Eksenel statik çekme yüküne maruz betonarme tekil kazık davranışı ve orijinal bir kazık deney ve imalat yaklaşımı

Abstract

Bütün dünyada ve Türkiye'de son yarım yüzyılda gökdelenler, köprüler, tüneller, barajlar, enerji santralleri, rüzgar türbinleri, açık deniz yapıları gibi projelere olan yüksek talep kazıklı temellere olan ihtiyacı hızla arttırmıştır. Enstrümante edilmiş kazık yükleme deneyleri ile kazık boyunca oluşan yük dağılımının belirlenebilmesi, Performansa Dayalı Kazık Tasarımına (PDK-T) imkan vermekte ve temel kazıklarının tasarımındaki belirsizlikleri asgari düzeye indirmektedir. Kazıklı temel tasarımı kapsamında kazık "kapasitesi" tesbiti ekseriyetle, yükün kazık boyunca nasıl dağıldığını inceleyerek başlar ancak, çoğu zaman sadece uç ve şaft ayrımı belirtilerek hesaplanır. Mevcut şartnamelerde "statik kazık hesabı" yaklaşımı çoğu kez temelin oturmasını göz ardı etmektedir. Ancak, kazığa tatbik edilen yük, kazığın deplasmanı ve zemin oturması kazığın yük dağılımı davranışını kontrol eden ayrılmaz bileşenlerdir. Enstrümante edilmiş eksenel yüke maruz kazık yükleme deneyleri kazık davranışının değerlendirilmesini ve t-z/q-z ilişkilerine bağlı zemin direnci ve deplasman davranışının simülasyonunun yapılmasına ve "Tekil Kazık-Zemin Etkileşim Modelinin" oluşturulmasına imkan vermektedir. Bu sayede elde edilen etkileşim modeli "Geoteknik Modele" dönüştürülerek farklı kazı, su seviyesi değişimi vs durumları için kazık davranışının hesaplanmasına imkan vermektedir. Çekme yüküne maruz betonarme kazıklarda (fore kazık, prekast çakma kazık, yerinde dökme çakma kazık Vibreks, vs.) mobilize olan çekme gerilmeleri sebebiyle oluşan çatlak gelişimi kazıklarda bütünlük ve uzun vadede durabilite problemlerini gündeme getirmektedir. Betonarme kazıklara kazık başından yukarı istikamette yük tatbik edilmesi ve bu yükün beton çekme mukavemetine ulaştığı en zayıf kesitten itibaren çatlak gelişimi söz konusu olmaktadır. Bu çatlak gelişimi, kazığın çekme yükü altında deplasman davranışını etkilemektedir. Bu durum kazık çekme deneylerinde kazık davranışının değerlendirilmesini, t-z ilişkilerine bağlı kazık-zemin etkileşimini dikkate alan hesap modeli kurulmasını ve analizlerin gerçekliliğini etkimektedir. Bu doktora tezinde, çekme yükü etkisindeki tekil kazık yük tansfer ilişkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç için enstrümante edilmiş kazıklar üzerinde yükleme deneyleri yapılmıştır. Bu kapsamda ilk olarak görece daha uzun bir kazık ile ara mesafesi yaklaşık 6m olan komşu iki kazıkta eksenel statik çekme kazık yükleme deneyi gerçekleştirilmiştir. Bu deney kazıklarına konvansiyonel olarak kazık başından çekme uygulanmış ve üçüncü kazıkta ise özel bir tertibat ile kazığa tabanından çekme yükü uygulanmıştır. Bu deneylerde yapılan aletsel gözlemlerden elde edilen veriler ile çatlak gelişimi, yayılımı ve yük-deplasman performansı değerlendirilmiştir. Kazık başından çekilmesi durumu için deneyde uygulanan eksenel çekme yükü altında betonun çekme deformasyon xxxiv kapasitesine ulaşıldığında çatlak gelişimi birim deformasyon ölçümlerinde tespit edilmiș ve tahribatsız deney uygulamalarıyla da teyit edilmeye çalışılmıştır. Bu araştırmalar yanında deney kazıklarının malzeme özellikleri dikkate alınarak yapılan eksenel kazık rijitliklikleri deneysel gözlemlerle paralellik arzetmiștir. Eldeki gözlemler ve hesaplar değerlendirildiğinde "Çatlamamış safha" da yükün kazık kompozit kesiti ile taşındığı ve ilk çatlak gelişme noktası sonrasındaki bölge olan "nihai çatlak oluşmuş safha" da ise donatı ile taşındığı anlașılmaktadır. Kazık malzeme özelliğindeki değişim, kazık kapasite hesaplamalarını şaft sürtünmesinden kaynaklı olmamasına rağmen sun'î bir şekilde etkilemektedir Konvansiyonel çekme yüküne maruz deney kazığında yaklaşık 70-120 mikroStrain birim deformasyon mertebelerinde çatlak gözlenmiș olup bu sonuç literatürdeki eksenel yük ve momente maruz beton kesitindeki çatlak gelişimini inceleyen çalıșmalar ile uyumludur. Betonarme kazıkta çekme yükü altında çatlak oluşumunu önlemek için kazık tabanından çekme yükü uygulanması durumu için gerçekleştirilen kazık yükleme deneyinde kazık gövdesindeki betonda çekme gerilmesi oluşmasına müsaade etmeyecek ve kazık donatı kafesi ile bütünleşik tarzda orijinal bir tertibat tasarlanmıştır. Bu tertibat vasıtası ile konvansiyonel yüklü kazık ile aynı şartlardaki komşu kazık tabanından yukarı doğru çekilerek betonda basınç gerilmesinin mobilize olması sağlanmıştır. Geliştirilen bu orijinal kazık tipi ve deney tertibatı konvansiyonel olarak kazık başından çekilerek tatbik edilen çekme yükleme durumundaki problemleri bertaraf ettiği kazığın yük deplasman performansında ve yük transfer ilişkisinde hatırı sayılır bir şekilde performans artışı sağladığı gözlenmiştir. Kazıkların yük tatbik noktasının farklı olması sebebiyle doğrudan karşılaştırma yapmak mümkün olmamakla beraber genel bir kıyaslama için Davisson Yöntemi ile yapılan hesapta konvansiyonel çekme yüküne maruz kazıkta 6.1MN tahmin edilirken tabanından çekme yükü uygulanan kazıkta 8.9MN olarak tahmin edilmiştir. Kazık tabanı yük – kazık tabanı deplasman için yapılan analizde ise tabanından yüklü kazığın nihai taşıma kapasitesi 7.3MN olarak belirlenmiştir. Bu sonuç benzer şartlarda iki komşu eş fore kazığın farklı tarzda yüklenmesiyle elde edilen kapasitenin kazık başı yük – kazık başı deplasman ilişkisine göre "Davisson Kazık Kapasitesi Tahmin Yöntemi" ile ~%146 mertebelerinde kazık tabanı yük – kazık tabanı deplasman ilişkisi kıyaslamasına göre ise ~%120 mertebelerinde daha yüksek çekme kapasitesine ulaştığı anlamına gelmektedir.