmiştir.
Kabul edilebilir çivi sıyrılma dayanımı, kabul edilebilir çivi yükünün çivi uzunluğu
boyunca değişim oranını belirleyecektir ve çivi sıyrılma dayanımı katsayısının (bkz.
Tablo 5.6) nihai zemin-enjeksiyon sıyrılması dayanımı ile çarpılmış hali olarak
alınır. Nihai sıyrılma dayanımı lokal deneyimlerle, yayımlanmış bilgilerle veya arazi
deneyleriyle belirlenebilir ve genellikle birim çivi uzunluğuna düşen kuvvet terimiyle
gösterilir. [1] [9]
Tablo 5.6’nın birinci kolonundaki çivi mukavemet katsayıları I. Grup yük
kombinasyonu içindir. Diğer yük kombinasyonu grupları için Tablo 5.6 daki I. Grup
çivi yük katsayıları Tablo 5.1 deki son kolonun katsayılarının yüzdesine göre
arttırılır. Daha önceden değinildiği üzere, zemin çivili duvar uygulamaları için yük
kombinasyon grupları I, IV, ve VII’nin çoğu tasarım koşulları için kontrolü
benzerdir. Bu yüzden yük kombinasyon grupları IV ve VII için çivi yük katsayıları
ayrıca Tablo 5.6 da gösterilmiştir.
55
Tablo 5.6: Mukavemet ve güvenlik katsayıları, SYT [1]
Eleman
Yük Katsayısı
(Grup 1)
α
Yük Katsayısı
(Grup IV)
Yük Katsayısı
(Grup VII)
(Sismik)
Çivi BaĢı Kuvveti αF = Tablo 5.4 αF = Tablo 5.4 αF = Tablo 5.4
Çivi Tendonu Çekme
Kuvveti αN= 0,55 1.25(0.67)=0,83 1.33(0.55)=0,73
Zemin-Enjeksiyon
Sıyrılma Dayanımı αQ = 0,50 1.25(0.50)=0,63 1.33(0.50)=0,67
Zemin F = 1.35 (1.50*) 1.08 (1.20
*) 1.01 (1.13
*)
Zemin-Geçici Yapım
Durumu † F = 1.20 (1.35
*) Mevcut değil Mevcut Değil
Notlar:
Kabul Edilebilir Çivi Başı Yükü (TF) = αF (Nominal Çivi Başı Kuvveti) = αF TF
Kabul Edilebilir Çivi Tendon Yükü (TN) = αN (Tendon Akma Kuvveti) = αN TNN
Kabul Edilebilir Sıyrılma Dayanımı (Q) = αQ(Nihai Sıyrılma Dayanımı) = αQ TU
Gerekli Minimum Global Zemin Güvenlik Sayısı “F” (Grup I) = 1.35 (=1.50 kritik yapılar
için)
Gerekli Minimum Global Zemin Güvenlik Sayısı “F” (Grup IV) = 1.35 / 1.25 = 1.08 (=1.20
kritik yapılar için)
Gerekli Minimum Global Zemin Güvenlik Sayısı “F” (Grup VII) = 1.35 / 1.33 = 1.01 (=1.13
kritik yapılar için)
Gerekli Minimum Global Zemin Güvenlik Sayısı “F” – Geçici İnşaat Durumu = 1.20 (=1.35
kritik yapılar için) * Kritik Yapılar için Zemin Güvenlik Katsayıları
† Çivi yerleştirilmesinden önceki mevcut yarma kazısını takip eden geçici durumu.
Tablo 5.7: Çubuk boyutları (İngiliz ve Soft Metrik *) [1]
Çubuk Numarası Nominal Çap, inch
[mm]
Nominal Alan, inch2
[mm2]
3 [10]
4 [13]
5 [16]
0.375 [9.6]
0.500 [12.7]
0.625 [15.9]
0.11 [71]
0.20 [129]
0.31 [199]
6 [19]
7 [22]
8 [25]
0.750[19.1]
0.875 [22.2]
1.000 [25.4]
0.44 [284]
0.60 [387]
0.79 [510]
9 [29]
10 [32]
11 [36]
1.128 [28.7]
1.270 [32.3]
1.410 [35.8]
1.00 [645]
1.27 [819]
1.56 [1006]
14 [43]
18 [57]
1.693 [43.0]
2.257 [57.3]
2.25 [1452]
4.00 [2581]
Soft Metrik Çubuk Numarası, nominal çaplar ve alanlar parantez içersindeki değerlerdir.
Çubuk numaraları, nominal çubuk çapının milimetre cinsinden yaklaşık değeridir.
Yük ve Dayanım Katsayıları yönteminde de, her bir çivi için tasarım çivi kuvvetleri
çivi uzunluğu boyunca bir fonksiyon olarak tanımlanır. Şekil 5.1’de görüldüğü üzere
kabul edilebilir tasarım çivi kuvveti, çivi uzunluğu boyunca bulunulan noktaya göre
değişecektir ve tasarım çivi başı kuvvetine, tasarım çivi tendon kuvvetine ve tasarım
çivi-enjeksiyon sıyrılma dayanımına bağlıdır.
56
A Bölgesi’nde X noktasındaki çivi desteği = TF+ Qx
B Bölgesi’ndeki desteği = TF+ Qx
C Bölgesi’nde Y noktasındaki çivi desteği = QY
TF = Çivi başı kaplama bağlantısı kuvveti = Kabul Edilebilir Çivi Başı Yükü (SYT)
= Tasarım Çivi Başı Kuvveti (YDKT)
TN= Çivi tendon çekme kuvveti = Kabul Edilebilir Çivi Tendon Yükü (SYT)
= Tasarım Çivi Tendon Kuvveti (YDKT)
Q= Çivi-Sıyrılma dayanımı = Kabul Edilebilir Sıyrılma Dayanımı (SYT)
= Tasarım Sıyrılma Dayanımı (YDKT)
ġekil 5.1: Çivi destek diyagramı [1]
Tasarım çivi başı kuvveti 2. adımda Tablo 5.5’de gösterilen YDKT dayanım
katsayıları kullanılarak belirlenmiştir.
Tasarım çivi tendon kuvveti, tendon akma kuvvetiyle Tablo 5.8’de gösterilen
dayanım katsayısının çarpımı olarak alınır (AASHTO, 1994).
Tablo 5.8’de YDKT’de, Tablo 5.2’deki Limit Durum I ve IV ile Ekstrem Limit
Durum I (sismik yükleme) için, önerilen dayanım katsayıları özetlenmiştir. [1] [9]
Tasarım çivi sıyrılma dayanımı, tasarım çivi kuvvetinin çivi uzunluğu boyunca
değişim oranını belirleyecektir ve nihai zemin-enjeksiyon sıyrılması dayanımının bir
dayanım katsayısıyla (bkz. Tablo 5.8) çarpımı olarak alınır. Nihai sıyrılma dayanımı
yerel deneyimlerle, yayımlanmış bilgilerle veya arazi deneyleriyle belirlenebilir ve
genellikle birim çivi uzunluğuna düşen kuvvet terimiyle gösterilir.
B Bölgesi A Bölgesi C Bölgesi
TN
TF
x y Çivi Uzunluğu
X Y
Çivi BaĢı
57
Tablo 5.8: Dayanım katsayıları– YDKT [1]
Eleman
Dayanım Katsayısı
(Yük Limit Durumları)
Φ
Dayanım Katsayısı
(Ekstrem Limit
Durumları)
(Sismik)
Çivi BaĢı Kuvveti ΦF = Bkz. Tablo 5.5 Bkz. Tablo 5.5
Çivi Tendon Çekme
Kuvveti ΦN = 0,90 1,0
Zemin-Enjeksiyon
Sıyrılma Dayanımı ΦQ = 0,70 0,8
Zemin Kohezyonu ΦC = 0,90 (0,90*) 1,0 (1,0
*)
Eleman
Dayanım Katsayısı
(Yük Limit Durumları)
Φ
Dayanım Katsayısı
(Ekstrem Limit
Durumları)
(Sismik)
Zemin Sürtünmesi Φф = 0,75 (0,65*) 1,0 (0,9
*)
Eleman
Dayanım Katsayısı
(Yük Limit Durumları)
Φ
Dayanım Katsayısı
(Ekstrem Limit
Durumları)
(Sismik)
Zemin Kohezyonu –
Geçici Yapım Durumu† ΦC = 1,0 (1,0
*) Mevcut Değil
Zemin Sürtünmesi -
Geçici Yapım Durumu† Φф = 0,85 (0,75
*) Mevcut Değil
* “Kritik” yapılar için zemin yükleri dayanım katsayıları
Notlar:
Tasarım Çivi Başı Kuvveti (TF) = ΦF ( Nominal Çivi Başı Kuvveti) = ΦF TFN
Tasarım Çivi Tendon Kuvveti (TN) = ΦN( Tendon Akma Kuvveti) = ΦN TNN
Tasarım Sıyrılma Dayanımı (Q) = ΦQ( Nihai Sıyrılma Dayanımı) = ΦQ QU
Tasarım Zemin Kohezyonu (c) = ΦC( Nihai Zemin Kohezyonu) = ΦC cU
Tasarım Zemin Sürtünme Açısı (ф) = tan-1
(Φф [tan ф u] )
YDKT’ye göre katsayılarla azaltılmış dayanımlar katsayılarla arttırılmış yüklere eşit ya da
arttırılmış yüklerden büyük olması gerekmektedir( dayanım/yük ≥1).
† Çivi yerleştirilmesinden önceki mevcut yarma kazısını takip eden geçici durumu. No.19
çubuğu ( Standart çubuk boyutunda No.6 ya denk geliyor) zemin çivisinde kullanılan
minimum çubuk boyutu olarak önerilmiştir. Ama No.25’den küçük çivi boyutlarında
yapım aşamasında düşük rijitlik nedeniyle uzun çivi boyları kullanılması durumu
problemlere neden olabilir. Tablo 5.7’de çubuk boyutları ve isimlendirilmesi
gösterilmiştir.
58
5.4.5 Deneme çivi aralıklarının ve boylarının seçilmesi
Duvar deformasyonları ile ilgili katı sınırlamaların olmaması durumunda uniform
boyda bir çivi dağılımı seçilebilir. Çivilerin, yapım aşamasında ve kalite kontrolünde
kolaylık sağlaması açısından uniform boyda yerleştirilmesi oldukça yaygındır.
Çivilerin uniform olarak yerleştirilmesi ayrıca kullanılan toplam çivi uzunluğunun
daha az olmasını sağlar. Bu çivi yapısı genelde yüksek bir kayma güvenlik sayısı
değeri verir. [9]
Duvar deformasyonlarının kontrol edilmesi gereken durumlarda değişen çivi
uzunluklarına sahip çivi düzeni kullanılabilir. Zemin çivili duvar tasarımında farklı
uzunluklarda çiviler kullanılması durumunda uniform dağılımına göre sistemin
global analizdeki dengesi ve deformasyon dağılımı değişecektir. Zemin çivili
duvarlarda yapılan arazi ölçümleri, duvar yüksekliğinin üçte ikilik üst kısmındaki
çivi uzunluklarının alt kısımdan büyük olması durumunda duvarın şekil
değiştirmelerinin önemli ölçüde azaldığını göstermektedir. Duvar tepe noktası
yakınlarına ilave donatı yerleştirilmesi tepe noktasına yakın kritik bölgelerdeki duvar
hareketlerine karşı daha yüksek dayanım sağlayacaktır. Uniform olmayan çivi
düzeninde alt çivilerin daha kısa olması, kayma stabilitesi güvenlik sayısının daha
düşük olmasını sağlar.
Şekil 5.2’de eşit yükseklikteki duvarlar için toplam tasarım çivi boyları 1.35 güvenlik
sayısını (servis yükü tasarımı kullanılarak) sağlayacak şekilde farklı çivi düzeni
tasarımları gösterilmiştir. Hesaplanan en büyük toplam çivi boyu değeri (Şekil
5.2d’ye karşı gelen), uniform düzen için gerekenden (Şekil 5.2a) %12 daha fazladır.
Bu tasarım örneklerinde kıyaslama açısından, güvenlik sayısının derinlikle çivi
dağılımına karşı çok hassas olmadığını göstermiştir. Buna karşın, kesin çivi uzunluğu
dağılımları yakın güvenlik sayılarına sahip olmalarına rağmen diğer dağılımlara göre
daha az duvar deformasyon ile sonuçlanabilir. Ek olarak, bazı çivi uzunluğu
dağılımlarında duvarın alt kısmında çok kısa çivi uzunlukları bulunabilir ve bu
istenmeyen durum göçmeye sebebiyet verebilir. [9]
Zemin çivili duvarların performansları, üst sıralardaki çivilerin çok kısa olduğu
durumlarda daha büyük deformasyonların gözlendiğini göstermektedir. Zemin çivili
duvarlardaki deformasyonlarda, yapının üst kısımlarındaki çivi uzunluklarının
stabilite analizi için gerekli olan uzunluktan fazla olması durumda önemli bir düşüş
59
olabilmektedir. Genel olarak, zemin çivili bir duvarın global güvenlik sayısı arttıkça
duvar deformasyonları azalmaktadır. Bu yüzden diğer tüm değişkenler aynıyken
yapılan analizde Şekil 5.2c ve 5.2d’de görülen çivi dağılımlarında benzer sonuçlar
elde edilmiştir. Bu sonuçlara göre özellikle duvar tepe noktası yakınlarında, daha
küçük duvar deformasyon değerleri elde edilmiştir. [9] [16]
Duvar tabanında göreceli olarak daha fazla kayma stabilitesi sağlayan kohezyonsuz
sıkı zeminler bulunan duvarlarda, zemin çivileri duvarın üst üçte ikilik kısmında
uniform olarak, alt kısımda ise en küçük değer 0.5H’den (H, duvar yüksekliğini
vermek üzere) fazla olmak üzere başarılı bir şekilde yerleştirilir. Pratikte, alt
sıralardaki çivi uzunlukları asla 0.5H’den kısa olmamalıdır, çünkü 0.5H’den kısa çivi
uzunlukları kayma stabilitesi şartlarını sağlamakta yeterli olmayacaktır. Tüm
durumlarda, özellikle de alt kısımlarda zemin çivisi boylarının azaldığı durumlarda
kaymayı dikkate alan stabilite analizlerinin yapılması detaylı tasarımın bir parçası
olarak gerekmektedir.
Genellikle, değişen çivi boyları daha komplike bir yerleşimle sonuçlanır ve daha
fazla çivi malzemesi gerektirir. Bununla beraber, çoğu zemin çivisi projesinde
performans kriterinin baz alındığı belirtilmiştir, müteahhitler deformasyonları
azaltmak için üst sıralarda daha uzun çiviler kullanmayı tercih edebilirler. Proje
şartnameleri, kamulaştırma alanı sınırlamaları, yeraltı şebekeleri veya altyapının
bulunması ve özel deformasyon kriterleri şartlarını sağlamalıdır.
Fizibilite değerlendirmeleri için, ön tasarımda çivi boyları 0.7H olarak alınabilir.
Eğer büyük bir sürşarj yükü varsa veya duvar yüksekliği fazlaysa (10 m’den büyük)
çivi boyları 0.7H’dan büyük olabilir.
Byrne ve diğ. (1998) tarafından önerilen çivi yerleşimi her iki tasarım yöntemi için
şu şekildedir: [9]
Mukavemetin limit durum şartlarını sağlaması, tasarımın uygun olmasında yeterli
olmayacaktır. Uygun bir çivi yerleşim düzeni için ilave sınırlamaların sağlanması
gerekir. Bu yüzden, aşağıda belirtilen çivi boyu tasarım analizi ampirik
sınırlamalarının, limit denge tasarımı hesaplarında kullanılması önerilmiştir.
a) Baş kısımları duvar yüksekliğinin üst yarısında bulunan çivilerin boyları uniform
olmalıdır.
60
b) Baş kısımları duvar yüksekliğinin alt yarısında bulunan çiviler Şekil 5.3’de
verilen şekilde azaltılan çivi uzunluklarına sahiptiler.
Birim Hacim Ağırlık γ 120 pcf
Zemin Sürtünme Açısı ф' 35 º
Kohezyon c' 100 psf
Delik Çapı DDH 4 inch
Nihai Bağ Kuvveti qu 20 psi
Sıyrılma Güvenlik Sayısı FSP 2,0
Global Güvenlik Sayısı FSG 1,35
ġekil 5.2: Farklı çivi uzunluğu dağılımlarının etkisi [16]
Bu tasarım önerilerinin amacı, duvarın üst kısmında kurulacak yeterli (uzunluk ve
mukavemetçe) çivi donatısı sağlamaktır. Çivi yüklerinin ve duvar hareketlerinin
ölçüldüğü zemin çivili duvar görüntülenmesi ve enstrümantasyonu işlemleri, zemin
çivili duvarın yukardan aşağıya doğru olan yapım yönteminin sonucu olarak, duvarın
üst kısmındaki çivilerin alt kısımdakilere göre gelişen direnç kuvveti ve deplasmanın
kontrolünde önemli miktarda önde olduğunu göstermiştir. Eğer hesaplanan limit
durum kuvveti alt çivilere düşen payı aşarsa, bu durumda duvarın üst kısmında daha
61
kısa çivilerin ve/veya küçük tendon boyutlarının bulunmasının etkisi olabilir, bu da
servis performansını düşürdüğü için istenmez.
0
0,5
1
1,5
2
0 0,2 0,4 0,6
R
Q D
/ (L
/H)
ġekil 5.3: Çivi uzunluğu dağılımları [1]
H/2
r1L
r2 L
1,0
r2
H
r1
R
L
L
L
Not: “r” değeri duvar orta
yüksekliğinde 1.0 değeri ile duvarın
tabanında “R” değeri arasında lineer
interpolasyon ile saptanmaktadır.
L = Maksimum Çivi Uzunluğu
H = Duvar Yüksekliği
QD = Boyutsuz Sıyrılma Dayanımı
= α Q QU/(γSHSV) (SYT)
=ΦQ QU/(ΓWγSHSV) (YDKT)
α Q = Sıyrılma dayanımı mukavemet
katsayısı (SYT)
ΦQ = Sıyrılma dayanımı katsayısı
(YDKT)
QU = Nihai sıyrılma dayanımı
γ = Birim hacim ağırlık
SH = Yatay çivi aralığı
SV = Düşey çivi aralığı
ΓW = Zemin ağırlık yük katsayısı
(YDKT)
62
Yukarıda verilen tasarım hesaplamalarında kabul edilen çivi boyu dağılımı önerisinin
yerleştirilen çivi dağılımının tamamen bu örneğe karşı gelmesi gerektiği anlamına
gelmediğine dikkat edilmelidir. Çivilerin, yapım aşamasında kolaylık sağlaması
açısından uniform boyda yerleştirilmesi oldukça yaygındır. Dış stabilite şartları
sağlandığında (bkz. 8. adım) duvarın alt kısmına daha kısa çivilerin yerleştirilmesi
mümkün olabilir.
5.4.6 Nihai zemin mukavemetlerinin (SYT) / Tasarım zemin mukavemetlerinin
(YDKT) belirlenmesi
Analiz için, Servis Yükü yönteminde nihai zemin mukavemetleri; Yük ve Dayanım
Katsayıları yönteminde ise tasarım zemin mukavemetleri belirlenir. Uygun
doğruluktaki zemin mukavemet karakteristikleri tasarım aşamasının önemli bir
parçasıdır ve tecrübeli kalifiye geoteknik personeli tarafından yapılmalıdır.
Tasarım zemin kuvveti, nihai zemin kuvveti değerinin Tablo 5.8’de verilen dayanım
katsayıları ile çarpımı sonucunda elde edilmektedir. [1] [9]
5.4.7 Güvenlik sayısının hesaplanması (SYT) / Dayanım/yük oranının
hesaplanması (YDKT)
Limit denge güvenlik katsayısı her bir potansiyel kayma yüzeyi için, deneme
düzenindeki zemin çivileri tarafından sağlanan ilave stabilizasyon kuvvetleri de
dikkate alınarak hesaplanır. Kritik olmayan yapılar için hesaplanan minimum global
zemin güvenlik katsayısının 1,35 olması önerilir, kabul edilebilir çivi yükleri ve nihai
zemin mukavemetleri de hesaba katılır. 1,35’lik global zemin güvenlik katsayısı
Tablo 5.1’deki 1. Grup yük kombinasyonuna uygulanır. Diğer yük kombinasyonu
grupları için, Tablo 5.6’daki global zemin güvenlik katsayıları Tablo 5.1’in son
kolonundaki yüzde katsayılarına göre azaltılır. Tablo 5.6 IV. ve VII. (sismik
yükleme) Grup yük kombinasyonları için önerilen global zemin güvenlik
katsayılarının sırasıyla 1,08 ve 1,01 olduğunu göstermektedir. Tablo 5.6 ayrıca bu
gereken minimum güvenlik katsayılarının zemin çivili duvarın kritik bir yapıyı
(köprü ayağı vb.) desteklemesi durumunda arttırılması gerektiğini belirtmektedir.
Ayrıca zemin çivili duvarın yapım aşamasında da stabilitesinin kontrolü
gerekecektir. Bu değerlendirmede yapım aşamasındaki kazı yapılırken bir önceki
aşamada kurulan çivinin uyguladığı kuvvetler gibi geçici durumlar dikkate
63
alınmalıdır. Bu şartlar altında, benzer geçici doğal durumlar nedeniyle uygulanan
çivi mukavemet katsayılarının Tablo 5.6’da gösterilen şekilde aynen uygulanması,
fakat gerekli global zemin güvenlik katsayısının 1,2 (kritik yapılarda 1,35) değerine
düşürülerek uygulanması önerilmektedir. Genelde çoğu uygulamalarda ve tipik
yapım koşullarında, yapım stabilite şartları tasarımda kontrol edilmeyecektir. Ama,
duvara komşu bulunan önemli büyüklükteki sürşarj yükü gibi belirli durumlarda
yapım aşaması daha kritik olabilir. [1] [9]
Yük ve Dayanım Katsayıları yönteminde de, limit denge dayanım/yük oranı her bir
potansiyel kayma yüzeyi için, deneme düzenindeki zemin çivileri tarafından
sağlanan ilave stabilizasyon kuvvetleri de dikkate alınarak hesaplanır. YDKT için,
tüm yükler katsayılarla artırılır ve zemin kayma mukavemeti dahil olmak üzere tüm
dayanım kuvvetleri katsayılarla azaltılır. Azaltılmış dayanım değerlerinin arttırılmış
yük değerlerine eşit olmasını veya bu değerleri aşmasını sağlamak için tasarım çivi
mukavemetleri ve tasarım zemin mukavemetleri (bkz. Tablo 5.8) ile hesaplanan en
düşük global dayanım/yük oranının 1.0 olması gerekmektedir. Tablo 5.8, tavsiye
edilen zemin mukavemeti dayanım katsayılarının zemin çivili duvarın kritik yapıları
desteklemesi durumunda azaltıldığını göstermektedir.
Ayrıca zemin çivili duvarın yapım aşamasındaki stabilitesinin de kontrolü
gerekecektir. Özellikle, kazının yapıldığı fakat çivilerin henüz yerleştirilmediği
geçici yapım aşaması göz önüne bulundurulmalıdır. Bu durumda, bu tip koşulların
geçici olması nedeniyle çivi dayanım katsayılarının Tablo 5.8’de gösterilenlerle aynı
alınıp uygulanması önerilmektedir, fakat zemin mukavemeti dayanım katsayılarının
Tablo 5.8’de görüldüğü gibi zemin sürtünmesi için 0.85 (kritik yapılarda 0.75) ve
zemin kohezyonu için 1.0 değerlerine artırılmalıdır. Genellikle çoğu uygulamalarda
ve tipik yapım koşullarında, yapım stabilite şartları tasarımda kontrol edilmeyecektir.
Ancak, yapım sırasında duvara bitişik olarak bulunan önemli büyüklükteki sürşarj
yükü gibi belirli durumlarda yapım aşaması daha kritik olabilir. [1] [9]
5.4.8 DıĢ stabilite kontrolü
Potansiyel dış göçme modları için stabilite analizleri uygulanır. Kayma yüzeyi
yöntemiyle dikkate alınması gereken potansiyel dış göçme modları zemin çivili
kütlenin dış toptan göçmesini ve yanal yüklenmiş zemin çivili ağırlık duvarının
64
altındaki temel taşıma gücü göçmesini içerir. Göçme modlarının analiz metotları,
ağırlık istinat yapıları için kullanılanlarla aynıdır.
Servis yükü tasarımında, şev toptan göçme analizi için gereken güvenlik katsayısı
Grup I yüklemesi için 1,3 ’tür (eğer köprü ayakları zemin çivili duvarla
destekleniyorsa 1,5'dir). Yük ve dayanım katsayıları tasarımında ise şev toptan
stabilitesinde, limit durum yüklemesi (AASHTO, 1992) için nihai zemin
mukavemetlerine uygulanan uygun dayanım katsayısı 0.85’dir. Şev toptan göçme
stabilite kontrolü yapılırken, dikkate alınan potansiyel kayma yüzeyinin duvar
tabanının altından ve dış arka şev veya duvar topuğunun önünden geçtiği
verilmelidir. Bu durum eğer yeraltı su seviyesi duvar tabanına yakınsa daha kritik
olacaktır. Bu nedenle, eğer stabilite analizlerinin onayladığı derin göçme modları
kontrol edilmeyecekse,duvarın alt kısmındaki çivi boylarının kısaltılması önerilmez.
Taşıma gücünün tasarımda nadiren kontrol edilmesine rağmen, global stabiliteden
emin olmak için kaba bir taşıma gücü kontrolü yapılmalıdır. Genelde, taşıma gücü
zemin çivili kütlenin genişliğine eşit derinliklerde kohezyonlu zeminlerin olması
durumunda kontrol edilmelidir. Aşağıdaki (5.11), (5,12) ve (5.13) denklemleri taşıma
gücü problemi veya tabanın kalkması probleminin olup olmadığını belirlemek için
kullanılmalıdır. [1] [9]
Temel altındaki kohezyonlu zemin derinliği zemin çivili blok genişliğinden çok
çok küçükse:
5.2)/(
yCH
CNFS
U
UC
(5.11)
Temel altındaki kohezyonlu zemin derinliği zemin çivili blok genişliğine eşitse:
5.214,5
H
CFS U
(5.12)
Temel altındaki kohezyonlu zemin derinliği zemin çivili blok genişliğinden
küçükse:
5.2)/(
14,5
yCH
CFS
U
U
(5.13)
H : kazı yüksekliği
y : temel altındaki kohezyonlu zemin derinliği
cu : nihai kohezyon
65
γ : birim hacim ağırlık
NC : taşıma gücü katsayısı
Bu analizlerden elde edilen güvenlik katsayıları 2,5’den azsa Şekil 5.4’deki gibi daha
titiz bir taşıma gücü analizi yapılmalıdır.
Servis yükü tasarımında, I. Grup yük kombinasyonu için taşıma gücü göçmesine
karşı güvenlik katsayısının minimum 2,5 değerini alması önerilir. Diğer yük
kombinasyonu gruplarında hassas analiz için gerekli minimum güvenlik katsayısı
Tablo 5.1’in son kolonunun yüzde katsayılarına göre azaltılmalıdır (IV. Grup için
güvenlik katsayısı 2,5/1,25=2,0 ve VII. Grup için güvenlik katsayısı 2,5/1,33=1,9 ).
N -Düşey dengeden (N=W)
X0- Moment dengesinden
NyPBWX
NMX
/).2/.(
/
0
0
Taşıma gücü
F
q
B
Nq ult
maks
B′ = 2X0
F = Güvenlik Sayısı
qult = Nihai Taşıma Kapasitesi
Dönmeye Karşı Eksantrisite Kontrolü
6/2/ 0 BXBe
N - Katsayılı yükleri kullanan düşey dengeden
(N=ΓwW)
X0- Katsayılı yükleri kullanan moment
dengesinden
NyPBWX
NMX
/).2/.(
/
0
0
Taşıma gücü
ultmaks qB
Nq
B′ = 2X0
Ф =Taşıma Gücü Dayanım Katsayısı
qult = Nihai Taşıma Kapasitesi
Dönmeye Karşı Eksantrisite Kontrolü
4/2/ 0 BXBe
NOT:
W = Güçlendirilmiş Bölgenin Ağırlığı
P = Toprak Basıncı Yükü
y = P’nin Uygulama Noktası
B = Zemin Çivili Bloğun Taban Genişliği
ġekil 5.4: Zemin alt kotundaki taşıma gücü metodolojisi (devamı arka sayfada)
N X0
qmaks
H
W
B
B'
P
y
N X0
qmaks
H
wW
B
B'
P
y
SYT YDKT
66
“”
ġekil 5.4 (devam): Zemin alt kotundaki taşıma gücü metodolojisi [1]
YDKT
X1
XM
X2
H P
(3)
P(2)
P(1)
q
B
y2
XM =(X1 + X2) / 2
P(1)
=Zemin Ağırlığından Kaynaklanan Statik
Toprak Basıncı (y1 = H/3 )
P(2)
= Sürşarjdan Kaynaklanana Statik Toprak Basıncı
( y2 = H/2 )
P(3)
= Zemin Ağırlığından Kaynaklanan Dinamik
Toprak Basıncı (y3 = 0,6H )
Coulomb ve Mononobe-Okabe Yöntemleri
Kullanılarak Belirlenen Toprak Basıncı Yükü
Bileşenleri:
P Toprak Basıncı Yükünün Eğimi
a. Yatay Arka Şev -Yatay P
b. Eğimli Arka Şev - Eğimli P
P’nin yatayla yaptığı açı arka şevin Yatayla Yaptığı açı,
kadardır.
c. Kırıklı Arka Şev – i açısında P
Toprak Basıncının (P) Büyüklüğü ve Uygulama
Noktası (y)
i
i
2H
P
B
H
Nihai Taşıma Gücü, qult
qult = cu Nc sc ic + 0,5 B' Nsi
Nc , N- Taşıma Gücü Katsayıları
sc , s- Şekil Katsayıları
ic , i - Yük Eğim Katsayıları
- Temel Zemininin Birim Hacim
Ağırlığı
Yeraltı suyunun duvar tabanının B-1,5B
derinliği değerleri içerisinde olması
halinde, kaldırma kuvveti etkilerinin
dahil edilmesi için AASHTO (15.
Basım) 4.4.7.1.1.6 veya AASHTO
(LRFD, 1. Basım) 10.6.3.1’e göre uygun
küçültme katsayıları kullanılır
qult’ın belirlenmesinde, kabul edilmiş
diğer yaklaşımlar da kullanılabilir.
67
Yük ve dayanım katsayıları tasarımında ise hassas analizde Limit Yük Durumu I ve
IV için nihai taşıma kapasitesine uygulanan uygun dayanım katsayısı AASHTO
YDKY Köprü Tasarım Şartnamelerinde Bölüm 10.5.4’de verilmiştir (AASHTO,
1994). Ekstrem Limit Durumlarda uygun dayanım katsayısı 1,0’dır.
5.4.9 Üst konsol kontrolü
Üst konsol kontrolü her iki tasarım yönteminde de aynı şekilde uygulanır. Zemin
çivili duvar yüzünün en üstteki çivi sırasının üzerinde kalan konsol bölümü, komşu
zeminin kendi ağırlığından ve sürşarj yüklemelerinden veya komşu zeminin üzerine
etkiyen atalet kuvvetlerinden meydana gelen toprak basınçlarına maruzdur. Bu
toprak basınçlarının büyüklüğü sadece zemin mukavemetine bağlı değil, eğer varsa
konsol arkasında bulunan dolgunun oluşturulma yöntemine de bağlıdır. Yapım
sırasında üst konsolun arkasında dolgu yerleştirilmesi ve sıkıştırılması sonucundaki
gerilmenin bulunmaması durumunda duvarın üst konsol bölümü için bir aktif toprak
basıncı katsayısı varsayılabilir. Çünkü üst konsol, komşu açıklıklara doğru zemin
kemerlenmesiyle yeni bir yük dağılımı oluşturamaz, eğer en üst çivi sırasının altında
kalan kaplamada kemerlenme oluşursa konsoldaki denge durumu mukavemeti, Şekil
5.5’te anlatıldığı gibi konsol tabanında moment ve kesme için kontrol edilmelidir.
Eğer duvarın üst konsol bölümünün yakınlarında ağır kompaksiyon varsa, ek yanal
toprak basınçları duvara etkiyecektir. Bu nedenle eğer bu bölgede dolgu sıkıştırma
işlemi yapılması gerekiyorsa hafif sıkıştırma ekipmanları kullanılmalıdır.
Yatay açıklık doğrultusunda, konsol açıklıklar zemin çivili duvarın sonlarında ve
kalıcı kaplamanın düşey genleşme bağlantıları bölgelerinde olacaktır. Genellikle
pratikte genleşme bağlantıları için aynı çivi örneği ve uniform yatay çivi açıklığı
kalan duvar bölümünde olduğu gibi tutulur ve genleşme bağlantıları iki çivi kolonu
arasına yerleştirilir. Konsollu son açıklıklar için normal tasarım ve yapımda konsol
açıklığı genellikle ortalama çivi aralıklarının üçte biri veya üçte ikisi oranındadır.
Eğer bu kritere bağlı kalınırsa bu bölgelerde kaplama için ilave formal tasarım
gerekmez. [1] [9]
Bu yapı uygulamalarında yatay konsol açıklıklarının iyi performansıyla ilgili tutarlı
sonuçlar vermektedir. Yukarıda anlatılan geometri sınırlamalarının ana nedeni konsol
açıklığı arkasındaki zeminin komşu iç açıklıkta oluşan küçük deformasyon
artışlarıyla yeniden basınç dağılımı yapılmasına izin vermektir.
68
Tasarım Kontrolü (SYT):
1) Yukarıda belirtilen kritik kesitte, servis kesme kuvveti ( Konsoldaki kuvvet dengesinden
hesaplanır. ) kabul edilebilir kesme kuvvetini (Geçerli AASHTO Köprü Şartnamelerini
temel alan konsol nominal kesme kuvveti ile Tablo 5.4’deki kaplama zımbalaması için
çivi başı yük katsayısı ile çarpımı şeklinde hesaplanır. ) aşmamalıdır.
2) Yukarıda belirtilen kritik kesitte, servis momenti ( Konsoldaki moment dengesinden
hesaplanır. ) kabul edilebilir momenti ( Geçerli AASHTO Köprü Şartnamelerini temel
alan konsol nominal eğilme mukavemeti ile Tablo 5.4’deki kaplama eğilme yük
katsayısı ile çarpımı şeklinde hesaplanır. ) aşmamalıdır.
Tasarım Kontrolü (YDKT):
1) Yukarıda belirtilen kritik kesitte, katsayılı kesme kuvveti ( Konsoldaki kuvvet
dengesinden hesaplanır.)tasarım kesme kuvvetini (Geçerli AASHTO Köprü
Şartnamelerini temel alan konsol nominal kesme kuvveti ile Tablo 5.5’deki kaplama
zımbalaması için çivi başı kuvveti katsayısı ile çarpımı şeklinde hesaplanır. )
aşmamalıdır.
2) Yukarıda belirtilen kritik kesitte, katsayılı moment ( Konsoldaki moment dengesinden
hesaplanır. ) tasarım momentinin (Geçerli AASHTO Köprü Şartnamelerini temel alan
konsol nominal eğilme mukavemeti ile Tablo 5.4’deki kaplama eğilme dayanımı ile
çarpımı şeklinde hesaplanır.) aşmamalıdır.
ġekil 5.5: Üst konsol tasarım kontrolleri [1].
Duvar tabanındaki konsolda yapım yöntemi genellikle yapım aşamasında konsol
bölümde minimal veya sıfır yüklemeye neden olur. Ayrıca bu bölgedeki herhangi bir
uzun süreli yükleme durumunda bu kaplama bölümü boyunca kazı tabanına doğru
kemerlenme potansiyeli vardır. Bu nedenle taban konsolunda formal kaplamaya
69
gerek yoktur. Ayrıca duvar tabanı ile alt çivi sırası arası mesafenin ortalama çivi
aralıklarının üçte ikisini geçmemesi önerilir.
5.4.10 Kaplama donatı detayları kontrolü
Kaplama donatı detayları kontrolü kapsamında Servis Yükü yönteminde yatay donatı
kontrolü, minimum donatı oranları, minimum kaplama şartları dikkate alınır.
5.4.11 Servis kontrolü
Aşırı deformasyon ve çatlaklara bağlı duvar fonksiyonları kontrol edilir. (örn. Servis
limit durumu kontrolü) Aşağıdaki durumlar göz önünde bulundurulmalıdır:
5.4.11.1 Kaplamanın servis çökmesi ve çatlak geniĢlikleri
ACI Betonarme Yapım Şartları Standardı ( plaklar AASHTO’da belirtilmemiştir ) ’in
plaklar için alınan tedbirlerine göre, zemin çivili duvar kaplamasının çatlak
genişlikleri kontrol edilmez. Fakat ACI, 1995, ulaşılması gereken minimum
açıklık/derinlik oranları veya çökme/açıklık oranları ile plak çökmesi kriterini
sağlamaktadır. Kalıcı ve geçici duvarların her ikisinde de açıklık-derinlik oranı asla
20’yi geçmediği için servis yükü seviyelerinde meydana gelen yapısal çökme
önemsizdir.
Zemin çivili kalıcı duvarların üst konsolları aslında konsol çalışan plaklardır ve içteki
iki yönlü açıklıklara göre daha büyük efektif açıklık-derinlik oranına sahip
olabilirler. Bu yüzden servis çatlak genişlikleri ( donatıdaki gerilmeler ) geleneksel
konsol istinat duvarı mesnedinde olduğu gibi kontrol edilmelidir. Servis yükü
tasarımında Karayolu Köprüleri Standart Şartnameleri, 15. Basım’ın 8.16.8.4.
bölümündeki, yük ve dayanım katsayıları tasarımında ise AASHTO YDKY Köprü
Tasarım Şartnameleri Bölüm 5.7.3.4’deki önlemler çatlak genişliklerini kontrol
etmek için kullanılır (AASHTO, 1992; AASHTO, 1994). Çoğu geçici kaplamalarda
(geçici bir iksa sisteminin parçası veya kalıcı duvarın kaplama yapısı olsa da) servis
gerekçelerinde dikkate alınması gereken herhangi bir estetik veya durabilite kaygısı
olmadığından dayatma yapılmaz. [1] [9]
5.4.11.2 Duvar yapısının toplam deplasmanı
FHWA-SA-96-069R Bölüm 2.4.6 da deplasman miktarları ve çeşitli zemin tiplerinde
uygulanan zemin çivili duvar yapılarındaki tipik örnekleri tartışılmıştır. Duvarın
70
servis durumunun komşu yapıların üzerindeki potansiyel etkilerle değerlendirilmesi
gerektiği için Bölüm 2.4.6'daki bilgiler bu tanımlamaları yapmak için kullanılabilir.
Tabi ki duvar yapısıyla ilgili deplasman değerlendirmesi zemin çivili duvarın
uygunluğunun belirlenmesi için projenin başında yapılmalıdır. [1] [9]
5.4.11.3 Kaplamanın düĢey genleĢme ve büzülme bağlantıları
Düşey bağlantılar geçici püskürtme beton yapı kaplamalarında gerekli değildir.
Her bir büzülme bağlantısı ( Servis Yükü yönteminde AASHTO, 1992 Bölüm
5.5.6.5, Yük ve Dayanım Katsayıları yönteminde ise AASHTO, 1994 Bölüm
11.6.1.5, YDKT ve Bölüm 5.5.6.5 ) yaklaşık 10 m’yi ve genleşme bağlantısı yaklaşık
30 m’yi aşmayacak şekilde yerleştirilir ve yerinde oluşturulan veya püskürtme beton
kalıcı duvar son kaplamalarında kullanılabilir. [1] [9]
5.4.12 Sismik tasarım
Servis Yükü Tasarımı yöntemine göre, sismik yükleme durumunda, yapısal
mukavemet katsayıları ve zemin güvenlik katsayısı Tablo 5.1’de verilen yüzdelerle
modifiye edilmelidir. Yük kombinasyon grubu VII için öneriler daha önceden
tartışılmıştır. Yük ve Dayanım Katsayıları Tasarımı yönteminde ise, Sismik yükleme
durumunda, dayanım katsayıları Tablo 5.8’de verilen değerlere göre oluşturulmalı ve
Tablo 5.2'deki Ekstrem durum I için yük katsayıları ve yük kombinasyonu
değerlendirilmelidir.
Her iki yöntemde de, kaplama kısıtlı bir süre kullanılacak olması durumunda sismik
yükleme durumunun göz önünde bulundurulması gerekmemektedir. Sismik yükleme,
pseudo-statik bir atalet kuvvetinin sismik katsayısı uygulaması ile hesaplanır.
Aşağıda uygun sismik tasarım katsayısının tanımlanması ile ilgili öneriler
bulunmaktadır: [1] [9]
1) Uygun deprem tasarım pik yer ivmesi APK seçilir. Arazi spesifik bilgilerinin veya
yerel sismik haritanın olmaması durumunda APK AASHTO, 1992 Bölüm 1A (her
iki yöntem için ayrı) yatay ivme haritalarından alınabilir.
2) İç kayma yüzeyi (örn. Kayma yüzeyinin çivileri kesmesi durumu) için sismik
dizayn katsayısı A=(1,45-APK)APK olarak tanımlanır. (SYT için AASHTO, 1992
Karayolu Köprüleri Standart Şartnameleri, 15. Basım, bölüm 5.8.10 toprakarme
duvarlar için öneriler; YDKT için AASHTO, 1994 YDKT Köprü Yapım
71
Şartnameleri, 1. Basım, Bölüm 11.9.6 toprakarme duvarlar için öneriler ) Bu
sismik dizayn katsayısı bir pseudo -statik deprem ivmesi olarak iç kayma modları
için uygulanabilir. İç kayma modları Şekil 5.6’da tanımlanmıştır.
İç Kayma Yüzeyleri – Zemin Yüzeyiyle Kesişme Mesafesi < D
Dış Kayma Yüzeyleri – Zemin Yüzeyiyle Kesişme Mesafesi > D
D = Çivi uçlarının zarfının zemin yüzeyiyle kesişme noktasının duvarın üst noktasına yatay
uzaklığı
ġekil 5.6: Sismik yükleme şartları için iç ve dış kayma yüzeylerinin tanımları [1]
3) Dış kayma yüzeyi (örn. Kayma yüzeyinin zemin çivilerini hiç kesmemesi veya
çok az kesmesi durumları) için, sismik pseudo-statik katsayısı A, tasarım
boyunca tölare edilebilen istinat duvarı kalıcı deplasmanına göre çeşitlilik
gösterir. Örneğin, eğer duvar 250 APK mm’nin (APK, tasarım deprem ivmesinin
yerçekimi ivmesine oranı) üzerindeki kalıcı deformasyonu tölare edilebiliyorsa,
0,5 APK’lık bir tasarım sismik katsayısı kabul edilebilir (SYT için Bölüm 6,
Kısım 1A-Sismik Tasarım, AASHTO,1992 15. Basım; Bölüm 11, Ek A,
AASHTO,1994 YTKT, 1. Basım). Diğer tölare edilebilir kalıcı deplasmanlar için
uygun sismik ivme katsayısı AASHTO’ya göre belirlenebilir.
4) Güçlendirilmiş zemin bloğunun sismik taşıma gücü değerlendirmesi için sismik
tasarım katsayısının 0,5 APK alınması önerilir.
72
6. EĞĠMLĠ YÜZEYLERDE ZEMĠN ÇĠVĠSĠ UYGULAMASI
6.1 Tasarımda Kullanılan Hesap Yöntemi
Bu tez çalışması, FHWA tarafından zemin çivili duvar hesabı için hazırlanan
FHWA-SA-96-069R şartnamesini temel almaktadır. Şartnamede detaylarıyla
açıklanmış olan iki tasarım yöntemi; Servis Yükü Tasarımı ve Yük ve Dayanım
Katsayıları Tasarımı karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu amaçla Açıkel A.S.’in
yüksek lisans tezinde Microsoft Excel kullanarak hazırlamış olduğu sürşarj yükü
olmayan dik zemin çivili istinat yapıları ile ilgili program tekrar düzenlenmiş ve
geliştirilmiştir. Programda, duvar yüz açıları 10° olan ve farklı arka şev açılarına
sahip geçici duvarların her iki tasarım yöntemiyle statik hesabı yapılmaktadır.
Hesap yönteminin ilk adımında, zemin parametreleri (sürtünme açısı, ; birim hacim
ağırlık, ; kohezyon, c; nihai sıyrılma dayanımı, Qu) ve geometrik parametreler
(duvar yüksekliği, H; yatay çivi aralığı, sh; düşey çivi aralığı, sv; duvar yüz açısı, α;
arka şev açısı, β) girilip, ilgili şartnamede yer alan ön tasarım kart gruplarından
yararlanarak ön tasarım çivi boyu hesaplanmakta ve uygun çivi donatısı
seçilmektedir. Arka şev açısı 0°, 10°, 20° ve 34° olarak düzenlenmiş ve her birinde
0° ve 10°’lik duvar yüz açıları ayrı ayrı incelenmiş 4 adet ön tasarım kart grubu
bulunmaktadır. Bu tasarım kartları, bir yazılım programı yardımıyla kartlar
üzerindeki her bir eğriden yaklaşık 350 noktanın koordinatları alınarak Excel'de
tekrardan oluşturulmuştur. Excel’de çizilen bu eğriler üzerinden yaklaşım eğrileri
geçirilmiş ve bu eğrilerin formülleri elde edilmiştir. Programda bu formüllerden
yararlanılmış, bir nevi ön tasarım kart grupları programa aktarılmıştır. Ara değerler
için interpolasyon yapılmıştır.
İkinci adımda, geçici duvarlar için zemin çivisi ile ilgili iç stabilite kontrolleri
yapılmaktadır. İlgili şartnamede belirtildiği üzere geçici duvarlar için iç stabilite
kontrolleri; kaplama eğilmesi ve zımbalama kontrollerinden ibarettir. İç stabilite
kontrollerinin sağlanması için uygun kaplama kalınlığı, ezilme plakası genişliği,
73
enjeksiyon çapı, hasır donatı, ve malzemelerin mukavemet değerleri (donatı akma
mukavemeti ve 28 günlük beton mukavemeti) seçilir ve kabul edilebilir çivi başı
kuvveti (SYT) ile tasarım çivi başı kuvveti (YDKT) hesaplanır.
Üçüncü adımda, en alt çivi sırasına gelen max yanal toprak basıncı hesaplanıp, bir
önceki adımda bulunan en elverişsiz, kabul edilebilir çivi başı kuvvetinden (SYT) ve
tasarım çivi başı kuvvetinden (YDKT) küçük olduğu onaylanır.
Dördüncü ve beşinci adımlarda, çivi uzunluk dağılımı tablosundan yararlanarak
(Şekil 5.3) her çivi sırasına ait çivi boyları hesaplanır. Çivilerin kayma yüzeyini
kestiği noktalar ve bu noktalardaki çivi destek kuvvetleri belirlenir.
Altıncı adımda, nihai zemin mukavemetleri (SYT) ve tasarım zemin mukavemetleri
hesaplanır. Nihai zemin mukavemetleri değişmezken, tasarım zemin mukavemetleri,
nihai zemin mukavemetlerinin dayanım katsayıları (Tablo 5.8) ile çarpımı sonucunda
elde edilir.
Yedinci adımda, kayma kaması kabulü yapılıp, bu yüzeydeki karşı koyan yüklerin
devirici yüklere oranı alınarak, güvenlik sayısı (SYT) ve dayanım/yük oranı (YDKT)
hesaplanır ve bu oranların geçici duvarlarda, SYT ve YDKT için sırasıyla minimum
oranlar olan 1,2 ve 1’den büyük olduğu onaylanır. Programda Güvenlik sayısının
(SYT) ve dayanım/yük oranının (YDKT) hesabı geliştirilmiş Rankine kayma kaması
yaklaşımı ile yapılmıştır (Şekil 6.1).
Sekizinci adımda, kayma yüzeyi içerisindeki zemin kütlesi alanlara bölünür ve
toprak itkisini de göz önünde tutarak her bir parçadan gelen kuvvet ve moment
hesaplanıp maksimum taşıma kapasitesi (qmax) tayin edilir. Bulunan bu maksimum
taşıma kapasitelerinin SYT için nihai taşıma kapasitesi / GS(2,5)’dan küçük olduğu;
YDKT için ise katsayılandırılmış nihai taşıma kapasitesinden küçük olduğu
onaylanır. Ayrıca iki yöntem için de duvar tabanının dönmeye karşı eksantrisite
kontrolü yapılır.
Geçici duvarlar için son adım olan dokuzuncu adımda, yani üst konsol kontrolünde
ise, birinci çivi sırası için kesme ve eğilme tahkikleri yapılır. Kesme tahkikinde, ilk
sıra çivi başlangıç zemin kotundan 1m aşağıya çakıldığından 1m yükseklik için
toprak itkisi nedeniyle oluşan kesme kuvveti bulunur ve SYT için kabul edilebilir
birim kesme kuvvetinden, YDKT için tasarım birim kesme kuvvetinden küçük
olduğu onaylanır. Eğilme tahkikinde ise, toprak itkisinden doğan kesme kuvvetinin
74
oluşturduğu momentin SYT için kabul edilebilir birim momentten, YDKT için
tasarım birim momentten küçük olduğu onaylanır.
H*TAN 0,3H-H*TAN
H*TAN
H/2
H/2 α
A (H*TAN)/2
ġekil 6.1: Geliştirilmiş Rankine kayma kaması yaklaşımı
6.2 Hesaplamalar
Eğimli yüzeylerde zemin çivisi uygulaması için yapılan bu çalışmada önceki
bölümde (Bölüm 6.1) anlatılan program kullanılarak, farklı arka şev açılarına sahip
duvarların statik hesabı yapılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Zemin parametreleri
sabit tutularak, değişken duvar yükseklikleriyle arka şev açıları 0°, 10° ve 20° için
duvar hesapları yapılmıştır. Hesap örnekleri EK A’da sunulmuştur. Yapılan
hesapların sonuçları incelenerek arka şev açılarına göre, kullanılan zemin çivisi
miktarının değişiminin belirlenmesi amaçlanmıştır. Üç duvar hesabı için kullanılan
zemin ve geometrik parametreler Tablo 6.1’de sunulmuştur.
Hesaplarda 150 mm’lik kaplama kalınlığı, 150 mm’lik enjeksiyon alanı çapı, 250
mm’lik ezilme plakası genişliği, Q295/295 hasır donatısı, 14 yatay ve düşey
donatı ve malzeme mukavemet değerleri (28 günlük beton mukavemeti;
75
f'C = 30 MPa, donatı akma mukavemeti; FY = 420 MPa) sabit tutularak karşılaştırma
yapılmıştır.
Tablo 6.1: Hesaplarda kullanılan parametreler
Zemin Parametreleri;
γ ( kN/m³) Ф ( ° ) c ( kN/m²) Qu (kN/m)
18 34 5 60
Geometrik Parametreler;
H ( m ) SH ( m ) SV ( m ) α ( ° ) β ( ° )
5~15 2 1,5 10 0, 10, 20
Yapılan duvar hesapları, duvarın m2’sine düşen çivi uzunluğu, s, terimi kullanılarak
karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma terimi, s, denklem 6.1’e göre hesaplanmaktadır.
)/( HsHLs (6.1)
L: Kesitteki toplam çivi boyu (m)
H: Duvar Yüksekliği (m)
sH: Yatay çivi aralığı (m)
Son olarak Açıkel A.S.’in tezinde kullandığı parametreler esas alınarak, eğimli
(α = 10°) ve dik duvarlar (α = 0°), her iki tasarım yöntemi için karşılaştırılmıştır. Bu
amaçla kullanılan zemin ve geometrik parametreler Tablo 6.2’de sunulmuştur.
Tablo 6.2: α = 0° ve α = 10° duvarların karşılaştırılmasında kullanılan parametreler
Zemin Parametreleri;
γ ( kN/m³) Ф ( ° ) c ( kN/m²) Qu (kN/m)
18 30 5 80
Geometrik Parametreler;
H ( m ) SH ( m ) SV ( m ) α ( ° ) β ( ° )
5~15 1,5 1,5 0, 10 0
76
7. SONUÇLAR
Zemin çivili duvarlar, şevlerin stabilizasyonunu sağlamak ve derin kazıları
desteklemek amacıyla zemine sık aralıklarla pasif donatıların tesis edilmesi ve kazı
yüzeyinin kaplanmasıyla oluşmaktadır. Bu şekilde mevcut zeminin yerinde
güçlendirilmesi ve etkin olarak kullanılması sağlanmaktadır. Zemin çivili duvarların
ekonomik açıdan, özel ekipmana ihtiyaç duymaksızın hızlı ve daha basit bir şekilde
inşa edilebilir olması, zemin çivisi tekniğinin diğer tekniklere göre önemli bir
alternatif haline gelmesini sağlamıştır.
SYT
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Duvar Yüksekliği, H (m)
Du
va
rda
m2
'ye
dü
şe
n ç
ivi
uzu
nlu
ğu
, s
(m
/m2
)
Arka Şev Açısı = 0 Arka Şev Açısı = 10 Arka Şev Açısı = 20
ġekil 7.1: H-s grafiği (SYT)
Bu tez çalışması kapsamında zemin çivili duvarların, iki güncel tasarım yöntemi olan
Servis Yükü Tasarımı ve Yük ve Dayanım Katsayıları Tasarımı ile statik hesabı
yapılmış ve değerlendirilmiştir. Şu an için zemin çivili duvar tasarımında kullanılan
77
en yaygın yöntem Servis Yükü Tasarımı olsa da, Eurocode’un güncelleşmesiyle Yük
ve Dayanım Katsayıları Tasarımı tamamen gündeme gelecek ve Servis Yükü
Tasarımından daha yaygın bir kullanıma sahip olacaktır.
Önceki bölümde detaylarıyla anlatılan hesap yöntemi kullanılarak, her iki yöntem
için de, zemin parametreleri sabit tutulup 11 farklı duvar yüksekliği ve 3 farklı arka
şev açısı için 66 zemin çivili duvar hesabı yapılmıştır. Sonuçlar her iki tasarım
yöntemi için ayrı ayrı grafikler halinde Şekil 7.1 ve Şekil 7.2’de gösterilmiştir.
YDKT
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0 5 10 15 20
Duvar Yüksekliği, H (m)
Du
va
rda
m2
'ye
dü
şe
n ç
ivi u
zu
nlu
ğu
, s
(m
/m2
)
Arka Şev Açısı = 0 Arka Şev Açısı = 10 Arka Şev Açısı = 20
ġekil 7.2: H-s grafiği (YDKT)
Grafiklerden, sabit zemin parametreleri için her iki tasarım yönteminde de arka şev
açısı ve duvar yükseklikleri arttıkça duvarda birim m2’de kullanılan zemin çivisi
miktarının arttığı görülmüştür.
Ayrıca, her bir arka zemin açısı için ayrı ayrı hazırlanan grafiklerle iki farklı tasarım
yönteminin sonuçları tek bir H-s grafiğinde beraber gösterilmiştir. (Şekil 7.3, Şekil
7.4 ve Şekil 7.5) Bu yolla SYT ve YDKT arasında bir inceleme yapılmıştır.
Grafikler incelendiğinde genel olarak YDKT’nda birim alana düşen çivi
uzunluğunun daha fazla olduğu görülmüştür. Şöyle ki, kısa duvar yüksekliklerinde
iki tasarım yöntemi için hemen hemen aynı miktarda zemin çivisi kullanılırken,
78
duvar yüksekliği arttıkça YDKT için daha fazla zemin çivisine gereksinim
duyulmaktadır.
Arka Şev Açısı = 0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0 5 10 15 20
Duvar Yüksekliği, H (m)
Du
va
rda
m2
'ye
dü
şe
n ç
ivi u
zu
nlu
ğu
, s
(m
/m2
)
SYT
YDKT
ġekil 7.3: Arka şev açısı 0° için SYT ve YDKT’ye göre H-s grafiği
Arka Şev Açısı = 10
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Duvar yüksekliği, H (m)
Du
va
rda
m2
'ye
dü
şe
n ç
ivi u
zu
nlu
ğu
, s
(m
/m2
)
SYT
YDKT
ġekil 7.4: Arka şev açısı 10° için SYT ve YDKT’ye göre H-s grafiği
79
Arka Şev Açısı = 20
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Duvar Yüksekliği, H (m)
Du
va
rda
m2
'ye
dü
şe
n ç
ivi u
zu
nlu
ğu
, s
(m
/m2
)
SYT
YDKT
ġekil 7.5: Arka şev açısı 20° için SYT ve YDKT’ye göre H-s grafiği
SYT
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Duvar Yüksekliği, H (m)
Du
va
rda
m2
'ye
dü
şe
n ç
ivi u
zu
nlu
ğu
, s
(m/m
2)
α=0
α=10
ġekil 7.6: α=0 ve α=10 duvar açıları için H-s grafiği (SYT)
Son olarak, duvar açısı (α) hariç diğer tüm zemin ve geometrik parametreler, Açıkel
A.S.’in tez çalışmasında kullandığı değerlerle aynı tutularak, sürşarj yükü olmayan
80
dik duvarlar ile yine sürşarj yükü olmayan 10° açılı duvarlar, her iki yöntem için
karşılaştırılmıştır. (Şekil 7.6 ve Şekil 7.7)
YDKT
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
0 5 10 15 20
Duvar Yüksekliği, H (m)
Du
va
rda
m2
'ye
dü
şe
n ç
ivi u
zu
nlu
ğu
, s
(m
/m2
)
α=0
α=10
ġekil 7.7: α=0 ve α=10 duvar açıları için H-s grafiği (YDKT)
Grafiklerden de anlaşılacağı gibi, aynı duvar yüksekliklerindeki dik duvarlarda (α=0°),
eğimli duvarlara (α=10°) nazaran birim alanda daha fazla uzunlukta zemin çivisine
ihtiyaç duyulmaktadır.
Karşılaştırılan grafik değerleri; arka şev açısı (β), duvar yüksekliği (H) ve m2’ye
düşen çivi uzunluğu (s) ile bu değerlere ait L çivi boyları ve GS güvenlik sayıları bir
çizelge halinde Tablo 7.1’de sunulmuştur.
81
Tablo 7.1: Grafik değerleri
SYT YDKT
SEÇİLEN L BOYU GS β H s SEÇİLEN L BOYU GS β H s
1,76 1,49 0 5 0,46 1,91 1,31 0 5 0,50
2,59 1,61 0 6 0,70 2,80 1,42 0 6 0,75
3,20 1,76 0 7 0,91 3,46 1,60 0 7 0,98
3,56 1,55 0 8 0,95 3,84 1,40 0 8 1,02
4,45 1,62 0 9 1,22 4,79 1,46 0 9 1,31
5,07 1,75 0 10 1,43 5,46 1,61 0 10 1,53
5,41 1,58 0 11 1,46 5,82 1,45 0 11 1,57
6,33 1,63 0 12 1,74 6,81 1,49 0 12 1,87
6,96 1,74 0 13 1,96 7,48 1,61 0 13 2,10
7,28 1,60 0 14 1,98 7,83 1,48 0 14 2,13
8,22 1,64 0 15 2,27 8,83 1,51 0 15 2,43
2,11 1,65 10 5 0,55 2,29 1,47 10 5 0,60
3,07 1,74 10 6 0,83 3,33 1,56 10 6 0,90
3,80 1,99 10 7 1,08 4,12 1,85 10 7 1,17
4,24 1,74 10 8 1,13 4,59 1,61 10 8 1,22
5,28 1,79 10 9 1,45 5,71 1,64 10 9 1,56
6,02 1,99 10 10 1,70 6,50 1,87 10 10 1,83
6,44 1,79 10 11 1,74 6,95 1,68 10 11 1,88
7,51 1,82 10 12 2,07 8,11 1,69 10 12 2,23
8,26 1,99 10 13 2,33 8,91 1,88 10 13 2,51
8,67 1,82 10 14 2,37 9,35 1,72 10 14 2,55
9,76 1,84 10 15 2,70 10,52 1,73 10 15 2,91
2,88 2,10 20 5 0,75 3,14 1,94 20 5 0,82
4,15 2,10 20 6 1,13 4,52 1,96 20 6 1,23
5,14 2,64 20 7 1,48 5,58 2,63 20 7 1,60
5,76 2,34 20 8 1,55 6,25 2,07 20 8 1,68
7,13 2,18 20 9 1,97 7,73 2,10 20 9 2,13
8,14 2,69 20 10 2,32 8,82 2,30 20 10 2,51
8,74 2,28 20 11 2,38 9,47 2,30 20 11 2,57
10,15 2,36 20 12 2,82 11,00 2,00 20 12 3,05
11,17 2,55 20 13 3,18 12,09 2,11 20 13 3,43
11,76 2,52 20 14 3,23 12,72 2,24 20 14 3,49
13,19 2,33 20 15 3,68 14,27 2,00 20 15 3,97
82
KAYNAKLAR
[1] Byrne, R.J., Cotton, D., Porterfield, J., Wolschlang, C., ve Ueblacker, G.,
1998. Manual for Design and Construction of Soil Nail Wall, FHWA-
SA-96-069R, Federal Highway Administration, Washington, D.C.
[2] Arslan, A., 1998. Zemin çivileri, tasarım prensipleri ve davranışın sonlu
elemanlar yöntemiyle analizi, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü., Fen
Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[3] Düzceer, R., 2002. Temel Çukuru Yan Yüzleri İksa Yöntemleri-Zemin Çivili
Duvarların Tasarım ve Uygulama İlkeleri, İ.T.Ü., İstanbul, Kasım
2002.
[4] Yılmaz, S., 2000. Behavior of soil nailed walls in different soil conditions, PhD
Thesis, Boğaziçi University, Institute for Graduate Studies in Science
and Engineering, İstanbul.
[5] Elias, V., Juran, I., 1991. Soil Nailing for Stabilization of Highway Slopes and
Excavations, FHWA-RD-89-198, Federal Highway Administration,
Washington, D.C.
[6] Üstündağ, Ö., 2003. Zemin çivisi ile şev stabilitesi ve derin kazıların
desteklenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü,
İstanbul.
[7] Cartier, G., Gigan, J. P., 1983. Experiments and Observations on Soil Nailing
Structures, Proceedings of the 7th European Conference on Soil
Mechanics and Foundation Engineering, Helsinki, Finland, 1983.
83
[8] Sağlamer, A., 2002. Soil Nailed Retaining Walls: Design and Practice, 5th
International Congress and Advances in Civil Engineering, İ.T.Ü.,
İstanbul, September 25-27.
[9] Açıkel, A. S., 2005. Zemin çivili istinat yapılarıyla ilgili karşılaştırmalı bir hesap
yöntemi, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[10] Stocker, M. F., Korber, G. W., Gassler, G., ve Gudehus, G., 1979. Soil
Nailing, IN International Conference on Soil Reinforcement I, Paris,
Vol.2, pp.469-474.
[11] Bayraktar, B., 2001. Zemin çivili duvarlarda ölçülen deplasmanların tahmin
edilen deplasmanlarla karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Y.T.Ü.,
Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
[12] Durgunoğlu, H. F., Kulaç, H. F., Arkun, B., 2003. A Deep Retaining System
Construction with Soil Nailing in Soft Rocks in İstanbul, Turkey,
SARA-2003 Conference, MIT, Cambridge, USA, June 22-26.
[13] Açıkel, A. S., Özkan M. T., 2005. Zemin çivili istinat yapıları hesap
yöntemlerinin karşılaştırılması ve ön tasarım kartları, Geoteknik
Sempozyumu, Adana, 2005.
[14] Schlosser, F., 1982. Behavior and Design of Soil Nailing, Proceedings of the
International Symposium on Recent Developments in Ground
Improvement Techniques, Bangkok, 29 November-3 December.
[15] French National Research Project CLOUTERRE, 1991. Recommendations
Clouterre 1991, Soil Nailing Recommendations, FHWA-SA-93-026,
Federal Highway Administration, Washington, D.C.
84
[16] Lazarte, C.A., Elias, V., Espinoza, R.D., Sabatini, P. J., 2003. Geotechnical
Engineering Circular No. 7 Soil Nail Walls, United States Federal
Highway Administration, Publication No. FHWA0-IF-03-017, March.
85
EK - A
HESAP ÖRNEKLERĠ
104
ÖZGEÇMĠġ
Onca ÖZDEMİR, 1979 yılında İzmit’te doğmuştur. İlkokulu Ulugazi İlköğretim
Okulu’nda, liseyi Beşiktaş Atatürk Anadolu Lisesi’nde tamamlamıştır. 2001 yılında
İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü’nden mezun olup aynı
sene İ.T.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü İnşaat Fakültesi Geoteknik Programına girmeye
hak kazanarak yüksek lisans öğrenimine başlamıştır.
Recommended