Farklı zemin türlerine soketlenen iksa yapılarının geoteknik ve maliyet analizleri

Abstract

Dünya üzerinde nüfusun geometrik olarak artışına karşın, inşaat faaliyetinin ana unsuru olan inşaat alanlarının ve hammaddelerin sınırlı kalması, inşaat sektöründe bir arz-talep dengesizliği yaratmaktadır. Piyasada yeni dengenin oluşumu henüz korunamadan yeni dengesizlikler oluşakta ve kaynaklar giderek değerlenen bir hal almaktadır. Bunun yanında hammaddelerin hızla tükenmesi ve inşa faaliyetlerinde kullanılabilir alanların giderek kısıtlı hale gelmesi; inşaat sektörünün tüm paydaşlarını yeni arayışlara yöneltmektedir. Derin kazı yöntemleri; sınırlı taban alanlarının verimli kullanılmasını sağayarak yeni alanlar yaratmakta; giderek artan kaynak ve yer sorununa, artan nüfusa ve yapı ihtiyacına cevap verebilecek nitelikte, yeni çözümler getirmektedir. Derin kazıların yaygınlaşması ile birlikte, derin kazıların stabilitesini sağlayan iksa yöntemleri de gelişmektedir. Bu tür kazıların desteklenmesinde pek çok yöntem ve iksa çeşidi kullanılmasına karşın, kazıklı iksa ve diyafram duvarlar, başlıca iksa sistemleri olarak öne çıkmaktadır. Düşey destek elemanları olarak nitelendirilen fore kazıklı ve diyafram duvarlı iksalar, en yaygın olarak kullanılan öngermeli ankrajlar olmak üzere bir çok yatay destek elemanı tarafından desteklebilmektedir. Bu yatay ve düşey destek elemanları; farklı zemin koşullarında ve farklı geometrilerde tasarlanabilmekte, bu durum da birden fazla güvenli tasarım elde edilmesine imkan vermektedir. Güvenli yapılar tasarlamanın yanında, bu yapıların ekonomik olarak tasarlanmasının da mühendislerin mesleki sorumluluğunda olduğu göz önünde bulundurulursa; geoteknik açıdan uygun olan yapıların maliyetlerinin de ayrıca irdelenmesi gerekmektedir. Her ne kadar bir projenin tasarım ve maliyet aşamalarının birlikte yürütülmesi gerekse de, bu durum kimi zaman göz ardı edilmekte ve tasarım ve maliyet aşamaları ayrı kollardan ilerlemektedir. Bu durum ise, sektörde paydaşlar arasında bir kopukluğa neden olmakta ve bunun kaçınılmaz sonucu olarak verimsizlikleri beraberinde getirmektedir. Bu çalışmada, sektörün bütün paydaşları için bütünsel bir çerçeve ortaya koyulması, çeşitli zemin tabakalarına soketlenen derin kazı iksa sistemlerinin geoteknik açıdan çeşitli alternatiflerin araştırılması ve bu alternatiflerin maliyetlerinin irdelenmesi sonucunda minimum maliyetli tasarımlara ulaşılması amaçlanmıştır. Bu amacın yanında iksa sistemleri üzerinde; soketlendiği zemin koşulları, yeraltı suyu seviyesi, ankraj sıra sayısı, iksa kalınlığı ve tipi gibi pek çok değişkenin etkisinin incelenmesi de çalışmanın hedefleri arasında yer almıştır. Bu doğrultuda; kum zemin tabakası tarafından yanal toprak basıncına maruz kalan ve kum, kil ve kaya olmak üzere üç farklı tabakasına soketlenen fore kazıklı ve diyafram duvarlı iki iksa tipi; yatay ankraj aralıkları farklı olmak üzere 2, 3 ve 4 sıra ankrajlı olarak üç farklı ankraj sırasıyla, 60/65 cm ve 100 cm olarak iki farklı kalınlıkta her bir kombinasyon için ayrı olarak tasarlanmıştır. Ayrıca bu tasarımlar yapılırken; yeraltı su seviyesinin iksa geometrileri ve maliyetleri üzerindeki etkisinin gözlemlenebilmesi amacıyla, -4.00 m ve -15.00 m seviyelerinde bulunan ve sırasıyla sığ ve derin yeraltı su seviyesi koşullarını temsil eden iki ayrı durum da göz önünde bulundurulmuştur. Böylece toplamda 56 iksa projesi tasarlanmıştır. Projeler; geoteknik açıdan irdelendikten sonra, maliyetleri ayrıca hesaplanmıştır. Bu hesaplama yapılırken; piyasa koşullarında oluşan fiyatlar ile bakanlık ve resmi kurumlar tarafından yayınlanan birim fiyatlar kullanılarak iki ayrı maliyet çıkarılmış ve karşılaştırması yapılmıştır. Bu projelerin; aynı zemin durumunda farklı geometrilerde meydana gelen değişikliklerin analizinin yapılmasının ardından, zemin durumları arasında ve YASS farklılaşması sonucunda ortaya çıkan durum için de bir kıyas sunulmuştur. Çalışmadan elde edilen ilk bulgulardan biri; ortaya koyulan tezi destekler biçimde, piyasa fiyatlarının resmi kurum ve bakanlık fiyatlarından daha düşük olduğudur. Derin yeraltı su seviyesi koşullarında piyasa maliyetleri ile bakanlık/kurum fiyatları arasındaki oran 0.84±0.01 olurken, bu oran sığ YASS koşullarında 0.80±0.02 mertebesinde oluşmuştur. Ulaşılan ikinci bulgu ise; YASS'nin iksa sistemi üzerine etkimediği derin (15.00 m) YASS'nin, 4.00 m'de olması ve dolayısıyla iksa sistemi üzerine etkimesi durumunda maliyetler; kil zemin tabakasına soketlendiği durumda 1.80-2.10 katına çıkmakta, kum zemin tabakasına soketlendiği takdirde benzer şekilde 1.70-2.10 katına, kaya zemine soketlendiğinde ise 1.50 katına ulaşmaktadır. Çalışma sonucunda ulaşılan bir diğer sonuç ise; bu çalışma kapsamında, diyafram duvarlı iksaların kazıklı iksa sistemlerinden daha maliyetli olduğudur. Diyafram duvarlar değişen zemin durumlarına göre YASS'nin derinde olduğu durumda, ϕ65 cm çapında fore kazıklardan %54-%71, ϕ100 cm çapında fore kazıklardan ise %83-%99 daha maliyetlidir. YASS sığ (4.00 m) durumda olduğunda ise, maliyet farkları azalmakta, ϕ65 cm kalınlığı için fore kazıklı iksa sistemleri ile diyafram duvarlı sistemler arasındaki maliyet farkı %16-%30 mertebelerine düşmektedir. Aynı YASS'de, iksa kalınlığının 100 cm olması durumunda, aynı kalınlıkta iksalar kıyaslandığında, diyafram duvarların, zemin durumuna göre %42-%56 daha maliyetli olduğu görülmüştür. YASS'nin sığ durumda olması halinde, 65 cm kalınlığında diyafram duvarlar, fore kazıklı iksa sistemlerine en yakın alternatif olmaktadır. Fakat teçhizat durumu ve yerel mühendislik hizmetleri göz ardı edildiğinde, bazı durumlarda değişken olmakla birlikte, çoğunlukla ϕ65 cm çapında fore kazıklar, her iki YASS için de minimum maliyetli tasarım olarak öne çıkmıştır. Son olarak zemin türleri kıyaslandığında, en az maliyetin ve deplasmanların kaya tabakaya soketlenen iksa sistemlerinde olduğu, kil ve kum zemin arasında ise kayda değer bir farklılığın olmadığı sonucuna ulaşılmıştır.