Zemin Mekaniği ve Temel İnşaatı...

1.ZEMİN MEKANİĞİ VE TEMEL İNŞAATI BİLGİLERİ

1.1 GENEL BİLGİLER



Üzerindeki yapıdan gelen yükleri, kendi ağırlığı ile birlikte güvenlikle taşıyan ve bu yükleri yapıya zarar vermeyecek ölçüde oturmalarla temel zeminine aktaran yapı bölümlerinin tümü TEMELLER adı altında toplanır.
Öncelikle temel sistemleri, her bölümündeki oturmalar üniform olacak biçimde düzenlenmelidir. Çünkü ancak bu durumda yapıdaki ek zorlamalara ve bunun sonucu olarak ortaya çıkan çatlaklara engel olunabilir. Temel zeminindeki oturma farklarına kolayca uyabilen yapılara fleksibl yapılar, oturma farklarına uyamayarak ek zorlamalar doğuran yapılara da rijit yapılar denir. Bu nedenle belli bir yapı sistemine karar vermeden önce, oturma yönünden fleksibl bir yapının, rijit davranışlı bir yapıya oranla daha az duyarlı olduğuna dikkat etmek gerekir. Bu nedenle şüpheli zeminler; üzerine yapılacak yapıları fleksibl olarak tasarlanmaya veya çatlak ve mafsallar aracılığı ile bölümlere ayrılmaya, demek ki izostatik olarak yataklanmaya zorlarlar. Böylece fazla duyarlı yapıların temellerine özel bir özen gösterilmesi gerektiği kendiliğinden anlaşılır. Bunun sonucu olarak şüpheli zeminler üzerine yapılacak yapı ve temellerinde ekonomik çözümler elde edilemez. Çeşitli zemin tabakalarına oturtulmuş geniş yapı kesimlerinde veya üzerindeki hareketli yükün çok değiştiği yapılarda, yapı oturmaları üniform olmayıp birbirinden farklı olabilir. Böyle durumlarda çatlakların ve ek zorlamaların oluşmasına engel olmak için oturma derzleri düzenlenmesi yoluna bile gidilir. Bu derzlerin düzenlenmesi; normal koşullar altında kolay olmasına karşın, yer altı su düzeyi altında bulunan temellerde, sızdırmazlık yönünden özel bir özen gösterilmesini gerektirir.
Temeller, uygulamada karşılaşılan çeşitli durumlara göre çeşitli biçimlerde yapılırlar. Temel zemininin yapısı ve özellikleri ile üst yapının karakteristikleri temel biçiminin seçiminde ana öğelerdir.
Taşıma yetenekli (sağlam) zemin yüzeye yakınsa, bu durumda yükleri zemine yüzeye yakın yerlerde aktaran yüzeysel temeller (tekil sömeller ve sürekli alan temelleri) uygulanır. Eğer taşıma yetenekli zemin derinde ise, yapı yüklerini zemine derinde aktaran derin temeller (kuyu temeller, kazık temeller ve basınçlı hava temelleri vb.) ‘in uygulanmasına geçilir.
Ayrıca temeller yükü zemine aktarma biçimlerine göre de; yükü zemine taban alanları ile aktaran alan temelleri (tekil ve sürekli alan temellerinde olduğu gibi hem yüzeysel, kuyu ve keson temellerde olduğu gibi hem de derin olarak yapılabilen), yükü zemine bir kazık veya kazık grubu ile aktaran kazık temeller olmak üzere iki ana gruba ayrılabilir.
Yer altı suyunun yüksekliği temel derinliğinin seçimine, temel derinliği de temel çukuru tabanının derinliği ile temel çukuru yanlarının dik veya eğimli olmasına önemli ölçüde etki eder. Bu nedenle yer altı suyunun yüksek olmasından ötürü, oldukça yüzeysel temellerin bile bazen ekonomik olduğu görülmüştür.





1.2 ZEMİN MEKANİĞİ BİLGİLERİ

Bir yapının inşa edilmesi, en geniş anlamda zemindeki dengenin bozulması yönünde hareketsiz bir duruma müdahale anlamına gelir. Bu müdahale sonucunda temel zemininde varolan denge bozulur. Yeni durum karşısında yeniden denge kurulması için zeminde bazı değişiklikler ortaya çıkar. Temel zemini davranışının yeterince anlaşılabilmesi için, onun fiziksel özelliklerinin iyi bilinmesi gerekir. Ayrıca yapı sisteminden gelen yeni yükler zeminde stabilite güvenliğinin kontrolünü gerektirir. Böylece yapı sisteminin güvenlik altına alınması ve zararlardan kaçınılması sağlanabilir. Tüm bu sorunlarla Zemin mekaniği bilimi uğraşır. Zemin mekaniği iki ana bölüme ayrılabilir.
Zemin mekaniğinin arazide ve laboratuarda teori, deney tekniği, yapı pratiği ve bunlardaki en son gelişmeleri içine alan bölümünün fizik ve jeoloji dalları ile yakın ilişkisi vardır. Zemin mekaniğinin özellikle zemin malzemesine ilişkin dayanım ve stabilite konularını inceleyen bölümü toprak statiği olarak ta adlandırılabilir. Zemin mekaniğinin bu bölümü, klasik statik ve cisimlerin dayanımı bilim dalları ile ilişkilidir.

1.2.1 TEMEL ZEMİNİNİN TANIMI VE JEOLOJİK OLUŞUMU

Temel zemini; masif kaya ve kayaların parçalanarak gelişmesinden doğan ufak daneciklerin yığınından oluşmuştur. Yapı mühendisleri yer kabuğunu oluşturan malzemeleri bazen zemin ve kaya olarak iki grupta da toplarlar. Fakat bu ayırım, kayalar ile zeminler içindeki mineral daneciklerini birbirine bağlayan kohezyon kuvvetlerinin derecesinin kesin bir sınırı olmaması nedeni ile keyfidir. Bunun için genel bir ayırım vermek güçtür. Örnek olarak jeologlar, kaya terimi ile yer kabuğunu oluşturan tüm malzemeyi anlar ve onlarca mineral daneciklerinin birbirine az veya çok bağlı olmasının önemi yoktur. Buna karşılık, zemin terimi ile ancak yer kabuğunun bitki yetişmesine elverişli bir bölümü amaçlanır. Buna göre yapı mühendisleri; diğer konularda çalışan kimseler tarafından toplanmış bilgileri kullanırken, zemin ve kaya terimlerinin hangi anlamda kullanıldığını bilmek zorundadırlar.
Zeminlerin, kayaların ayrışarak parçalanmasından oluştuğunu söylemiştik. Bu ayrışma işlemi fiziksel ve kimyasal yollarla olmaktadır. Yer yüzünün yüzeysel bütün kayaları; don, yağmur ve ısı değişiminin yıkıcı etkileri ile rüzgar, buz, yerçekimi ve akarsuların sürükleme etkilerine uğrar. Zeminin çeşitli oluşum araçlarından en önemlisinin akarsular olduğu bilinir. Akarsular bir göl veya denize ulaştıklarında, taşınan zemin daneleri suyun hızı yeter ölçüde azaldığında; önce büyük, sonra küçük daneler olmak üzere derecelenerek çökelir. Böylece, jeolojik bakımdan daha genç akarsular ile akarsu yataklarının üst kesimlerinde çoğunlukla kaba kum ve çakıllar bulunur. Buna karşılık, eski akarsularda ve alt kesimlerde silt ve killer çoğunluktadır.

1.2.2 ZEMİN TÜRLERİNİN TANINMASI VE SINIFLANDIRILMASI

Genel olarak zeminlerin sınıflandırılması, değişik görüş noktalarına göre çeşitli şekillerde yapılabilir.

1.2.2.1 Zeminlerin, içindeki maddelerin orijinlerine göre sınıflandırılması:

a)Kayaların fiziksel ve kimyasal ayrışması sonucu oluşan zeminler; Bu zeminler ayrışma sonucu oldukları yerde kalmışlarsa yerli zeminler, herhangi bir nedenle başka yerlere taşınmışlarsa taşınmış zeminler olarak adlandırılırlar.
b)Organik zeminler; Bu zeminler ya turbalarda olduğu gibi bitkilerin çürümesi ile veya organizmaların inorganik kalıntılarının birikmesi ile oluşur. Böylece, organik orijinli bir zemin; hem organik, hem de inorganik olabilir. Organik zemin terimi; çoğunlukla içinde az veya çok ölçüde çürümüş bitki bulunan ve kayaların hava etkisi ile ayrışması sonucu oluşan taşınmış zemin anlamında kullanılır.

1.2.2.2. Zeminlerin, oluşumlarındaki danelerin büyüklüklerine göre sınıflandırılması:

Genellikle kullanılan bütün sınıflandırma sistemleri zeminlerin dane büyüklüğüne göre sıralanması ilkesine dayanır. Buna göre zeminler üç gruba ayrılır;
a)İri daneli, kohezyonsuz zeminler (kum, çakıl gibi)
b)İnce daneli, kohezyonlu zeminler (silt ve kil gibi)
c)Organik zeminler (turba gibi)
Doğal olarak zeminler, çeşitli çaptaki danelerin karışımından oluşmuştur. Bir zeminin özelliği, içindeki baskın gelen (hakim) dane çapına önemli ölçüde bağlıdır. Dane çapı dağılımı; normal olarak mekanik analizle, çok küçük daneler de ıslak analizle bulunabilir. Dane çapları dağılımının bulunmasındaki ana amaç, belirli çap sınırları arasında bulunan daneleri kapsayan çeşitli bölümler için, bir adlandırma sisteminin bulunmasıdır. Dane çapı sınıflandırılmasında, ana bölümlerin sınır çapları az çok birbirinden değişik sistemler ileri sürülmüştür. Bunlar içinde M.İ.T. sistemi olarak bilinen ve ana bölüm sınırlarının aşağı yukarı zemin özelliklerindeki önemli değişikliklere karşılık olan sınıflandırma sistemi, mühendislik konularına en uygun düşeni olarak bilinir.
Tablo1.Dane çapı sınıflandırması

Kum, silt ve kil karışımından oluşan zeminlerin adlandırılmasında kullanılan bir sistem olması bakımından Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı tarafından ortaya atılan üçgen diyagram sistemini belirtmeden geçemeyeceğiz. Burada eşkenar bir üçgenin kenarlarında kum, silt ve kil yüzde olarak işaretlenmiştir. Bu diyagram basitleştirilmiş şekliyle Şekil 1.1 de gösterilmiştir. S noktası içinde % 50 kil, % 30 silt ve % 20 kum olan bir zemini gösterir.

Bununla birlikte, yalnızca dane boyutuna bağlı olarak verilen sınıflandırma sistemleri her zaman doğru sonuçlar vermez. Çünkü zeminlerin çok ince daneciklerinin fiziksel özellikleri, dane çapından başka birçok faktöre de bağlıdır. Bu nedenle, temel tekniği bakımından zeminlerin sınıflandırılmasında birkaç sınıflandırma sistemi birlikte düşünülmelidir.

1.2.2.3 Zeminlerin Temel Tekniği Görüş Noktasına Göre Sınıflandırılması (DIN 1054 – 1976 ‘ ya göre)

Temel zemini, yapı yükleri altındaki değişik davranışları nedeniyle genel olarak; gelişmiş zeminler, dolma zeminler ve kayalar olmak üzere üç grupta incelenebilir:

1.2.2.3.1 Gelişmiş (Doğal Gelişimli) Zeminler

Bir zemin, eğer sona ermiş jeolojik olaylar sonucunda oluşmuşsa, “Gelişmiş (doğal gelişimli) zemin” olarak adlandırılır. Gelişmiş zeminler dane büyüklüklerine göre, kil, silt, kum ve çakıl olarak sıralanır. Gelişmiş zeminleri, fiziksel özellikleri ve yapı yükleri altında farklı davranışları nedeni ile, danecikleri arasında bağlantı olmayan “Bağlantısız (kohezyonsuz = daneli) zeminler”, danecikler arasında bağlantı bulunan “Bağlantılı (kohezyonlu) zeminler” ve organik zeminler olmak üzere üç gruba ayırmak gerekir.

a)BAĞLANTISIZ (KOHEZYONSUZ VE DANELİ) ZEMİNLER:
Bağlantısız zeminler; 0,06 mm den küçük boyuttaki danelerin ağırlıkça tutarı % 15 den fazla olmayan kum, çakıl, taş ve bunların karışımları gibi zeminlerdir. Bu zeminlerin taşıma yeteneği kural olarak çok iyidir. Bağlantısız zeminlerin taşıma yeteneği özellikle tekil danelerin biçimi, büyüklüğü ve yerleşim sıklığına bağlı olarak belirlenir.
b)BAĞLANTILI (KOHEZYONLU) ZEMİNLER:
Bağlantılı (kohezyonlu)zeminler; 0,06 mm den küçük boyuttaki danelerden oluşan bağlantılı zemin bölümü ağırlıkça %15 den fazla olan kil, silt, killi silt ve bunların bağlantısız zeminlerle karışımları (ince kısmı fazla olan daneli zeminler; örneğin, kumlu kil, kumlu silt , lem ve marn) gibi zeminlerdir. Bağlantılı zeminlerin taşıma yeteneği onun jeolojik oluşumuna bağlı olup. Zeminin bir araya gelişine ve konsistansına göre daha geniş sınırlar içinde bulunur.
c)ORGANİK ZEMİNLER:
Organik zeminler; turba veya çürük çamur gibi organik zeminler ile bağlantısız ve bağlantılı zeminler hayvansal ve bitkisel orijinli organik karışımlarla oluşturdukları zeminlerdir. (örneğin, humuslu kum, çürük kum veya turbalı kum organik silt veya organik kil, balçık) bu zeminler, organik bölümlerinin sıkışabilirliği fazla olması nedeniyle kullanılmaya hiç elverişli değillerdir.

1.2.2.3.2. Kayalar

Genellikle kaya denilince masif kayalardan oluşan zeminler anlaşılır.kayanın temel tekniği özellikleri, kaya türleri arasında fark gözetilmeksizin, genellikle öteki temel zemini türlerinden daha elverişlidir. Bizzat dağılmış kaya, eğer serbest yarık ve delikte üniform özellik ve yeteli kalınlıkta bulunursa, çok iyi bir temel zemini oluşturur. Tabakalı veya faylı kayalarda, önemli ölçüde yatay yükler taşınıyorsa veya şev düzeltilmesinde heyelan tehlikesi varsa, kural olarak özel araştırmalar yapmak gereklidir.

1.2.2.3.3. Dolma Zeminler
Dolma zeminler sözüyle, sonradan dökülerek doldurulan zeminler ile akarsular tarafından oluşturulan dolma zeminler amaçlanmaktadır. İki sınıfa ayrılır:
a) Sıkıştırılmamış dolgular: herhangi bir biçimde bir araya getirilmiş olup, sıkıştırılmamış dolgu zeminlerdir. Sıkıştırılmamış dolmalar bağlantısız zemin türlerinden oluşuyorsa derin sarsma yöntemi ile sıkıştırılabilir.
b)Sıkıştırılmış dolgular: bağlantılı, bağlantısız veya organik dökülerden oluşan, yeterli ölçüde sıkıştırılmış dolma zeminlerdir.(örneğin, yapı döküntüsü, curuf, maden artıkları)
Sıkışma yeteneği olan dolgu zeminler, modern ve yüksek sarsma kapasiteli sıkıştırma tekniği yardımı ile olağan üstü derecede yüksek bir yerleşim sıkılığına getirilebilir. Böylece bu zeminlerin temel tekniği açısından özellikleri, en az doğal olarak yerleşmiş zeminlerinkine eşit duruma getirilebilir. Hatta kural olarak onların üzerine çıkabileceği söylenir.

1.2.3 ZEMİN TÜRLRİNİN ÖZELLİKLERİ

1.2.3.1. Genel Bilgiler

Olağanüstü şekilde birbirinden farklı zemin türlerine ait özelliklerin bulunmasında, bu özelliklerin sayısal değerlerini bulmayı amaçlayan zemin mekaniği araştırma metotları yardımıyla öncelikle aşağıdaki sorunların çözülmesi istenir:
a)Zemin türlerinin sınıflandırılması(klasifikasyonu)
b)Zemin durumunun tanımı
c)Teknik önlemler( örneğin, taban suyu düşüşü, sıkıştırma , sağlamlaştırma gibi) ve yapıların etki alanında bulunan temel zeminin davranışı (örneğin yapı sisteminden gelen yükler altındaki oturma davranışı) nedeniyle zemin durumundaki değişikliklerin önceden tayını
d)Yapıların stabilite güvenliği derecesinin sayısal olarak bulunması (örneğin, oturmaya zemin kırılmasına devrilmeye, kayma ve heyelana karşı güvenlik derecelerinin bulunması)
e)Gerçek değerlerin, başka bir deyişle temel ve toprak inşaatı uygulamalarından elde edilen deneyimlere dayanan sayısal değerlerin bulunması.
Bu zemin özelliklerinin bulunması işlemi ister istemez temel zeminin yerindeki hacmine göre ihmal edilebilecek oranda küçük ölçülerdeki zemin örneklerinin alınması, taşınması ve laboratuarda deneyin hazırlanması sırasında örnekte bir miktar bozulma (örselenme) olabileceğinden, laboratuarda bulunan zemin özellikleri gerçektekinden az çok farklı olmaktadır. Bu nedenle malzeme denemeleri deney sonuçlarındaki rapor değerlerinden zeminin fiziksel tanım değerleri elde edilemez. Bununla birlikte elde edilen tanım sayılarının büyüklük sıralamasının, doğru belirleme yapmaya elverişli olduğunu deneyimle göstermiştir. Zemin mekaniği hesapları için tanım sayılarından yararlanmada yalnız bir gerçek göz önüne alınmakla kalınmaz, aynı zamanda elde edilen değerlerin gerilme durumlarına bağlı olup olmadığının veya hangi ölçüde bağlı olduğunun kontrol edilmesi gerekir.
Zeminlerin deneyler aracılığı ile elde edilen en önemli fiziksel özellikleri Tablo 1.1 de topluca verilmiştir. Bir zeminin temel tekniği yönünden değerlendirilmesinde, zeminin tek başına bir fiziksel özelliğinin deneysel olarak bulunması hiçbir zaman yeterli değildir.
Burada genellikle zemin türüne göre en az aşağıdaki özelliklerin bilinmesi gereklidir:
Bağlantısız Zeminler: Dane dağılımı, yerleşim sıkılığı,(kesme dayanımı)
Bağlantılı Zeminler: Su kapsamı, konsistans sınırları (kıvam limitleri ), sıkıştırılabilirlik, (dane dağılımı), (kesme dayanımı)
Organik Zeminler: Su kapsamı, konsistans sınırları (kıvam limitleri ), sıkıştırılabilirlik, (dane dağılımı), (kesme dayanımı), organik öğelerin miktarı

1.2.3.2. Zeminlerin Tanımlanması ve İndeks Özellikleri
Zemin, büyük bir çoğunluğunu kayaların kimyasal veya fiziksel bozuşması ile oluşmuş katı daneler ile daneler arasını dolduran sıvı (su) ve/veya gazın (hava) oluşturduğu bir malzeme olarak tanımlanabilir. Katı-sıvı-gaz fazının bir arada bulunması, katı daneciklerin çok farklı boyut, şekil, fiziksel ve kimyasal yapıda olabilmesi zemini diğer malzemelerden farklı ve zor kılar. Zeminlerin basit laboratuar deneyleri ile bulunan bazı fiziksel özellikleri, mühendislik özelliklerine ışık tutar ve zeminlerin tanımlanması ve sınıflandırılmalarında kullanılır. Bunlara “indeks özellikleri” denir.
1.2.3.3. Zeminlerin Dane Boyutları ve Dane Boyut Dağılımı
Zeminlerin en basit indeks özelliği dane boyutudur. Zeminlerde dane boyutu aralığı çok geniş olup zemin danesi olarak kabul edilebilecek en büyük dane çapı farklı mühendislik uygulamalarında farklı alınabilmektedir. Elle kazılan küçük kazılarda ve tabakalar halinde inşa edilen dolgularda en büyük zemin dane çapı 0.3 m, kepçe gücü ile yapılan kazılarda ise limit dane büyüklüğü 0.5-1.0 m3 mertebesinde tanımlanabilmektedir (Sowers, 1979). En küçük daneler ise ancak elektron mikroskopla görülebilmektedir. Dane boyutu esas alınarak çeşitli sınıflandırmalar önerilmiştir. Ancak yaygın kullanımı(Amerikan ve İngiliz Standartları) ve hatırlanabilme kolaylığı açısından M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology) sınıflandırması Şekil 1’de verilmiştir. Çakıl, kum, silt ve kil belli dane boyut aralıklarını belirtmekle beraber aynı zamanda belli tür zeminleri de ifade ederler. Örneğin, kohezyon ve plastisite özelliği olan ama hem silt boyutunda hem de genellikle 2µ m (0,002 mm)’den küçük daneli olan kil minerallerini içeren zeminler de “kil” olarak adlandırılır. Boyutları 0,002 mm’den küçük olan bütün daneler de kil minerali olmayabilir. Bu nedenle “kil yüzdesi” ile “kil boyutu yüzdesi” terimleri bilinçli kullanılmalı ve sadece dane boyutu dikkate alınarak yapılan analizler için “kil boyutu yüzdesi” deyimi tercih edilmelidir. Tabii zeminler genellikle iki veya daha fazla boyut aralığına düşen dane dağılımı gösterirler. Ağırlıkça çakıl ve kum boyutundaki daneler çoğunlukta ise zemin, “kaba daneli (kohezyonsuz)” olarak tanımlanır. Silt ve kil boyutunda danelerin hakim olması halinde ise “ince daneli (kohezyonlu)” olarak isimlendirilir. Dane çapı (boyutu) dağılımı (granülometri) kabaca silt boyutundan büyük daneler için kuru veya ıslak elek analizi, daha küçük daneler için çökeltme (sedimentasyon) prensibine bağlı olarak hidrometre veya pipet metodu ile tayin edilir. Zemin mühendisliğinde pratik olarak kullanılan en küçük açıklıklı elekler ASTM (Amerikan) Standardına göre 200 no.lı elek olup açıklığı 0,075 mm, İngiliz Standardında ise 0,063 mm olup görüldüğü gibi yaklaşık olarak silt boyutu üst limitine tekabül etmektedir.
Dane çapı dağılımını gösteren “granülometri eğrileri yarı logaritmik bir çizimle elde edilir ve şekil 1’de gösterildiği gibi eksenler tane çapı (boyut) D, (veya elek açıklığı ) (logaritmik ölçek) ve D’den küçük tanelerin ağırlıkça yüzdesi (elekten geçen yüzde)’dir. Farklı gradasyon özellikleri olan dört zemin aynı şekil üzerinde gösterilmektedir. Bunlardan zemin A’nın yatık olan granülometri eğrisi, zeminin değişik boyutları havi taneleri yaklaşık aynı oranlarda içerdiğini göstermektedir. Böyle bir zemine “iyi derecelenmiş (iyi gradasyonlu)” denir. b eğrisi ise “uniform veya kötü derecelenmiş “ olarak tabir edilen ve tanelerin çoğunluğunun çok dar bir dane boyut aralığında kaldığı bir zemini göstermektedir.

1.2.3.3.1. İnce Daneli Zeminlerde Plastisite
İnce daneli zeminlerin mühendislik özellikleri gradasyona bağlı olmamakta ve içerdiği killi minerallerine bağlı olarak ortaya çıkan plastisite özellikleri önem kazanmaktadır. İnce daneli zeminler su muhtevalarına bağlı olarak katı, yarı katı, plastik ve sıvı kıvamda olabilir. İnce daneli zeminlerin çoğu tabii halde plastik kıvamda bulunur ve bu kıvam aralığını belirleyen en yüksek ve en düşük muhtevalarına ”likit limit (LL veya WL)” ve plastik limit (PL veya Wp)” denir. plastisite indisi (PI veya IP) ise şu şekilde tarif edilir:
Ip = WL – Wp
Zeminin tabii su muhtevası (Wn) ile likit ve plastik limit değerlerini kıyaslayan likidite indisi (LI veya IL)
Wn - Wp Wn - Wp
IL = ---------------- = ------------------
WL - Wp Ip
İfadesi ile tanımlanır. IL‘nin değeri 1’den büyük ise zeminin likit kıvamda , 0 ile 1 arasında ise plastik kıvamda, 0 ‘dan küçükse katı veya yarı katı kıvamda olduğu anlaşılır.


Relatif Konsistans(Ic),
WL - Wn
Ic = ----------------
Ip
Bağıntısı ile ifade edilir. Ic‘nin değeri 1’den büyükse zemin yarı katı veya katı , 0 ile 1 arasında plastik (1’e yaklaşınca daha sert olarak) , ve sıfırdan küçük ise likit durumdadır.
Zemini rötre veya büzülme limiti yarı-katı ve plastik kıvamı ayırır ve plastik kıvamda bir zeminin kururken eriştiği en küçük hacimde suya doygun halindeki su muhtevasıdır.
Kıvam limitleri tek başlarına büyük bir anlam taşımamakla birlikte ince tanelerin sınıflandırılmasında kullanılırlar ve mühendislik özelliklerine ışık tutarlar.
Zeminlerdeki kil boyutundaki tanelerin plastiklik derecesi “aktivite” (A)olarak tanımlanır ve aşağıda şekilde ifade edilir:
Ip
A = -------------
C - n
Burada Ip plastisite indisi ,C kil boyutundan (0.002mm)küçük danelerin yüzdesi ve n tabii zeminlerde 5 laboratuarda yoğrularak hazırlanan kil minerali numuneleri içi 10 olarak alınan sabit bir sayıdır. (Seed ve arkadaşları 1964). Ancak aktivitenin kabaca hesabında n sabiti ihmal edilmektedir. Killer, A>1.25 ise aktif kil.0,75<a<1,25 ise normal kil ve A<0,75 ise aktif olmayan kil olarak adlandırılır.

1.2.3.4. Zeminlerin Sınıflandırılması

Zeminler için farklı mühendislik uygulamalarına yönelik olarak çeşitli sınıflandırmalar önerilmiştir.bunların arasında birleşik zemin sınıflandırma sistemi inşaat mühendisliği uygulama alanlarında en yaygın kabul görenidir.tablo 1 de verilen sınıflandırmaya göre ağırlıkça %50 den fazlası 200 no.lı elek üzerinde kalan kaba taneli zeminler, %50 den fazlası 200 no.lı elekten geçen zeminler ince taneli zeminler ana gruplarını oluşturmaktadır. Sınıflandırmada granülometrik ve plastisite özellikleri kullanılmakta ve iki harfli grup sembollerinin ilki esas zemin tipini ikincisi gradasyon ve plastisite özelliklerini belirtmektedir.(tablo 2)örnek olarak GP kötü derecelenmiş çakıl, CL düşük plastisiteli kildir.
Tablo 2. birleşik zemin sınıflandırılmasında kullanılan semboller

İlk harf
İkinci harf
G: çakıl
W: iyi derecelenmiş
S: kum
P: kötü derecelenmiş
M: silt
M: plastik olmayan ince taneli
C: kil
C: plastik ince taneli
O: organik kil
L: düşük plastisiteli(WL<50)
Pt: turba
H yüksek plastisiteli (WL>50)

İnce taneli zeminlerin sınıflandırılmasında şekil 2verilen “plastisite diyagramı” kullanılır. Denklemi Ip = 0,73 (WL- 20) ile verilen “A” hattı organik inorganik killeri ayırır. “U” hattı çeşitli zeminler için bulunan Ip ve WL değerlerinin bir zarfını vermekte olup U hattı üzerinde bir değer bulunda tayin edilmiş kıvam limitlerinin doğruluğunun kontrolü tavsiye edilmektedir.(Bowles,1984)

1.2.3.5. Zeminlerde Ağırlık – Kütle – Hacim İlişkileri

Zemini üç fazını teşkil eden unsurların arasındaki ilişkiler blok diyagramı kullanılarak verilebilir.







Şekil 1.3 Zeminlerde daneler, su ve havanın hacim kütle ve ağırlık ilişkilerini gösteren blok diyagramı
1.2.3.5.1. Hacimle İlgili İlişkiler

Zeminin toplam hacmi (V), katı tanelerin hacmi (Vs), hava hacmi(Va), ve su hacmi (Vw)’nin toplamı olan boşluk hacminden (Vv)oluşur. Boşluk oranı “e” ve porozite “n” aşağıdaki gibi ifade edilebilir:
Vv Vv
e = -------- . n = -------- x 100 (%)
Vs V

n e
e = ---------- n = -----------
1 - n 1 + e



Doygunluk derecesi S boşlukların ne kadarının suyla dolu olduğunu belirler ve
Vw
S = -------- x 100 (%)
Vv
olarak tarif edilir. S = %100, suya doygun zemini, S = %0 kuru bir zemini gösterir. Kısmen suya doygun zemin için %0 < S < %100’dür.
Hava muhtevası A, aşağıdaki ifadeden bulunur.:
Va
A = -------- x 100 (%)
V


1.2.3.5.2. Kütle ve Ağırlıkla Olan İlişkiler

Zeminlerin kütle yoğunluğu(veya kısaca yoğunluk) ρ, birim hacim ağırlığı γ sembolleri ile gösterilirler ,ve aşağıdaki gibi tarif edilirler:
Kütle M
ρ = ----------- = ------
Hacim V

Ağırlık (kuvvet) W M . g
γ = ---------------------- = ------- = ------- (g = yer çekimi ivmesi)
Hacim V V
su muhtevası w ise,
Mw Ww
w = -------- x 100 = --------- x 100 (%)
Ms Ws
ifadesinden bulunur.
Zeminlerin dane özgül ağırlığı Gs ,katı dane katı dane yoğunluğu (veya birim ağırlık γs = Ws / Vs )ile suyun yoğunluk (veya birim ağırlığı)arasındaki oran olarak ifade edilir:
ρs γs Ms Ws
Gs = ------ = ------ = ----------- = -------------
ρw γw Vs ρw Vs γw

Blok diyagramı, boşluk aranı e = Vv / Vs tarifi kullanılarak Şekil 3’deki gibi basitleştirilebilir. Bu diyagram kullanılarak zeminin yoğunluk ve birim hacim ağırlıkları için kuru(ρk , γk)ve suya doygun (ρd , γd) durumlara tekabül eden hacim/kütle/ağırlık ilişkileri aşağıdaki gibi bulunabilir:

Vw w . Gs
Suya doygunluk derecesi, S = ------- = -----------
Vv e

Se = w . Gs

Suya doygun halde S = %100 = 1 olacağından
e = w . Gs ‘ dir.

1.2.3.5.3. Yoğunluk İfadeleri

M Mw + Ms Gs (1 + w) Gs + Se
ρ = ----- = ------------- = --------------- . ρw = ------------ . ρw
V V 1 + e 1 + e

Gs + e
ρd = ---------- . ρw
1 + e

Ms ρ Gs
ρk = ------ = --------- = -------- . ρw
V 1 + w 1 + e
1.2.3.5.4. Birim Hacim Ağırlık İfadeleri
Gs + Se Gs + e
γ = ----------- . γw γd = ---------- .γw
1 + e 1 + e
Gs
γk = ---------- . γw
1 + e
Zeminin su altındaki efektif birim hacim ağırlığı suyun kaldırma kuvveti göz önüne alındığından,
Gs - 1
γ' = γd – γw = --------- . γw
1 + e
olarak bulunur. Ancak bu su akımı olmadığı durumda değerli olup zemin içinde akım söz konusu ise akım yönü de göz önüne alınarak hesaplanması gerekir.
Kohezyonsuz zeminlerde davranımı belirleyen en önemli parametre “relatif sıkılık Dr” derecesidir aşağıdaki ifade ile verilir:
emaks – e γk maks γk – γk min
Dr = ---------------- x 100 = ---------- . ------------------- x 100 (%)
emaks – emin γk γk maks – γk min
burada emaks ve γk min zeminin en gevşek durumuna; emin ve γk maks en sıkı durumuna tekabül eden boşluk oranı kuru birim ağırlık değerleridir. e ve γk ise zeminin tabii haldeki boşluk oranı ve kuru ağırlığı göstermektedir.
Sıkılık sınırları
0 ≤ Dr < %33 gevşek
%33 ≤ Dr < %66 ortasıkı
%66 ≤ Dr ≤ %100 sıkı
olarak tarif edilir (Kumbasar ve Kip, 1972)

1.2.3.6. Zeminlerin Sıkıştırılması

Zemin (toprak) bir inşaat malzemesi mesela bir dolgu malzemesi olarak kullanılacaksa önce laboratuarda sıkıştırma şartları incelenir. Tipik bir kompaksiyon eğrisi Şekil 4’te gösterildiği gibi sıkıştırma su muhtevalarına karşı kuru birim ağırlık (veya yoğunluk) çizilerek bulunur. Maksimum kuru birim ağırlık (γk maks ) optimum su muhtevasında (wopt ) elde edilir. Pratikte elde olunamayan ve boşluklarda hiç hava kalmayacak şekilde yapılan ideal sıkıştırma şartlarında bulunacak γk – w ilişkisi de (S = 100% eğrisi) aynı şekilde verilmiştir. Aynı zeminin daha fazla enerji ile sıkıştırılınca bulunan kompaksiyon eğrisi , daha yüksek bir sıkışmanın daha düşük bir wopt değerinde elde edilebileceğini göstermektedir. Farklı zemin türlerine ait tipik kompaksiyon eğrileri Şekil 5’te verilmektedir. Görüldüğü gibi zeminin plastisitesi arttıkça sıkıştırma zorlaşır ve maksimum kuru birim hacim ağırlık azalır.
Çok sayıda deney sonuçları Atterberg limitleri ile kompaksiyon parametreleri , wopt ve γ,
γk ve kompaksiyon enerjisi arasında istatiksel ilişkilerin varlığını ortaya koymuştur (Ülker, 1985). Plastik limit ve optimum su muhtevası arasında
wopt = wp – 4 %
gibi bir bağıntının kabul edilebileceği önerilmiştir.
Arazide sıkıştırmanın yeterli olup olmadığı arazi kuru birim ağırlığın laboratuarda elde edilen maksimum kuru birim ağırlığın belli bir yüzdesi (genellikle %95) olması şartının istenmesi şeklindedir
1.2.3.7. Zeminlerin İndeks Özelliklerinin Mühendislik Özelliklerine Işık Tutması

Herhangi bir göçme, oturma veya şev kayması analizi yapmak için çok detaylı arazi, laboratuar ve bilgisayar çalışması gerekebilir. Ancak, bir zemin veya temel probleminde ne tip bir sorun çıkabileceğini hissedebilmek, görebilmek; bir mühendislik sezi ve duyarlılığına ulaşabilmek mühimdir. Bazen zeminin indeks özellikleri bile mühendise bazı uyarmalar yapabilir. Aşağıdaki kısımlarda indeks özelliklerine göre sınıflandırılan zeminlerin genel davranımlarına değinilecek, indeks özellikleri ve mühendislik özellikleri arasında bulunan korelasyonlardan bazı örnekler verilecektir. Ancak bunların sadece bir fikir vermek amacını taşıdığını sağlıklı çözümler için her zemin ve her problem için hakiki parametrelerin bulunması gerektiği açıktır.
Zeminlerin gradasyon ve plastisite özelliklerini içeren indeks özelliklerinin , benzer mühendislik özelliklerini taşıyan zemin türlerini gruplandırmak amacıyla sınıflandırmada kullanıldığına değinilmişti. Ana grup olarak belirlenen kaba ve ince daneli zeminlere örnek olarak kum ve kilin davranımını kabaca aşağıdaki gibi karşılaştırabiliriz (Capper ve Cassie, 1969):
KUM KİL
Boşluk oranı düşük Boşluk oranı yüksek
Kuru olunca kohezyonsuz Su muhtevasına bağlı olarak
yüksek kohezyonlu
İçsel sürtünme yüksek İçsel sürtünme düşük
Plastik değil Plastik
Sıkışabilirliği az Sıkışabilirliği fazla
Sıkışma yük tatbik edilir edilmez Sıkışma (konsolidasyon) uzun sürede
meydana gelir meydana gelir
Geçirimli Pratik olarak geçirimsiz

Kaba daneli zeminlerde gradasyon ve sıkılığın mühendislik özelliklerini belirleyen en mühim faktörler olduğu ve iyi derecelenmiş, sıkı zeminlerin yüksek dayanım, yüksek taşıma gücü, düşük sıkışabilirlik, düşük geçirgenlik gibi aranılan davranımları gösterdiği anlatılmıştı. Rutin zemin tanımlama deneyleri arasında dane şeklini (küresellik ve yüzey pürüzlülüğü) belirleyen yöntemler yer almamakla birlikte, kaba daneli zeminlerde dane şekli de önemlidir. Örneğin, danelerin köşeli veya yuvarlak olması kohezyonsuz zeminlerde içsel sürtünmeyi dolayısı ile kayma dayanımını etkileyen faktörlerden biridir.
Zemin içerisindeki plastik ince daneler zemin davranımını büyük ölçüde etkiler ve bazen kaba daneli bir zeminin % 10-20 kadar yüksek plastisiteli kil minerali içermesi zeminin ince daneli zemin gibi davranmasına sebep olabilir (Sowers, 1979).
Zeminin jeolojik geçmişi, yapısındaki fisür ve çatlaklar gibi süreksizlikler de davranımını etkiler. Jeolojik geçmişi açısından zeminler iki gruba ayrılırlar. Zemin oluşumu ile günümüze kadar geçen zaman içinde bugünkünden daha fazla (efektif) gerilmeler altında kalmamışsa “normal yüklenmiş veya normal konsolide” zeminler denir. önceden bugünkünden fazla bir yüklenmeye maruz kalma erozyon, kuruma ve yer altı su tablasının yükselmesi gibi nedenlerle ortaya çıkar ve bu tip zeminler “aşırı konsolide zeminler” olarak adlandırılabilir. Normal konsolide killer genelde yumuşak normal konsolide kumlar ise gevşek veya orta sıkıdır. Önceden yüklenmiş killer daha serttir. Bu bakımdan normal konsolide zeminler yükler altında çok daha fazla oturma gösterir ve kayma dayanımı ve taşıma gücü daha düşüktür. Türkiye’deki zeminlerin büyük bir kısmı önceden yüklenmiş durumdadır. Aşırı konsolide killerde tabii su muhtevası plastik limit civarında normal konsolide killerde likit limite yakındır. Görüldüğü gibi tabii su muhtevasının Atterberg Limitleri ile kıyaslanması zeminin jeolojik geçmişi ve buna bağlı olarak beklenilen davranımı hakkında fikir vermektedir.
Zeminin sıkışabilirliğini ifade eden parametrelerden sıkışma indisi Cc ile likit limit, tabii su muhtevası, tabii boşluk oranı, plastik limit ve kil yüzdesi arasında çok sayıda korelasyonlar önerilmiştir (Ansal ve Güneş, 1987, Yılmaz, 1987). Tablo 3’te bunlardan başlıcaları verilmektedir.
Tablo 3. Sıkıştırma İndisi Bağıntıları (Ansal ve Güneş, 1987)

Önerilen Bağıntılar Zemin Cinsleri Kaynak

Cc = 1,15 (eo – 0,35) Bütün killer Nishida (1956)
Cc = 0,30 (eo – 0,27) Siltli killer Hough (1957)
Cc = 0,75 (eo – 0,50) Düşük plastisiteli
zeminler Sowers (1970)
Cc = 0,40 (eo – 0,25) Bütün doğal Azzous, Krizek
zeminler ve Corotis (1974)
Cc = 0,01 wn Chicago killeri Osterberg (1972)
Cc = 0,01 (wn – 5) Bütün doğal Azzous, Krizek
zeminler ve Corotis (1974)
Cc = 0,07 (wL – 7) Yoğrulmuş killer Skempton (1944)
Cc = 0,009 (wL – 10) Normal konsolide Terzaghi ve
killer Peck (1967)
Cc = 0,006 (wL – 9) Bütün doğal Azzous, Krizek
zeminler ve Corotis (1974)

Sowers (1979) Cc = 0-0,19 için düşük sıkışabilirlik, Cc = 0,20-0,39 için orta sıkışabilirlik, ve Cc ≥ 0,40 için yüksek sıkışabilirlik tanımlarını kullanmıştır.
Killi suya doygun olmayan zeminlerin su emerek hacminin ***** veya hacminin artmasının engellenmesi durumunda aşırı basınç tatbik etmesi “şişme” özelliğidir. Bu tip zeminler kuruduklarında da büzülmeye maruz kalırlar. Şişme sorunu yol, havaalanı kanal kaplamalarına büyük çapta zarar verebilir. Bu zeminin şişme özelliği olup plastisitesi indisi, büzülme (rötre) limiti, aktivite boyutu yüzdesi gibi indeks özelliklerinden tahmin edilebilir (Wasti ve Ergun, 1985). Önerilen basit korelasyonlarda biri Tablo 3’te verilmektedir. Şişme potansiyeli olan bir zemin, başlangıçta kuru ve sıkı ise küçük yükler su alınca veya tabii buharlaşmanın önlenmesi neticesinde su muhtevası artarsa şişme gösterir.

Tablo 3. Şişme Potansiyeli ve Plastisite İndisi

Şişme Potansiyeli Plastisite İndisi

Düşük 0 – 15

Orta 10 – 35

Yüksek 20 – 55 

Çok yüksek ≥ 55

Gevşek tabii zeminlerde, toprak ve kaya dolgularda zeminin ıslanması veya suya doygun hale gelmesi sıkışmaya yani “çökme” tabir edilen oturmalara sebep olabilir. Karakaya demiryolu köprüsü yapılırken, baraj gölünün dolması ile sular altında kalacak kuru alüvyon tabakalarına rastlayan köprü ayakları için böyle bir tahkik yapılması gereği ortaya çıkmıştır (Ordemir, 1985). Tabii zeminlerde, (suya doygun durumdaki su muhtevasının likit limite eşit veya büyük olması kriterinden hareket edilerek) 

Gs . γw 

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

1 + wL Gs olduğu takdirde çökmenin beklenebileceği önerilmiştir (Holtz ve Hilf 1961, Das, 1984’ten). Çökmeye mütemayil ve gevşek yapıda bir zemin başlangıçta kuru ise, suya maruz kalınca özellikle büyük yükler altında çökme gösterebilir.

Zeminlerin kuru iken dayanımları ile plastisite arasında da ilişki vardır. Bunu tespit için 40 no.lı elekten (0,4 mm) geçen daneler gerekirse su ilave edilerek yoğrulur ve bir küp yapılır. Havada veya güneşte kurutulduktan sonra parmaklarla kırılır. Tablo 4 bu basit denemenin değerlendirilmesi için kullanılabilir.

1.3 Zeminlerin kompressibilite-konsolidasyon 

ve 

kayma dayanımı özellikleri

1.3.1 Efektif gerilme kavramı

Efektif gerilme (σ’)zemin kütlesi içinde daneden daneye aktarılan kuvvetlerin yarattığı , doğrudan doğruya ölçülemeyen gerilmeyi temsil eder. Zeminde hacim değişikleri ve kayma dayanımının doğması efektif gerilmelere bağlıdır. Suya doygun zeminlerde efektif gerilme Terzaghi tarafından 

σ’ = σ – u veya σ = σ’ + u

olarak verilmiştir. Burada, σ düzlemin birim alanına dik olarak etkiyen zeminin toplam ağırlığının doğurduğu kuvvettir, ve toplam normal gerilme olarak tanımlanır.

u ise boşluk suyu basıncıdır ve toplam gerilmenin boşluk suyu tarafından taşınan kısmını gösterir.zemin yüzeyinin ve yer altı statik su seviyesinin yüzeyden hw derinliğinde olduğu bir durumda , z > hw derinliğinde düşey efektif gerilme aşağıda gibi hesaplanır.

σ = hw . γ + (z – hw) γd

u = (z – hw) γw

σ’ = σ – u = hw . γ + (z – hw) . γ’

Burada γ, yer altı su seviyesinin üstündeki zemin için ortalama birim hacim ağırlıktır ve kuru , ıslak veya kapileriteden dolayı doygun duruma tekabül edebilir.

γw suyun birim hacim ağırlığı, γ’ = (γd – γw) efektif birim ağırlık olup su seviyesi altında suyun hidrostatik kaldırma kuvvetinin etkisini gösterir. Boşluk suyu basıncı, u, yer altı su seviyesinde atmosferik basınca (sıfır) eşit olup su seviyesinin altında hidrostatik dağılım gösterir.

Suyun yüzeysel gerilim etkisi ile yer altı su seviyesinin üstüne çıktığı kapiler bölgede boşluk suyu basıncı negatiftir (u < 0) ve değeri kabaca γw x hc ile bulunabilir. “hc”, negatif boşluk suyu basıncının bulunması istenen noktanın yer altı su seviyesinden yüksekliğidir. Su akımı mevcutsa boşluk suyu basıncı akım ağından elde olunur. Artezyen su basıncı durumunda , basınçlı su ihtiva eden akiferde ve üstündeki geçirimsiz tabakada statik yer altı suyu basıncının üstünde bir boşluk suyu basıncı mevcuttur.

Zemine etkiyen yüklerde artma zemin kütlesinde bir hacim değişikliği doğurmaya çalışır.suya doygun ve geçirgenliği düşük killi zeminlerde , su sıkışabilir bir malzeme olmadığından ve boşluklardaki su hızla dışarı çıkmayacağı için hacim değişikliği hemen meydana gelmez. Bu boşluk suyu basıncının geçici olarak , Δu kadar artmasına sebep olur ve efektif gerilmede hemen bir artış almaz. (örneğin toplam düşey gerilmede meydana gelen artış Δσ, tek yönlü sıkışma – konsolide şartlarında Δu = Δσ kadar bir ilave (aşırı) boşluk suyu basıncı doğmasına neden olur.) zamanla boşluk suyunun bir kısmının geçici akımla drene olması ile basınçları söner, efektif gerilmede ve hacimde tedrici değişiklik(düşey gerilmelerin artması durumunda konsolidasyon ve oturmalar ) meydana gelir. Zemin üzerine etkiyen yükün azalmasına örnek olarak kazılar yarmalar ve toprak baraj rezervuar seviyesinde ani su seviyesi düşüşü gösterilebilir. Bu durumda ilave boşluk suyu basıncı negatiftir (Δu <0) ve uzun vadede hacim artması meydana gelebilir.

Killi zeminlerde zemine etkiyen kuvvetlerin değiştirilmesinden hemen sonraki durum “drenajsız safha” ilave boşluk suyunun sönümünün uzun sürede tamamlanmasından sonra ulaşılan durum ise “drenajlı safha” olarak anılır. Şev stabilitesi analizi ve taşıma gücünün tayini gibi problemlerde drenajsız safha için kısa süreli “inşaat sonu hali) ve drenajlı safha için “uzun süreli stabilite” tabir edilen ve farklı kayma dayanımı parametrelerinin kullanıldığı iki ayrı tahkik söz konusu olabilir.

Kum gibi geçirgenliği yüksek olan zeminlerde ilave boşluk suyu basınçları çok kısa sürede kaybolduğundan sadece drenajlı safha durumu geçerlidir.

1.3.2 ZEMİNLERİN KOMPRESSİBİLİTE VE KONSOLİDASYONU

Kompressibilite (sıkışabilirlik) genel olarak malzemenin birim basınç artışına tekabül eden birim hacim değişimi olarak tarif edilebilir. Konsolidasyon ise zeminlerde toplam gerilmenin artması (yük tatbiki) veya boşluk suyu basıncının azalması (su tablasının veya artezyen basıncının düşürülmesi) neticesinde efektif gerilmelerin artmasıyla meydana gelen , boşluk suyunun aşırı boşluk suyu basıncı sönene kadar drenajı ile oluşan tedrici bir hacim azalmasıdır. Silt ve kilerde düşük permeabilite nedeniyle konsolidasyon çok düşük olduğu halde , kum ve çakıllarda suya doygun halde bile hacim değişikliği ve oturma ani olur. Kazı yapılarda efektif gerilme azalır ve kabarma (şişme) meydana gelir.

Ödometre deneyi 

Pratik problemlerde genellikle yanal boy değişiminin sıfır olduğu tek yönlü sıkışma kabulü yapılır. Bu sebepten zeminin kompressibilitesi ve konsolidasyon hızı, tek yönlü sıkışma şartlarını sağlayan “ödometre aleti” kullanılarak bulunur. Şekil 1a ‘da görüldüğü üzere zemin numunesi rijit bir halka içine yerleştirilir, alt ve üst yüzeyleri boşluk suyunun drenajına imkan vermek üzere gözenekli taşlar konur. Tatbik edilen eksenel yük her defasında iki misline çıkarılır. Sıkışma okumaları uygun konsolidasyonun pratik olarak bittiği yani aşırı boşluk suyu basıncının sönerek toplam gerilme artışının tamamen efektif gerilmelere dönüştüğü kabul edilen 24 saat süresince alınır. Zeminin şişme özellikleri, belli bir yük kademesine çıkıldıktan sonra basınç düşürülüp numunenin su alıp şişmesine izin verilerek belirlenir.

Tek yönlü sıkışmada kesit alanı kaldığından hacim, numune kalınlığı ve boşluk oranı arasında aşağıdaki bağıntı vardır:

ΔV ΔH Δe

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

Vo Ho 1 + eo

Burada Vo, Ho ve eo sırası ile başlangıçtaki hacim, kalınlık ve boşluk oranı değerlerini, ΔV, ΔH ve Δe ise bu değerlerdeki değişimleri göstermektedir. Her yükleme seviyesindeki boşluk oranı e1, yukarıdaki ifade ve Şekil 1.b göz önüne alınarak iki şekilde hesaplanabilir:

(1)deney sonundaki su muhtevası : w1

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

deney başlangıcındaki numune kalınlığı = Ho

deney sonundaki numune kalınlığı değişimi = ΔH

deney başlangıcındaki boşluk oranı = eo = e1 + Δe

“Denklem (1)” deki bağıntı,

Δe 1 + eo 1 + (e1 + Δe)

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

ΔH Ho Ho 

yazılarak Δe ve eo hesaplanır ve benzer şekilde her yük kademesi için boşluk oranı bulunabilir.

(2)Numunenin deney sonunda ölçülen kuru ağırlığı = Ms

Herhangi bir yükleme sonundaki numune kalınlığı = H1

Numune alanı = A

Ms

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

AGsρw

H1 – Hs H1

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

Hs Hs

1.3.2.1 Kompressibilite özellikleri

Ödometre deneyi hesaplarından basınç/boşluk oranı eğrileri çizilebilir.suya doygun bir kil numunesi için bulunan tipik eğriler Şekil 2 ‘de verilmektedir. Numune tabiattaki çökelmeler sırasında olduğu gibi cıvık vaziyette hazırlandığı taktirde e - log σ’ bağıntısı lineer olur. Eğer bir noktadan sonra basınç azaltılırsa kil şişer ve tekrar yüklendiğinde efb eğrisi boyunca tekrar sıkışır. σc’ efektif gerilmesi aşıldığında numune tekrar lineer davranım gösterir. Eğer bozulmamış bir numune , alındığı derinlikteki efektif düşey gerilme σo’ den itibaren abc gibi lineer bir e - log σ’ bağıntısı veriyorsa bu tip bir zemin “normal konsolide” veya “normal yüklenmiş” zemin olarak adlandırılır. Zemin jeolojik geçmişinde σc’ > σo’ basıncı altında konsolide olmuş ise e-log σ’ bağıntısı efb’c eğrisi tipinde bir davranım gösterir ve σc’ basıncı ön konsolidasyon basıncı olarak adlandırılır. “Aşırı konsolide” veya “aşırı yüklenmiş” olarak adlandırılan bu zeminlerde tabiatıyla ön konsolidasyon basıncı aşılmadığı taktirde sıkışma ve oturmalar az olur.

Zeminin kompressibilite özellikleri aşağıdaki parametrelerle ifade edilebilir :

1)Hacimsel sıkışma katsayısı, mv 

1 Δe 1 (eo – e1) 

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

1 + eo Δσ’ 1 + eo (σ1’ – σo’) 

2)Sıkışma indisi Cc , e - logσ’ diyagramının lineer kısmının (bakir konsolidasyon eğrisinin) eğimidir ve birimsizdir.

Δe eo – e1 

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

Δlog σ’ log σ1’ / σo’ 

e – log σ’ diyagramının şişmeye tekabül eden kısmı takriben bir doğru olarak alınırsa eğimi, kabarma (şişme) indisi Cs olarak tarif edilir.

1.3.2.2 Konsolidasyon Oturmasının Bulunması

Nihai konsolidasyon oturması Sc’ esas olarak şu ifadeden bulunur :

Δe

Sc = ΔH = H ---------

1 + eo 

Burada, Δe, mv cinsinden ifade olunabilir. O taktirde,

Sc = H . mv . Δσ’

Normal konsolide killer için ise,

Cc σ1’

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

1 + eo σo’ 

ifadesi kullanılabilir.

Bu ifadelerde σo’ ve σ1’ , sıkışabilir tabakadaki ortalama değerleri bulmak için tabakanın ortasında hesaplanan başlangıçtaki efektif gerilme ve yüklemeden sonraki efektif gerilme değerleridir. hacimsel sıkışma katsayısı mv oturma hesaplarına konu olan gerilme değerleri mertebesi için tayin edilebilir. Birden fazla kil tabakası için veya mv ve Δσ’ ‘nin derinlikle değişimi hesaba katmak için kil tabakasının ara tabakalara bölünmesi durumunda aynı ifade tabakaların her biri için uygulanır. 

Yukarıdaki ifadelerde tek yönlü konsolidasyon kabulü yapıldığı için yük tatbik edildiğinde drenajsız şartlar altında hacim değişikliği olmadan meydana gelen ani oturma sıfırdır ve toplam oturma konsolidasyon oturmasına eşittir. Skempt ve Bjerrum (1957) yanal deformasyonların ihmal edilmemesi gereken durumlarda oturmaların ödometre deneyi sonuçlarından hesaplanan değerleri kullanılarak aşağıda değerlerin bulunmasını önermişlerdir:

S = S1 + Scx Scx = μ Sc 

Elastik veya ani oturma killer için elastik teori çözümleri kullanılarak hesaplanılır. Poisson oranı , killerde sıfır hacim değişikliğine tekabül eden drenajsız yükleme için 0,5 alınır. Elastisite modülü drenajsız üç eksenli basınç deneylerinden bulunur. Genellikle gerilme eksenel birim deformasyon eğrisi üzerinde orijin ve kırılmadaki eksenel gerilmenin 1/2ila1/3 üne eşit gerilme değerini birleştiren doğrunun eğimi elastisite modülü olarak alınır.

Kumlu zeminlerde , elastisite modülü derinlikle arttığı ve genellikle kum tabakaları homojen olduğu için toplam oturmaya eşi olan ani oturma elastik çözümler yerine plaka yükleme deneyi, standart penetrasyon deney sonuçları kullanılarak uygulanan ampirik metotlardan yararlanılır (Craig, 1983).

1.3.2.3. Müsaade Edilebilir ve Farklı Oturmalar

Bir temel sistemi tasarımında oturmaların yapıya ve fonksiyonuna zarar vermeyecek mertebede tutulması gerekir. Maksimum oturmadan ziyade yapının bir kısmı ile diğer kısmı arasındaki farklı hareketi ifade eden farklı oturma daha kritiktir ve δ = smaks – smin şeklinde tarif edilir. Farklı oturma, “açısal deformasyon”, δ / ι tarifi ile de karakterize edilir. Bu tanımda δ iki nokta arasındaki farklı oturma, ι ise bu iki nokta arasındaki yatay mesafedir. Diğer bir yapının oturması uniform ise bu, yapısal bir zarara yol açmaz ancak tesisat vs. etkilenebilir. Farklı oturma bahsine gelirse döşeme ve duvarlarda çatlaklar, yapının taşıyıcı elemanlarına ve kullanımına zarar hasıl olabilir.

Yapının tolere edebileceği maksimum oturma ve farklı oturmalar, yapının rijitliği, yapı sistemi, kolon aralıkları, yapı malzemesi ve binanın kullanımı gibi pek çok faktöre bağlıdır. Ancak yapıların çoğu yarı rijit olduklarından farklı oturma sorun olabilir. Kumlu zemin tabakaları gelişigüzel dağılmış gevşek cepler ihtiva ettiklerinden killi zeminlere nazaran çok düzensiz farklı oturmalar beklenebilir. Ayrıca, kilin aksine oturmalar ani olduğundan yapının kendini farklı oturmalara adapte etmesi imkanı olmaz. Farklı oturmaları azaltmak açısından kumlu zeminlerde münferit sömeller yerine radye jeneral temel sistemi uygun çözüm olabilir. Kum üzerindeki sömeller için müsaade edilebilir (maksimum) oturma 25 mm genellikle kabul edilen bir kriterdir. Bu durumda farklı oturmaların takriben 20 mm’den az olması beklenir. Radye jeneral içinse 20 mm kadar farklı oturma limitine karşılık 50 mm müsaade edilebilir oturma kabul edilir.

Açısal deformasyon için Bjerrum tarafından önerilen limitler genel bir fikir vermek için aşağıdaki tabloda aktarılmıştır.

Tablo 5. Açısal deformasyon (δ / ι) limitleri

1 / 150 Genel binalarda yapısal hasar beklenir

1 / 250 Yüksek, rijit binaların kaykılması fark edilebilir.

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

1 / 500 Çatlaklara müsaade edilmeyen binalar için limit.

1 / 600 Diyagonal çekme çubuklu çerçevelerde aşırı gerilme. 

1 / 750 Oturmaya hassas, makinelerde sorun.

1.3.2.4. Konsolidasyon Oturma Hızı

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

Cv = Konsolidasyon katsayısı

∂u ∂2u k

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

∂t ∂z2 γw mv 

Bu denklemde “u”, kil tabakasının üst yüzeyinden “z” derinliğindeki bir noktadaki aşırı boşluk suyu basıncının, basınç artımını tatbikten “t” zaman sonraki değerini gösterir. Suyun birim hacim ağırlığı ve k permeabilite katsayıdır. Sıkışabilir tabakanın tamamı için konsolidasyonun hangi safhada olduğu veya t zamandaki oturma Sct miktarı, konsolidasyon yüzdesi U ile ifade edilir: 

Sct = U x Sc U = f (Tv)

Cvt

Tv = -------

d2 

Burada, Tv birimsiz zaman faktörüdür. “d” ise boşluk suyunun serbest drenaj yüzüne erişmesi için takip edeceği maksimum yolun uzunluğudur. Kil tabakasının alt ve üstünde geçirimli tabakalar olduğunda ve ödometre deneyinde d = H / 2 , drenajın sadece alt veya üstte olması durumunda d = H’dir. U ve Tv arasındaki ilişki kil içinde başlangıçtaki aşırı boşluk suyu dağılımına ve drenajın tek veya çift yönlü olmasına bağlı olup abak veya tablolardan veya yaklaşık olarak aşağıdaki ifadelerden bulunur:

π

U < 60 % için Tv = ---- U2

4

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

Konsolidasyon katsayısı Cv ödometre deneylerinde her yük kademesindeki sıkışma - zaman okumalarından, sıkışma - √ t veya sıkışma-log t bağıntıları kullanılarak bulunur (Kumbasar ve Kip, 1972, Önalp, 1982).

1.3.2.5. Zeminlerin Suya Doyurulduklarında Şişme ve Çökme Davranışı 

Kuru veya kısmen suya doygun tabii veya dolgu zeminlerin, üzerilerine etki eden basınç değişmeden suyla satüre olduklarında gösterdikleri hacim değişiklikleri de ödometre veya tek yönlü konsolidasyon şartlarını sağlayan benzer aletler kullanılarak incelenir. Zemin, kuru yoğunluk, su muhtevası, gradasyon, konsolidasyon basıncı ve hatta suya doyurulma hızına bağlı olarak miktarı değişen şişme veya çökme gösterebilir. Dolguda gerilme şartlarının tek yönlü gerilme şartlarından sapması, arazi ve laboratuardaki farklı sıkıştırma yöntemi ile farklı zemin yapılarının oluşması, laboratuar sonuçlarından arazi tahminleri yapılmasını güçleştirmektedir. Ancak genel olarak kuru yoğunluk, su muhtevası azaldıkça ve konsolidasyon basıncı arttıkça şişmeden ziyade çökme beklenir.

1.3.3 ZEMİNLERİN KAYMA DAYANIMI VE STABİLİTE ANALİZİ YÖNTEMLERİ

Bir zeminin kayma dayanımı, belirli şartlar (drenaj şartları, yükleme hızı gibi) altında taşıyabileceği maksimum kayma gerilmesi olarak tarif edilir. Zeminler için kırılma hipotezi Coulomb tarafından aşağıdaki şekilde verilmiştir:

τf = c + σf tan Ø

Burada, τf = kayma dayanımı 

σf = kayma düzlemine etkiyen toplam normal gerilme

c = kohezyon } Toplam gerilmelere göre

Ø = kayma direnci açısı }

Efektif gerilmeler cinsinden bu ifade

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

şeklini alır. Bu denklemde “σf’” kırılma esnasında kayma düzlemindeki efekyif normal gerilme, “u” boşluk suyu basıncı, c’ ve Ø’ efektif gerilmelere göre kayma dayanımı parametreleridir. Şekil 3’de görüldüğü gibi, kırılmaya tekabül eden Mohr gerilme dairesi kırılma zarfına teğettir ve teğet noktasının koordinatları (τf , σf’ ) kırılma anında kayma düzlemine etkiyen normal ve kayma gerilmesi değerlerini verir. Kırılma anındaki asal (efektif) gerilmeler σ3’ , σ1’ ve kayma dayanımı parametreleri ve kayma düzlemine etki eden gerilmeler arasında aşağıdaki bağıntılar vardır (Şekil 3):

AB 1 / 2 (σ1’ – σ3’) 

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

QB c’ cot Ø’ + 1 / 2 (σ1’ + σ3’)

düzenlenince :

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

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

Kayma düzlemine etki eden normal ve kayma gerilme değerleri de aşağıdaki denklemlerden bulunabilir: 

τf = 1 / 2 (σ1’ – σ3’) sin 2θ

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

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

θ = 45 + Ø’ / 2

Kırılma zarfı deneysel olarak, kayma düzlemi üzerinde kırılma anındaki normal ve kayma gerilmelerinin ölçülmesi ile (örneğin, kesme kutusu deneyi) veya kırılma anındaki asal gerilmelerin ölçülmesi ile (örneğin üç eksenli basınç deneyi) Mohr gerilme dairelerinin müşterek teğeti çizilerek elde edilir.

1.3.3.1. Kayma Dayanımı Deneyleri

Kayma dayanımı parametreleri tabii zeminlerde bozulmamış temsili numuneler, dolgularda aynı şartlarda sıkıştırılmış numuneler üzerinde laboratuar kesme deneyleri yapılarak bulunur.

Direkt kesme (kesme kutusu) deneyinde, numune kare veya daire kesitli, orta yüksekliğinden ikiye ayrılmış bir kutu içine yerleştirilir. Düşey yük tatbik edilir. Kutunun üst yarısının alt yarısı üzerinde hareketi ile yatay kayma düzlemine sabit tutulan düşey yük altında kesme kuvveti tatbik edilerek numune kırılır (Şekil 4).

Üç eksenli basınç deneyi, en yaygın olarak kullanılan ve bütün zemin tipleri için uygun bir deney yöntemidir. Deneyin avantajı drenaj şartlarının kontrol edilebilmesi ve boşluk suyu basınçlarının ölçülebilmesidir. Genellikle uzunluk/çap oranı 2 olan silindirik numuneler kullanılır. Üç eksenli deney aletinin bir şeması Şekil 5’de verilmektedir. Lastik kılıfla sarılan numune, saydam olan silindirik bir hücre içine yerleştirilir. Hücreye doldurulan sıvı vasıtası ile hücre basıncı veya çevre basıncı (σ3) tatbik edilir. Deviatör gerilmeye (σ1 – σ3) tekabül eden eksenel yük bir mil vasıtası ile numune üzerine etkir. Numune altındaki gözenekli alt başlık içinden bağlantı ile boşluk suyunun drenajı veya drenaja müsaade edilmediği zaman boşluk suyu basıncı ölçmeleri yapılır. Rutin deneylerde hücre basıncı (σ3) sabit tutulur ve deviatör gerilme (σ1 – σ3) arttırılarak numune kırılır.

Hücre basıncı ve deviatör gerilme tatbiki sırasındaki drenaj şartlarına bağlı olarak başlıca üç çeşit üç eksenli basınç deneyi vardır:

(a)Konsolidasyonsuz-Drenajsız Deney : Hücre basıncı tatbiki sırasında drenaja (konsolidasyona) müsaade edilmez. Deviatör gerilme tatbiki (kesme) esnasında da drenaja müsaade edilmez. 

(b)Konsolidasyonlu-Drenajsız Deney : Numuneye hücre basıncı tatbik edilirken drenaja (konsolidasyona) izin verilir ve sonra deviatör gerilme drenaja izin verilmeden arttırılarak numune kırılır. Parametreler Ccu ve Øcu ile gösterilir. Efektif gerilmelere göre kayma direnci parametreleri c’ ve Ø’ nin bulunması isteniyor ise, deneyin drenajsız kesme safhasında boşluk basınçları ölçülür.

(c)Drenajlı Deney : Numune, hücre basıncı altında konsolidasyona bırakılır. Drenaj yolu açık tutulmaya devam edilerek, deviatör gerilme ilave boşluk suyu basıncı doğmayacak yavaşlıkta arttırılarak numune kırılır. Dolayısı ile bu deneyde toplam ve efektif gerilmeler birbirine eşittir. Bu yöntemle Cd ve Ød ile gösterilen efektif gerilmelere göre kayma dayanımı parametreleri doğrudan doğruya ölçülmüş olur.

Bir zemin elemanı üzerindeki çevre basıncı drenajsız şartlar altında izotropik olarak kadar arttırılırsa boşluk suyu basıncındaki artış, Δu3, aşağıdaki ifade ile verilir : 

Δu3 = B . Δσ3 

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

Büyük asal gerilme Δσ1 kadar arttırılırsa, 

Δu1 = AB Δσ1 

olarak ifade edilir. Burada AB, Ā olarak da yazılabilir. Suya doygun zeminlerde B = 1 olduğundan,

Δu1 = A Δσ1 

ifadesi bulunur. Üç eksenli deneyde, drenajsız şartlar altında eksenel yük arttırıldığında boşluk suyu basıncı ölçülerek A değeri bulunur. Boşluk basıncı katsayısı A’nın değeri zeminin normal veya aşırı konsolide olması, gerilme mertebesi gibi faktörlere bağlıdır.

Normal konsolide killerde A değeri 0,5 ila 1,0, az aşırı konsolide killerde 0 ila 0,5 ve çok aşırı konsolide killerde –0,5 ila 0 arasındadır. Aşırı hassas killerde A değeri 1’den büyük olabilir.

Üç eksenli deneyde olduğu gibi izotropik ve eksenel gerilmelerin her ikisinin de arttırılması durumunda boşluk suyu basıncı artması Δu aşağıdaki ifade ile verilir :

Δu = Δu3 + Δu1

= B [Δσ3 + A (Δσ1 - Δσ3 )]

bu denklem düzenlenirse,

Δu Δσ3

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

Δσ1 Δσ1

veya 

Δu _

------ = B

Δσ1

şeklinde yazılır.

Şev stabilitesi problemlerinde, muhtemel kayma yüzeyleri boyunca boşluk suyu basıncının değeri, o noktadaki “dolgu basıncı” na oranlanarak belirtilebilir. Bu birimsiz orana “boşluk basıncı oranı” “ru” denir.

u

ru = -----

γh

Burada γ , zeminin toplam birim hacim ağırlığı (gerektiğinde suya doygun haldeki birim hacim ağırlık), h ise o noktadaki düşey dolgu yüksekliğidir. Toprak barajların çeşitli safhalardaki (yapım sonu, rezervuar dolu olarak sızıntı hali vs) şev stabilitesi tahkiklerinde ru değerleri boşluk basıncı katsayıları cinsinden ifade edilebilir. Bu, tipik dolgu zeminlerde ve tipik toprak barajlarda mansap ve memba şevleri için kabaca ve şev için ortalama bir ru değerinin belirlenmesine imkan verdiğinden hesaplarda kolaylık sağlar.

2. SIĞ TEMELLER VE RADYELER

Genellikle temel taban kotuna temel yüzeyinden olan derinliğin temelin dar genişliğinin 1,5 katını aşmaması halinde bu tür temellere sığ temeller denir.

2.1 TİPLERİ 

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

Birleşik Temel : Bu tür temel birkaç kolonu birden taşır.

Duvar Altı Temel : Sürekli duvar yükünü taşır.

Konsol Temel : Bir sürekli veya tek temeli mesnetlendiren temeldir.

2.2 SIĞ TEMELLERİN YAPIMVE PROJELENDİRİLMESİNDE GÖZ ÖNÜNE ALINACAK HUSUSLAR

Bu tür temellerin yapılmasında, iyi ve anlamlı bir zemin etüdünün yapılması ana ilke olmalıdır. Bunu takiben, şu hususlar gözetilir :

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

Zemin Profili Tespit Edilir : Bu tespitte, yapılmış olan zemin etüdü ile su tablası derinliği, zeminin yerinde yapılan SPT, kanatlı kesici veya koni deneyleri ile tayin edilen özellikleri ve ilaveten örselenmemiş numuneler kullanılarak bulunan laboratuar veriler. Bu veriler, sıkışabilirlik, zaman-oturma özellikleri, sınıflandırma özellikleri ve mukavemet özellikleridir.

Civarda bulunan mevcut yapılar ve bu yapıların tasarlanan temel sistemine etkileri araştırılır.

Temel Derinliği Tespit Edilir : Bu işlem için olan derinliği. Yüzeysel toprağın uzaklaştırılması, yüzey gevşek dolgular üstüne temel oturtulması, zeminin şişme veya çökme potansiyeli özellikle göz önüne alınır.

Temellerin mecburiyet karşısında eğimli arazide yapılmaları halinde aşağıdaki şekilde gösterilen şartlara riayet edilir :

a = Asgari don derinliği

b = Kazada en az 0,60 m.

b = Zeminde en az 1,00 m.

Kritik durumlarda kayma dairesi ile tahkikler mutlaka yapılır.

Temeller mümkünse aynı kota atılır. Farklı kotlarda temel yapılmasının kaçınılmaz olduğu durumlarda aşağıdaki şartlara uyulur : 

(a / b)asgari > 2 zeminlerde

(a / b)asgari > 1 kayada

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

a)Oturma

b)Taşıma gücü yönünden projelendirilmesine ve tahliline geçilir

2.2.1 YÜZEYSEL TEMEL DERİNLİĞİ SEÇİMİNDE DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR

a)Temel don derinliği altında kalacak,

b)Zeminin hacimsel değişim gösterdiği bölge dışında kalacak,

c)Molon ve organik zemin derinliği altına inilecek,

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

e)Komşu yapı temelinin zarar görmemesi sağlanacak,

f)Bodrum ihtiyacı karşılanacak.

2.3 ZEMİN EMNİYET GERİLMESİ KAVRAMI

Bu noktada, üzerinde önemle durulması gereken bir konu, “zemin emniyet gerilmesi” kavramıdır. Çoğu kez, mühendisler böyle bir gerilme bulunmasının çok yararlı olacağı ve işlerini kolaylaştıracağı inancı ile hareket ederler. Yüzeysel çözümler peşinde olan meslektaşların, kolon yükünü bu türlü bir gerilme rakamına bölerek temel alanını buldukları ve işi bitirdikleri çok gözlenmiştir. Ne yazık ki zeminlerde, bir çelik çubuğun çekme mukavemeti veya bir beton küpün kırılma değerine benzer bu tür bir değerden söz edilemez. Zira bir yapının güvenli olabilmesi :

a)Yapının altındaki temelin göçmeye karşı emniyetli olması,

b)Yapının, temelde meydana gelecek olan oturmalara karşı güvenliğinin, bu oturmaların tespiti sonucunda saptanmasını ayrı ayrı aramak gerekir.

Bu kriterlerin gözlenmesi sonucunda yapının emniyetli olup olmadığı söylenebilir. Şüphesiz ki yapının projelendirilmesinde bu esaslara uyulmalıdır.

2.3.1 GÖÇMEYE KARŞI ZEMİN EMNİYET GERİLMESİ

Göçmeye karşı emniyet aşağıda Tablo 1’de verilmiş olan denklemlerin uygulanması ile tahkik edilmelidir.

Bu tabloda :

q = Temel seviyesinde efektif örtü yükü 

c = Kohezyon

ф = İçsel sürtünme açısı

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

γ = Zeminin birim hacim ağırlığı olmaktadır.

Tablo 2.1. Taşıma Gücü Katsayıları

ф Nc Nq Nγ 

0 5,7 1,0 0

10 9,6 10 1,2

20 17,7 7,4 5,0

30 37,2 22,5 19,7

40 95,7 81,3 100,4

50 347,5 415,1 1153,2

Tablo 2.2

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

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

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

Burada verilen değerler nihai taşıma gücünü brüt değerler olarak verir. Emniyetli net taşıma gücü ise bu değerden efektif örtü yükü çıkarılarak bir emniyet faktörü tatbik edilmek sureti ile tariflenir. Örneğin birinci denklem için :

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

F bir emniyet emsalidir. (2 – 3 olabilir)

2.3.1.1. Kohezyonlu Zemin 

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

CNc

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

F

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

2.3.1.2 Granüler Zemin

Bu durumda örneğin denklem (1)

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

2.3.1.3. Oturmalar

Yukarıdaki ifadelerle tayin edilen taşıma güçlerinin uygulanması ile tespit edilecek olan temellerin oturma analizlerinin yapılması gerekir.

Killerde oturmalar iki süreç sonucu oluşur :

2.4 STATİK HESAPLAR

Zeminin taşıma gücünün hem göçme hem oturmalara karşı hassasiyet belirlenerek tespitinden sonra bu kısımda yurdumuzda yaygın olarak kullanılan çeşitli tipteki temellerin statik analizlerine değinilecektir. Bu hesaplarda bulunan en büyük gerilmenin taşıma gücü emniyet gerilmesini geçmemenin şartı yanında, oturma kriterlerine özen gösterilmesi de bir kere daha hatırlatılır. Bu noktada şu hususu belirtmekte yarar vardır : 

Takdim edilen metotlar, temellerin davranışının tamamıyla rijit olduğu esasına dayanmaktadır.

2.4.1 Münferit Sömel : Yük ve Tek Düzlemde Moment

Bir kolon – münferit sömel sistemine aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi moment ve yükler gelebilir :

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

ΣV 6e

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

BL B

ΣV 6e

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

BL B

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

a)Ani (elastik) oturma

b)Zamana bağlı oturma

Kumlarda oturmalar daha ziyade elastik mahiyettedir. Bu oturmaların çoğu bina inşa edilirken görülür, ancak özellikle servis yükleri değişken yapılarda (Silolar, Dolum Tankları vs.) çok önemli olur.

Kumlarda küçük ф açıları için bile (6) ifadesi ile çok büyük emniyet bulunabilir. Ancak, özellikle genişliği 1,5 m den büyük olan sömellerde oturmalar önem kazanır. Günümüzde standart penetrasyon değerini esas olan bir oturma formülü çok kullanılmaktadır ve kullanılması tavsiye olunur : Bu formül 

qu 

ΔH = ------------- (7)

(0,41)N

ifadesidir.

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

Buradan qu = (0,41 (N) (ΔH) ..... (8)

ifadesi yazılabilir. ΔH yerine müsaade edilir oturma miktarı yerleştirilirse taşıma gücü qu olarak bulunur. Bu değer genellikle (6) ifadesi ile bulunandan küçüktür ve kabul edilen değer olur.

Burada kullanılan N değeri, belirli bir tabaka için alınan en küçük değer olmalı (Nm) ve ayrıca aşağıdaki şartlara göre düzeltilmelidir:

1)Yeraltı su seviyesi düzeltilmesi:

Bu düzeltme 

Dw

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

Df + B

bağıntısı ile yapılır.

Burada :

Cw=düzeltme katsayısı

Dw=yeraltı suyu yüzeyine zemin yüzeyinden derinlik

Df=temel alt kotuna zemin yüzeyinden derinlik

B=temel kısa genişliği

olmaktadır.

2) Örtü yükü düzeltmesi 

191,5

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

σo

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

Bu suretle denklemde kullanılan SPT değeri

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

olmak üzere bulunur.

Oturmalarda müsaade edilebilir miktarlar çeşitli durumlar için Tablo 2.3 te verilmiştir. Farklı oturmalar toplam oturmanın %75’i mertebesinde olabileceği bilinmektedir. 

Tablo 2.3 Müsaade edilebilir oturmalar

Hareketin cinsi yapı tipi miktarı

Toplam oturma yığma yapı 2,5-5,0 cm

Toplam oturma karkas yapı 5,0-1,0 cm

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

Dönme kuleler ve bacalar vs. 0,004 ℓ

Dönme vinç rayları 0,003 ℓ

Dönme türbinler(makine) 0,002 ℓ

Dönme pamuk tezgahı(makine) 0,003 ℓ

Farklı oturma yüksek mütemadi tuğla duvar 0,0005 ℓ

Farklı oturma alçı sıva kırılması 0,001 ℓ

Farklı oturma betonarme karkas sistem 0,0025 ℓ

Farklı oturma betonarme perde duvar 0,003 ℓ

Farklı oturma çelik mütemadi yapı 0,002 ℓ

Farklı oturma çelik basit yapı 0,005 ℓ

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

Yukarıda genel olarak tarif edilen temel projelendirme analiz metotları, özellikle zeminin durumuna göre çok titizlikle uygulanmalıdır. Tabakalanma olması, taban suyu seviyesinin değişimi, don, şişme gibi durumlar dikkatle incelenmelidir. 

Öncelikle son iki husus çok önemlidir. Yurdumuzda don olayları oldukça iyi bilindiği ve don haritaları olduğu halde şişme ile ilgili etütler yapılmamakta hatta problem hiç bilinmemektedir.

Oysa zeminlerin şişmesi nedeni ile ABD’de ortaya çıkan hasar orada saptanmış ve yıllık 10 milyar dolar olduğu görülmüştür. Sorunun iyi bilindiği bir memlekette (ABD) kasırga + sel + deprem olayları sonucunda bir yılda meydana gelen hasardan daha büyük olabilmesi, memleketimizdeki kayıplar hakkında bir fikir verebilir.

Yurdumuzda bu etkiden en fazla zarar gören bölgeler yarı – kurak iklim bölgeleridir. Yani iç anadolu ile batı anadolunun bir kesimi, güneydoğu anadolu ve doğu anadolunun bir kesimi. Buralarda özellikle dikkatli olunmalıdır. Aşağıdaki Şekil çok basit zemin parametreleri (kil yüzdesi = c; PI = plastislik endisi) ile şişebilen killeri tanımak için kullanılabilir.

Bu denklemler e < B / 6 hali için geçerli olur. e = B / 6 halinde üçgen bir taban basınç dağılımı elde edilir. e > B / 6 hali için ise aşağıdaki taban azami gerilmesi aşağıdaki denklem ile hesaplanır : 

4 ΣV

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

3 (L – 2e)

M + H x d

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

V

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

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

şartına izin verilebilir. 

2.4.2 Münferit Sömel : Yük ve Çift Düzlemde Moment

Bu durumda

M1 M2 

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

B L 

Taban gerilmeleri ise

ΣV 6e1 6e2 

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

BL L B

ve

ΣV 6e1 6e2 

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

BL L B

formülleri ile hesaplanır.

6e1 6e2 

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

L L

bulunur.

Şartnameler, zeminlerde

6e1 6e2

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

L B 

şartını, yani bütün taban zemininin basınç altında olması şartını ararlar. Zeminlerde, aksi varit olduğu takdirde proje tekrar hazırlanır.

2.4.3. Simetrik Olmayan Temeller :

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

1)Eğer bir simetri ekseni üzerinde bir simetri var ise her iki eksen üzerinde temelin atalet momentleri hesaplanır ve taban gerilmeleri kritik noktalarda bulunur. Aşağıdaki şekilde 1-1 ekseni ve2-2 ekseni ile a,b,c,d,e,f,g,h noktalarındaki gerilmeler 

ΣV M1 M2

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

A I1-1 I2-2 

ifadesiyle hesaplanır.

Burada 1-1 ve2-2 eksenleri ağırlık merkezinden geçerler. M1-1 ise 1-1 ekseni etrafındaki moment olur. 1-1 aynı zamanda simetri eksenidir. 

2)Eğer herhangi bir eksen etrafında simetri yok ise fakat sömel dışında kalan alan sömel alanının % 20’sini aşmıyor ise yine yukarıdaki usul kullanılır. Aşağıdaki şekil bu hali özetler: 

A1

------- < 0,20

A

her iki halde de kolonların durumundan veya yük değerlerinden ötürü yük tatbik noktası ağırlık merkezinden geçmeyebilir. M1-1 ve M2-2 momentleri bu nedenle oluşurlar. 

A1 

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

A

halinde yukarıdaki hesapların asal atalet moment eksenleri tayin edilerek yapılması gerekir.

ΣV 6e

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

BL L

L’ = L + 2e

ΣV ΣV

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

BL’ B (L + 2e)

Eksantriklik ,yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi uzunluk (L), L’ = L + 2e kadar uzaklarda ortadan kaldırılabilir ve uniform basınç sağlanabilir. Bu tavsiye edilecek bir husustur.

Yanda bir komşu temelin olması nedeniyle bu uzatma yapılırsa aşağıda sözü edilen trapez sömel tipine gidilebilir.

Bu sömellerin betonarme projeleri yapılırken bazı statikerler temeli ters çevirir ve mesela Cross metodu ile çözerler bu yanlıştır temel kolon yükleri ve zemin basıncı alınarak doğrudan moment ve kayma kuvvetleri hesaplanır. 

Trapez sömel : 

Trapez sömeller yukarıda anlatılan nedenlerle uniform basınç elde etmek için yapılırlar.

Aşağıdaki şekilde A, ağırlık merkezini , E ise x-x simetri ekseni üzerinde alınan kesitteki orta noktayı göstermektedir.bu kesit sömel dikdörtgen olsa idi onu gösterecekti şeklinde düşünebiliriz.Uniform basınç elde etmek için alan öyle ayarlanmalıdır ki yüklerin bileşleri V yükünü karşılayacak şekilde ve A noktasından tatbik olunsun.

Bu şartlar şu şekilde yerine getirilir:

1) sömelin L uzunluğu bellidir. B1 + B2

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

2

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

dir. 

2)dolayısı ile 

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

(B1 + B2) hesaplanır. 

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

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

L B2 + 2B1 

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

3 B2 + B1

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

Özel durumlar :

Moment olması halinde taşıma gücü değeri:

Emniyetli taşıma gücü değerleri tayin edildikten sonra taşıyabildikleri yükün bu değerin temel alanı ile çarpılarak bulunduğu malumdur.

Ancak , moment olması halinde temel faydalı taban alanı

A’ = (L – 2e1) (B – 2e2) (25)

Halinde momentlerin tatbik düzlemi üzerindeki eksantriklik oranları göz önüne alınarak hesaplanır. Kaldırma kuvvetine maruz sömel su altındaki sömellerde kaldırma kuvveti etkir. Bu durumda bu kuvvete karşı genellikle 1,5 olan bir emniyet misali ile tahkik yapmak gerekir:

W1 + W2 + F

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

U

Burada 

W1 = temelin ağırlığı

W2 = temel çevreleri toprağın ağırlığı 

F = sürtünme katsayısı

U = γw x B x L x hw

γw = suyun birim hacim ağırlığı

B ve L = temel boyutları (B=1)

hw = su üst kotu ile temel alt kotu 

arasındaki mesafe 

Kohezyonlu zeminlerde F = C x Df x L

Df = temel derinliği

C = kohezyon 

L = temel eni (temel boyu birim uzunluktur)

Granüler zeminlerde 

F = γo Ko x Df x L

dir. 

Ko = 1 – sin ф 

γo = 1 / 2 Df . (γ – γw)

olarak bulunur.

γ = zeminin toplam birim hacim ağırlığı

ф =içsel sürtünme açısı

2.4.4 Mütemadi Sömeller

Bu sömellerde de yukarıda olduğu gibi düşey yükler toplamı ile hesaplanan eksantriklik oranlar 12 ve 13 no.lı denklemlerde yerini korur. En yüksek gerilmenin zemin emniyet gerilmesi altında kaldığı ve oturma şartlarının sağlandığı saptanır. Aşağıdaki şekil bu durumu yansıtmaktadır.

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

Bileşke : ΣV = V1 + V2 + V3 + V4

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

ΣV 6e ΣV 6e

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

BL L BL L

2.5 RADYE TEMELLER

Radye temeller, genelde zeminin emniyetli taşıma gücünün düşük olduğu durumlarda “münferit sömeller ile yapılan temel yüzey alan hesaplarının binanın mimari alanının yarısından fazlasını işgal ettiği zaman” düşünülürler. Bu durumda çok büyük ihtimalle radye temel diğer sistemden daha ekonomik olur. Ayrıca zeminin temel altında yerden yere çok değişken olduğu hallerde de radye temeller yararlı olurlar.

2.5.1 RADYE TEMEL TİPLERİ 

Radye temeller aşağıdaki şekillerden biri olarak inşa edilebilirler : 

a)

Bu şekilde bir döşeme doğrudan kolonları taşır. Özel durumlarda kolon altları döşemede biraz yukarı veya aşağı doğru kalınlaştırılabilir.

b)

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

c)

Bu sistemde alt bodrum kata tamamen betonarme perde duvarlarla teşkil edilmiş bir çok rijit radye görülmektedir.

2.6 RADYELERİN TAŞIMA GÜÇLERİ

Granüler Zemin Üzerine Oturan Radyeler :

Bu radyelerde taşıma gücü, aynen granüler zemin üzerine oturan sığ temellerde olduğu gibi (7) ifadesi ile bulunur. Ancak bulunan buradaki (0,41) değeri (0,22) olarak değiştirilir. 

Kil Zeminin Üzerine Oturan Radyeler :

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

qult = CNc + qNq (27)

haline dönüşür.

Emniyetli taşıma gücü de 

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

olur.

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

Burada Q’nun hesabında şu hususa dikkat etmek gerekir :

Qt = QD + Q2 – Q3 (29)

QD = Yapı yükü (radye ağırlığı dahil)

Q2 = Hareketli yük

Q3 = Hafredilmiş olan toprağın ağırlığı 

Radye temelin özelliği (29) ifadesinde görülmektedir. Eğer derine oturtulan bir radye varit ise Qt sıfıra yaklaşacaktır. Bu durum özellikle zayıf zeminler için çok yararlı olup ve birçok halde kazıklı temele gitmekten kurtulunabilir.

3. KAZIKLI TEMELLERE GENEL BİR BAKIŞ

Temeller, genel bir çerçeve içinde iki grup halinde düşünülürler bunlar yüzeysel temller, derin temeller’ dir. Zemin şartları uygun olduğu hallerde kullanılan yüzeysel temeller ,münferit sömel, mütemadi sömel, radye temel şeklinde olabilir. Zemin şartlarının yüzeysel temel yapmaya müsait olmadığı veya üst yapıdan gelen yüklerin fazla olduğu durumlarda yüzeysel temelle yeterli olmazlar. Bu durumda yükleri daha derinlerdeki sağlam tabakalara aktarmak , ve yapının yapacağı oturmaların istenen sınırlar içerisinde kalmasını sağlamak için derin temeller inşa edilir,

Derin temeller tabiri, izafi bir durum ifade etmekte olup genel olarak derinliği, genişliğinden daha büyük bir temeli ifade etmek için kullanılır ve kazıklı temeller, kesonlar ve derin ayak temelleri içine alır. Bunların içinde en yaygın olarak kullanılanı kazıklı temellerdir.

3.1 KAZIKLI TEMELLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ

Kazıklı temeller uzun ve nispeten ince yapı elemanlarıdır. Kazıklar üst yapıdan gelen yükleri, daha aşağıda bulunan zemin tabakalarına aktarırlar. Kazıklı temelleri, yükleri taşıma ve iletme şekillerine ve yapıldıkları malzemeye , zemin yerleştirme tarzına yapıldıkları veya inşa edildikleri teknolojiye göre sınıflandırmak mümkündür.

Yükleri taşıma ve zemine iletme tarzlarına göre kazıklar: 

a) Sürtünme kazıkları

b) Uç kazıkları

olarak ikiye ayrılırlar. Kazıklar genel olarak yükleri hem çevre sürtünmesi ile hem de uç mukavemeti yolu ile taşımakla birlikte, yükün önemli bir kısmı kazığın etrafındaki çevre sürtünmesi ile taşıdığı taktirde bunlara “sürtünme kazığı” da denir.

Uç kazıkları ise, yükü aşağıdaki saydam bir tabakaya (kaya veya sıkı kum-çakıl gibi) kazık uç direnci yolu ile aktarılırlar ve çevre sürtünmesi bu kazıklarda ihmal edilecek seviyelerdedir.

Diğer bir sınıflandırma, kazıkların yapıldıkları malzemeler göz önüne alınarak gruplandırılmasıdır. Buna göre de kazıklar, beton kazıklar, çelik kazıklar, ahşap kazıklar, kompozit kazıklar gibi sınıflara ayrılabilirler.

Bir başka sınıflandırma, kazıkların zeminde sebep oldukları deformasyonlar yönünden yapılmakta olup, kazıklar, “deplasman kazıkları” ve “deplasman yaratmayan kazıklar” olarak ikiye ayrılabilirler. Birinci tip kazıklar, isminden anlaşılacağı gibi zemini yana doğru iterek deplasmana sebep olan çakma kazıklardır. Bu tipe, önceden dökülmüş betonarme çakma kazıklar dahil olduğu gibi, Franki kazıkları gibi, önce bir muhafaza borusunun dibine kuru beton konarak bu betonun tokmaklanması yolu ile borunun zemine çakılması, bilahare dökülen betonun tokmaklanması sırasında borunun çekilmesi şeklinde oluşturulan kazıklar da dahildir.

İkinci tip, yani zeminde bir deformasyon yaratmayan kazıklar ise genel olarak fore kazık olarak bilinen ve zeminde önce sondaj deliği açarak bunun içine beton (gerekirse demir donatılı olarak) yerleştirilerek oluşturulan kazıklardır.

Sürtünme kazıklarında grup etkisi :

Kazıklar, yükleri daha derinlerdeki tabakalara naklederler. Tek bir sürtünme kazığının etrafında oluşan gerilme alanı Şekil 3.2’de şematik olarak gösterilmiştir. Bu şekilde eğri, Q yükünün belli bir P gerilmesi yarattığı noktaların birleştirilmesi ile elde edilmiş olarak düşünülecektir. 

Bir kazık grubu için gerilme alanları birbirini etkiler ve aynı P gerilmesinin oluştuğu noktalar daha derinlere inerek Şekil 2’de solda görülen yeni bir gerilme bölgesi yaratır. Buradan görüleceği gibi kazık grupları gerilmeleri daha derinlere indirir. Ancak, yapı genişledikçe ve kazıklar kısaldıkça kazıklı temellerin yüzeysel temellere göre en önemli bir farkı olan bu özellik önemini kaybedebilir. Şekil 3’de sol tarafta radye temel, sağ tarafta kazık temel için belli bir P yüküne tekabül eden basınç soğanları (bölgeleri) şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 3a’da dar bir yapı, 3b’de ise geniş bir yapı temsil edilmiştir. Her iki yapı da bir q yükünü zemine ileteceklerdir. Ancak dar bir yapıda kazıklar yükleri derinlere indirirken, geniş yapıda kazıklar geniş yapıya göre yeterli uzunluk ta olmadığı için yükleri radye temele göre zeminin derinliklerine nakletmede pek etkili olmayabilirler. Yani geniş yapıda kısa kalan kazıkların büyük bir faydası olmayabilir ve radye temel de aynı vazifeyi görebilir.

Öte yandan, kazık gruplarında, kazıkların zeminde yarattığı gerilme alanlarının birbirine girişimi sonucu, ortadaki kazıkların etrafındaki zeminde oluşan gerilmeler, kenar kazıkların çevresindeki zemine göre daha büyük gerilmelere maruz kalırlar. Kazık grubunun esnek bir yapıyı taşıdığı kabul edilirse, ortadaki kazıklar daha büyük oturma yaparlar. Bu açıklamadan, bir kazık grubunun taşıma gücünün, kazıkların tek tek taşıma güçlerinin toplanması sonucu bulunan değerden daha küçük olması icap ettiği sonucu çıkar. Buna “grup etkisi” denir. 

Tek kazık davranışı ile bir kazık grubunun davranışının çok farklı olabileceği Şekil 4’ den de görülmektedir. Tek bir kazığın gerilme bölgesi, sıkışabilirliği yüksek kil tabakasına nüfuz etmediği halde, kazık grubunun gerilme bölgesi bu tabakanın içine girmektedir. Bu durumda, kazık grubunun oturması tek kazığa göre çok daha fazla olacaktır.

Sürtünme kazıklarını yakından ilgilendiren bir başka husus da killerde thixotropy denen bir olaydır. Killi zeminde sürtünme kazığının çevre sürtünmesi en fazla kilin mukavemeti kadar olabilir. (Kazık yüzeyi ile zemin arasındaki yapışkanlık (adhezyon) zemin mukavemetinden fazla olsa bile, kazığa zemin mukavemetini aşacak şekilde bir yük tatbik edildiği zaman, zemin, kazığa çok yakın bir mesafede mukavemet kaybına uğrayarak kazığın göçmesine neden olur). Öte yandan killi zeminlerde drenajsız mukavemet genellikle zeminin örselenmesi ile önemli ölçüde azalır. Ancak, zamanla zemin kendini toplayarak, mukavemeti zaman içinde yeniden artar. Bu olay thixotropy olarak bilinir. Kazık zemine çakılırken zemin örseleneceğinden zeminin mukavemeti azalır. Çevre sürtünmesi de zemin mukavemetinin bir fonksiyonu olduğundan, kazığın zemine çakılmasından hemen sonra, azalan mukavemet yüzünden kazığın taşıma gücü de nispeten azdır. Zaman geçip, zemin mukavemeti artınca, kazığın taşıyabileceği yük de artar. Bu yüzden, kazık yükleme deneyleri, killi zeminlerde, kazığın teşkilinden bir zaman geçtikten sonra yapılmalıdır.

Yer altı suyu altındaki ince kum ve siltli kumlarda da, kazık çakılırken zemin sıvılaşarak mukavemet kaybeder. Bu geçici bir olay olup, çakma işlemini müteakip zemin yeniden eski mukavemetini kazanır.

Aşağıda, çeşitli zeminler için yaklaşık çevre sürtünmesi değerleri verilmektedir. (Terzaghi ve Peck) : 

Gevşek kum 25 KN / m2

Sıkı kum 100 KN / m2

Yumuşak kil – silt 10 – 30 KN / m2 

Kumlu silt 20 – 50 KN / m2 

Katı kil 40 – 100 KN / m2

Uç kazıkları : 

Bu tip kazıklar sağlam tabakaya oturdukları için önemli bir oturma (çökme) yapmazlar. Öte yandan çevre sürtünmesinin oluşabilmesi için kazığın muayyen bir miktar düşey deformasyon yapması icap eder. Uç kazıklarında bu deformasyon oluşamadığı için de çevre sürtünmeleri ihmal edilecek kadar az olur. Uç kazıkları kullanılarak teşkil olunan bir kazık grubunda genellikle grup tesiri yüzünden taşıma gücünde bir azaltma yapılmaz. Yani grubun taşıma gücü, tek kazıkların taşıma gücünün toplamına eşittir.

Uç kazıkları teşkilinde önemli bir nokta, kazıkların dayandığı sağlam zeminin tespitinde yanılgıya düşülmemesidir. Bazı hallerde sağlam bir tabakaya rastlandığı zannedilebilir, ancak bu, kalınlığı fazla olmayan bir tabaka olabilir ve altında da sıkışabilirliği yüksek, yumuşak kil gibi kalın bir formasyon yer alabilir. Böyle bir durumda, alttaki yumuşak tabaka oturma yaparak, kazıklarında oturmasına sebep olur.

Uç kazıklarının tasarımında negatif çevre sürtünmesi oluşabileceği hesaba katılmalı ve bu yüzden gelecek fazla yük göz önüne alınmalıdır. Uç kazığı sağlam zemine oturduğu için çökmesinin çok az olacağı veya hiç olmayacağı daha önce ifade edilmiştir. Diğer taraftan, sağlam tabakanın üstünde yer alan zayıf zemin çeşitli sebeplerle oturabilir. Bu sebeplere örnek olarak, zemin yüzeyine dolgu yapılması (sürşarj), yer altı suyunun inmesi gibi olaylar gösterilebilir. Oturan bu zemin, kazığı da beraberinde sürüklemek ister. Ancak kazık sağlam zemine oturduğundan, direnecektir. O zaman kazık, çevresindeki oturan zemin yüzünden ek bir düşey yüke maruz kalır. Buna “negatif çevre sürtünmesi” tabir edilir. Negatif çevre sürtünmesi aşağıdaki gibi hesap edilebilir

Tek kazık halinde oturan zeminin kayma mukavemeti ile kazık çevre alanının çarpımı sonucu bulunacak değer, negatif çevre sürtünmesi nedeni ile oluşan ilave yük olarak alınır. Bu durumda kazık uç direnci : 

R = Q + W + π D H s

olur. Burada

Q = Kazığa üst yapıdan gelen yük

W = Kazık ağırlığı

D = Kazık çapı

H = Oturan zeminin kalınlığı

s = Oturan zeminin mukavemetidir.

Kazık grubu için toplam uç direnci, iki şekilde hesaplanır:

ΣR = ΣQ + ΣW + n π D H s

ΣR = ΣQ + γ H A + P H s

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

n = gruptaki boşluk sayısı 

γ = zemin birim hacim ağırlığı

A = kazık grubunun alanı (zemin alanı dahil)

P = kazık grubunun çevresinin toplam yanal alanı

3.2 KAZIK TİPLERİ

Kazıkların fonksiyonlarına, zemin içinde teşkil edilme şekline veya yapıldığı malzemeye göre, sınıflandırılabildiklerinden söz edilmiş ve sürtünme kazığı- ıç kazığı, deplasman kazığı-deplasmana sebep olmayan kazıklar, çakma kazıklar- fore kazıklar gibi tarifler ve ifadeler kullanılmıştı.aşağıda, kazıkların yapıldığı malzeme ve inşa şekillerine göre bir değerlendirmesi yapılmaktadır:

3.21.Ahşap kazıklar

Mimar Mustafa Ağa tarafından 1748-1755 yılları arasında yapılan İstanbul’da Nur-u Osmaniye camii ahşap kazıklar üzerine oturmaktadır. Caminin zemini 8 metrelik yapay dolgu, bunu altında yer alan kum-çakıl tabakalı yeşil renkli kil- marn olup en altta 20-22 metre derinliklerden itibaren de grovak şist (ana kaya) vardır. Yer altı suyu 16,5 metrededir. Uçları demirli ahşap kazıklar yüzeyden 18 metre derinlikte (su seviyesinin 1,5 metre altında) başlamaktadır ve uzunlukları 2,63 metredir. Kazıkların Üzerine horasan kireçten oluşan bir radye yapılmıştır ve ucu ana kayaya oturmaktadır. 

Ahşap kazıklar, hafif olduğu için kolay nakledilebilirler, özellikle killerde kazık – zemin arasında bir adhezyon sağlarlar. Öte yandan, su seviyesi altında ömürleri uzundur. Ancak, su seviyesi üstünde mantar ve bazı böcekler tarafından tahrip edilirler. Bu nedenle, özel muameleden geçirilmeden su seviyesi üstünde kullanılmamalıdırlar. Ahşap kazıkların çürümesini önlemek için kullanılan en etkin metot ahşabın litlerine nüfuz edecek şekilde basınçlı kreozot uygulamasıdır. Özel tesislerde yapılan bu işlem sırasında deniz suyu altında kalacak kazıklarda 1 m3 hacme yaklaşık 250 kg kreozot uygulanır.

Ahşap kazıkların boylarını uzatmak için aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi ekleme yerlerini çelik boru ile desteklemek veya bulonlu çelik levhalarla birleştirmek yollarından biri kullanılır.

Ahşap kazıkları sert zeminlere, sıkı kum – çakıl tabakalarına çakmak zordur. Aşırı çakma halinde uç kısımlarında veya gövdelerinde kırılma ve tahribata uğrayabilirler. Bu nedenle, çakma sırasında kazığın davranışı gözlenmeli, giriş miktarı / darbe sayısı oranı dikkatle izlenmelidir.

Ahşap kazıkların taşıma gücü yüksek değildir.yaklaşık 20-25 cm. çaplı bir kazığın taşıyacağı yük 20-30 ton civarında düşünülebilir.

3.2.2 Beton kazıklar

Beton kazıklar bugün en çok kullanım alanına sahip kazık tiplerindendir.bir çok değişik teknikle imal edilen bu kazıklardan en yaygın olanlarını iki kategoriye ayırmak mümkündür:

a)Önceden dökme kazıklar 

b)Yerinde dökme kazıklar

3.2.2.1 Önceden dökme kazıklar (çakma kazıklar)

önceden dökme betonarme kazıklar, veya çakma kazıklar, genellikle kesitli imal edilip uç kısımları sivridir ve genellikle çelik çarıkla bulunur. Kazık başlarına da çelik yastıklar konulabilir. Kazıklarda boyuna ve enine demir donatısı yerleştirilir. Bu donatılar daha ziyade kazığın vinçlerle ve kancalarla kaldırılıp, yerleştirilmesinde emniyeti sağlamak içindir. Demir donatısı %1-%4 arasındadır. Betonarme kazıkların kesiti daire kare veya sekizgen şeklinde olabilir. 

Betonarme kazıklarını boylarını inşaat sırasında ayarlamak, yani kesmek, kısaltmak veya uzatmak oldukça zor bir işlemdir. Ancak sınırlı alanda dahi kazık uzunluğunu tam olarak mümkün olabilir. Kazık boyu kısaltılacağı zaman kısaltılacağı seviyede çekiç ile oyularak demirler ortaya çıkarılır ve kesilir. Kazığın üstte kalan kısmı da koparılarak kesilir. Kazığın boyu uzatılacaksa donatı demirler eklenecek üst kısımla aderans sağlayacak kadar ortaya çıkarılmalı ve bu kısımda kazık betonu kesilerek üst kısma dökülecek yeni donatı ve betonla uygun birleşimi sağlanmalıdır.

Beton kazıkların ömrü pratik olarak devamlıdır. Bazı özel durumlarda, yer altı suyunun betona zararlı maddeler içermesi, kazığın devamlı çözülme olayına maruz bir zeminde bulunması, devamlı akarsu ve dalga etkisine uğraması vb. durumlarda kazık ömrü kısalır. Kazık ömrünü uzatmak için en etkin yol kazık betonun kaliteli olarak imalidir. 

Betonarme çakma kazıklar ön gerilmeli olarak da imal edilmektedir.bunlarda kullanılan beton yüksek kaliteli olup, yük taşıma kapasiteleri, normal betonarme kazıklara nazaran daha yüksektir. Bu nedenle bu kazıklar daha hafiftir. Öngerilmeli beton kazıklar genellikle içi boş olarak üretilirler. Çevresinde hem demir, hem de öngerilmeli çelik teller yer alır.

Betonarme kazıkların emniyetli taşıma güçleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. (TS 3167, DIN4026)

Kare kesitli betonarme veya öngerilmeli beton çakma kazıkların müsaade edilen basınç yükleri:

Taşıyıcı zemin müsaade edilen yük(kN)

İçindeki kenar boyu(cm)

derinlik 20 25 30 35 40

3 200 250 350 450 550 

4 250 350 450 600 700

5 - 400 550 700 850 

6 - - 650 800 1000

3.2.2.2. Yerinde Dökme Kazıklar

Yerinde dökme beton kazıklar, zeminde çeşitli delme teknikleri kullanılarak veya zemine boş bir boru çakılarak oluşturulan deliğin gereğinde donatı da konularak betonla doldurulması yolu ile imal edilen kazıklardır. Bu kazıkları genel olarak aşağıda belirtilen iki grupta toplamak mümkündür: yerinde dökme betonarme çakma kazıklar ve yerinde dökülen kazıklar (fore kazıklar)

a)Yerinde dökme betonarme çakma kazıklar:

bu tip kazıklar, kaplama borusuz, kaplama borusu yerinde bırakılan, ve kaplama borusu çakılan tipte imal edilebilirler. Bu şekilde teşkil edilen kazıklar taşıyıcı eleman olabildikleri gibi, zeminlerin sıkıştırmak içi de kullanılabilirler. 

Kaplama borusuz olanlardan kompres kazığı zemin içinde silindirik bir delik açan çelik bir çarığın zemine çakılması ve meydana gelen çukurun betonla kaplanması yolu ile oluşturulur. Reymond kazıklarında ise konik biçimli silindirik helisel kaplama borusu, bu borunun içine giren bir çelik mandrelin çakılması ile zemine girer. Sonra mandrel çıkarılır ve kaplama borusunun içi betonlanır. Konik olanların dış yüzü 1/10 eğimindedir. Reymond kazıkları 50-90 ton (500-900 kN) yük taşıyabilir, sürtünmeli veya uç kazık olarak kullanılabilirler.

Kaplama borusu çakılan tipe örnek olarak ise Franki kazığı verilebilir.Franki kazığını oluşturmak için 30-50 cm. çapında bir çelik borunun dibine beton veya kum çakıl konularak tokmaklanır. Konan beton veya kum-çakıl boruyu zemin içine doğru sürükler.

İstenilen derinliğe inilince, boru içine beton dökülerek tokmaklanır, bu esnada da boru dışarı çekilir. Franki kazıkları, killi zeminlerde kullanıldığı gibi gevşek kumlarda da uygulanabilir. Bazen kazığın içine beton yerine kum-çakıl veya taş konarak tokmaklanır. Mesela deprem bölgelerinde yer altı su seviyesi altında sıvılaşmaya maruz kalabilecek gevşek kumlu zeminlerde bu tip bir işlem zemini sıkıştırıp sıvılaşma potansiyelinin azaltılması için kullanılabilir. İri çakıl ve taş hem taşıyıcı özeliğe sahiptir hem de deprem sırasında oluşacak aşırı boşluk suyu basıncını söndürmede yardımcı olarak sıvılaşma tehlikesini azaltır.

Bir başka tip olan Simplex kazıklarında ise timsah ağzı denen, açılıp kapanabilen özel uçlu bir kaplama borusu zemine çakılır. Sonra beton dökülerek timsah ağzı açılarak boru ile birlikte dışarı çekilir. Dökülen beton tokmaklanarak zemine intibakı sağlanır ve betonda boşluk kalmaması temin edilir.

a)Yerinde dökülen kazıklar (fore kazıklar) 

Fore kazıklar (veya sondaj kazıları, delme kazıklar), zeminde yanal bir deplasman yaratmayan cinsten kazıklardır. Çok basit olarak tarif etmek gerekirse, önce zeminde bir delik açılır, bu deliğe demir donatı yeleştirilir ve alttan başlamak suretiyle delik betonlanır ve kazık oluşturulur. Tabi bu işlem sırasında kullanılan bu yöntem ve teknoloji, kazık çapı, uzunluğu, zemin cinsi gibi faktölerle değişebilir. Kullanılacak yöntem ve teknolojiyi seçeerken en önemli unsur ekonomidir. 

Fore kazıkalrın hem bazı avantajları, hem de dezavantaşları vardır.

Avantajları:

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

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

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

d)Çakma kazıkların teşkilinde zorluk veren zemindeki taş ve bloklar, fore kazık oluşturulmasında uygun teçhizat kullanılarak elimine edilebilir.

e)Delik açılması ve betonlama sırasında çevrede önemli titreşim, sarsıntı yaratmazlar. Çevre yapıların bu tip etkilere karşı hassas olduğu durumlarda bu büyük bir avantajdır.

f)Kazıklar yerinde teşkil olduğu için, taşınacak malzeme kum, çakıl, su, çimento, demir gibi malzemeler olup, bunların nakli, hazır ve önceden dökülmüş kazıklara göre daha kolaydır.

g)İcabında kazık dibinde genişletilmiş bir bölge (soğan) oluşturarak taşıma gücü artırılabilir. Bu şekilde, kazığın çekmeye karşı da taşıyacağı yük artar.

h)Sondaj deliğinin istenen derinliğe indiği ve istenen sağlam tabakaya eriştiği kolaylıkla kontrol edilebilir.

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

Dezavantajları : 

a)Yağışlı ve kötü havalar delme işlemini aksatır.

b)Beklenmeyen zemin şartları ile karşılaşması halinde işlerde önemli gecikmeler olabilir.

c)Yukarıda bahsedilen nedenle, fore kazıkların yapılacağı mahalde çok detaylı bir zemin etüdü gerekir.

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

e)Yer altı suyunun mevcudiyeti betonu etkileyebilir, özellikle yer altı suyu akımı varsa betonu yıkayıp kazığın oluşumunu engelleyebilir. Sondaj deliği çevresi yıkıntı veya döküntü yapabilir. Bunlar için özel önlemler almak gerekir.

Fore kazıklar, genellikle “uç kazığı” olarak kullanılırlar. Sert killerde sondaj deliği kendini tutar ve deliğin üst 4 –5 metresi dışında muhafaza borusu gerekmeyebilir. Ancak, kuru olsun, ıslak olsun kum – çakıl, yumuşak kil, siltli kil, çamur ve yer altı suyu altındaki silt, ince kum, deliğin açılmasını ve stabilitesinin sağlanmasını engeller, özel önlem alınmasını gerektirirler. Bu tip zeminlerde delik devamlı muhafaza borusu indirilerek açılır. Betonlama bitince borular çekilir. Ancak yer altı suyunun betonu yıkama tehlikesi olan yerlerde muhafaza borusu içine yerleştirilen daha ince ikinci bir boru dışarı çekilmeden yerinde bırakılır. Bu durum, çevre sürtünmesinin önemli ölçüde azalmasına neden olabilir.

Zemindeki blok ve taşlar balta tabir edilen demir bir tokmağın düşürülebilmesi ile kırılabilir. Deliğin açılması sırasında, rotari sondaj ekipmanları, darbeli sondaj ekipmanları, burgular, kovalı sistemler kullanılabilir. Bazı özel makineler, muhafaza borusunu titreştirerek zemine sokar, veya zeminden çekerler. Bu makinelerle büyük çaplı kazıklar oluşturulmaktadır. Bu titreşimler, zeminle boru arasındaki sürtünmeyi azaltırlar.

Deliğin betonlanması sırasında, delik içine dökülen beton tokmaklanır ve boru bu esnada dışarı çekilir. Titreşimli muhafaza borusu kullanıldığı hallerde ise, boruyu çekmek ve aynı zamanda betonu sıkıştırmak için basınçlı hava kullanılır.

Diğer bir betonlama usulü de demir teçhizat deliğe indirildikten sonra bir enjeksiyon borusu ile basınçlı beton basılarak deliğin betonla doldurulmasıdır. Genellikle demir teçhizatın iç çapı 60 cm. den küçük ise bazen delik ağzından beton dökme uygulanabilirse de bu metot tercih edilir. 

Betonun delik ağzından dökülmesi sırasında katiyen bir beton yerden doğrudan doğruya veya kürekle beton dökme yoluna gidilmez. Çünkü, bu taktirde delik kenarlarına çarpan beton, toprakla karışarak özelliği bozulur, veya demir teçhizata çarparak ayrışır. Beton, delik ağzından, tam delik ortasına yerleştirilecek özel kovalar (bena) vasıtası ile dökülebilir. Ancak bu işlem ara vermeden ve bir seferde yapılmalıdır. Su altında beton dökerken, ya delikte hiç su olmamalıdır veya bu temin edilemiyor ise delik ağzına kadar su ile veya betonit çamuru ile doldurularak delik dibinden başlayarak betonlama yapılmalıdır. Alman şartnamesi, fore kazıklarda kullanılacak betonun en az 350 kg dozda olmasını ve B225 kalitesini sağlamasını şart koşmuş olup, su ağırlığı / çimento ağırlığı oranını 0,6 olarak vermiştir. Bu şartnameye göre ilk 35 kazık için kalite kontrolü için 6 adet beton deney küpü alınır. Bunların üçü 7 gün, diğer üçü 28 gün sonra kırılır.

3.2.3. Çelik Kazıklar

Çelik kazıkların kesiti H veya I profili şeklinde, veya dairesel olabilir. Dairesel kesitli, yani boru şeklinde olanların uçları kapalı veya yarık olabilir ve genellikle içleri betonlanır. Çakma sırasında uçları takviye edilir. Uzatmak için perçin, bulon veya kaynak yapılır. Bu kazıklar yüksek yük taşıma kapasitesine sahip uç kazıkları olarak kullanılabilirler. Ancak, yer altı suyunun zararlı madde ihtiva etmesi halinde, deniz içinde çabuk çürürler. Kumlu zeminlerde de ömürleri uzun olmayabilir. Sert ve katı killerde ***** oksijen bulunmadığı için uzun müddet kalabilirler. Bu kazıkları dış etkilere karşı korumak için dışları bitümlü maddelerle kaplanabilir, katodik koruma yapılabilir veya beton gömlek içine alınabilir.

3.2.4. Kompozit Kazıklar

Kompozit kazıklar birden fazla farklı malzeme kullanılarak yapılan kazıklardır. Bu tip kazıkların genellikle alt kısmı ahşap, üst kısmı beton veya çelikten oluşan kazıklardır. Ahşap kısım çürümeye maruz kalmayacağı derinliklere (mesela yer altı seviyesinin tamamen altına) kadar çakılır. Sonra üst kısım beton olarak, şartlara göre gereğinde kaplama dolgusu yerinde bırakılarak, teşkil olunur. Bu tip kazıklar çok yaygın olmayıp, daha çok özel durumlarda kullanılırlar. 

3.2.5. Özel Kazıklar

Son senelerde çeşitli amaçlar için mini kazık tabir edilen özel kazıklar kullanılmaya başlanmıştır. Mini kazıklar, 10 – 25 cm çapında olup, foraj yolu ile aşılan deliğin basınç altında (gereğinde demir teçhizat de konarak) betonlanması ile oluşturulurlar. Mini kazıkların taşıma gücü yüksek olabilmektedir. Mesela, 25 cm çaplı bir kazık 10 ton (1000 kN) basınç yükü taşıyabilir. Ancak bu kazıkların moment taşıma kapasiteleri sınırlıdır.

Öte yandan zemin çivilemesi (soil nailing) denen nispeten yeni bir uygulamada ise genellikle tabii zemine çakarak, delik açarak veya titreşimle yerleştirilen çelik donatılarla zeminin özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Donatının bir delik içine yerleştirilmesi halinde bu delik betonlanabilir. 4 – 5 cm. olan bu deliklere bazen delikli bir boru sokularak beton bu boru içine basılır. Delikli boru da zemin içinde kalır. Donatılarla (çivilerle) zeminin etkileşimi oldukça karışıktır. Ancak tecrübeler, çivilenmiş zeminlerin monolitik bir blok gibi davrandığını göstermektedir. Zemin çivilemesi bilhassa şev ve kazıların stabilitesini artırmak ve mevcut yapıları takviye etmede uygulama alanı bulmuştur.

Kum kazıklar:

Kum kazıklar, fore kazık, veya çakma kazık tekniği ile imal edilen, ancak demir ve betonun kullanılmadığı tipte kazıklar olup, daha çok zemin ıslahında kullanılmaktadır. Yumuşak killerde 70 – 80 cm çaplı, 2 – 3 m. Aralıklı yerleştirilen kazıklar hem zemin taşıma gücünü artırmakta hem de oturmaları azalmaktadır. Kazıkta kullanılacak granüler malzemenin içine kil tanelerinin girerek özelliğini bozmaması için dane dağılımı ayarlanmalıdır. Bu kazıklar gevşek kumlu zeminlerin sıkılığını artırmada da kullanılabilir.

Kireç kazıklar:

Kireç, yumuşak killerin su muhtevasını hidratasyon yolu ile azaltıcı, plastik indisini düşürücü, kil danelerinin flokülasyonuna yol açan özelliklere sahiptir. Bu özellikleri nedeni ile, killi zeminlerin stabilizasyonunda önceden beri kullanılmışlardır. Kireç kazıklar da benzer etkileri ile bu zeminlerin özelliklerini iyileştirmede, sınırlı da olsa, uygulama alanı bulunmaktadır.