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.