Basınç tipi zemin ankraj davranışının sayısal analizler ve saha deneyleri ile incelenmesi

Abstract

Artan nüfus ve hızlı şehirleşmenin bir sonucu olarak ortaya çıkan çok bodrumlu yüksek katlı yapıların inşası, derin kazıların yapılmasını gerekli kılmaktadır. Derin kazılar sırasında ortaya çıkan kazı yüzeylerini destekleyen yapılara iksa sistemi adı verilmektedir. Derin kazıların güvenli bir şekilde yapılabilmesi açısından kazı yüzeylerini destekleyecek iksa sistemlerinin tasarımı geoteknik mühendisliğinin önemli konularından biri olmaktadır. İksa sistemleri düşey ve yatay destek elemanlarından oluşmakta olup yatay destek elemanı olarak genellikle eksenel çekme kuvvetine çalışan zemin ankrajları kullanılmaktadır. Eksenel basınç kuvvetine çalışan zemin ankrajları yatay destek elemanlarına bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır. Çekme tipi zemin ankrajı serbest bölge ve kök bölgesinden oluşurken basınç tipi zemin ankrajı ise kök bölgesi yerine uç kısımda yer alan yapısal bir malzemeden oluşmaktadır. Basınç tipi zemin ankrajlarında kullanılan çelik halatlar, çekme tipi zemin ankrajlarının aksine kılıf ile kaplanarak çimento ile aderans halinde olmaması sağlanmaktadır. Böylece basınç tipi zemin ankrajlarına uygulanan öngerme yükü, çelik halatlar vasıtası ile doğrudan uç bölgede bulunan yapısal elemana aktarılmaktadır. Yapısal elaman deplasman yaptıkça ankraj deliğindeki enjeksiyona basınç kuvveti uygulamakta ve böylece ankraja yük taşıtılmaktadır. Geoteknik mühendisliğinde özellikle ülkemizde uygulaması yaygın olmayan bu tür ankrajlar, ankraj deliği içerisine enjekte edilen çimentonun çekmeye göre basınca daha dayanıklı olmasından dolayı daha yüksek öngerme yükü uygulanabilmesi, ankraj deliğindeki çimentoda çatlak oluşma ihtimalinin az olmasından kaynaklı korozyona karşı daha dayanıklı olması, destek sistemlerinde gereksiz olduğu durumda halatların etrafına sarılmış olan kılıftan dolayı ankraj deliği sonunda yer alan yapısal elemandan sökülebilmesi ve tekrar başka projede kullanılabilmesi yönleriyle üstünlüklere sahiptir. Bu çalışmada, basınç ankrajlarının çalışma prensibi, imalat yöntemi ve çekme ankrajları ile taşıma kapasitesi açısından karşılaştırılması hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda önce sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak yapılan sayısal analizlerle kil ve ayrışmış kaya ürünü olan zeminlerde imal edilmiş basınç tipi zemin ankrajının yük alma kapasitesi ve davranışı incelenerek aynı zemin koşullarında ve halat boyunda tasarlanan çekme tipi zemin ankrajıyla karşılaştırılmış ve basınç ankrajlarının iksa sistemleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu yapılan analizler elde edilen sonuçlardan basınç tipi ankrajların kullanıldığı iksa sisteminde yer alan düşey destek elemanı yanal deformasyonu ve düşeyde her sırada bulunan ankraj enjeksiyon gövdesinin maksimum deformasyon değerleri çekme tipi ankrajın kullanıldığı sisteme kıyasla daha az elde edilmiştir. Sistemin toptan göçmeye karşı güvenlik sayısı daha fazla hesaplanmıştır. Sayısal analizlerde iksa sisteminde yer alan çekme ve basınç tipi ankrajlar üzerinde kademeli yük arttırımı yapılarak davranışları incelenmiş ve nihai yükleme durumunda çekme tipi basınç ankrajının kök bölgesinin tamamında zemin nihai taşıma kapasitesine ulaşırken basınç tipi ankrajda tüm ankraj uzunluğunun yaklaşık 1/4'ü kadar kısmında zemin nihai kapasitesine ulaşmıştır. Ayrışmış kayada modellenen basınç tipi ankraj boyu kısaltılarak çekme tipi ve aynı boydaki basınç tipi ankraj ile karşılaştırması yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre boyu kısaltılmış basınç ankrajlı sistemin ve ankraj enjeksiyon bölgesinin deformasyon değerleri diğerlerine kıyasla fazla olmasına rağmen mertebeleri aynı düzeyde olup yönetmelikte verilen sınır değerler içerisinde kalmıştır. Sahada uygulama esaslarını belirlemek, karşılaşılabilecek problemleri tespit edebilmek, zemin-ankraj etkileşimini incelemek, ankraj taşıma kapasitesine etkiyen faktörleri belirlemek amacıyla sonlu elemanlar analizi gerçekleştilen derin kazıların yatay yönde desteklenmesi için basınç ankrajlarının güvenli elemanı olarak kullanılabileceği gösterilmiştir. Bu çalışma kapsamında aynı sahada ve benzer zemin koşullarında imal edilen eksenel çekme ve basınca çalışan ankrajlar üzerinde 10 adet arazi deneyi yapılmış, elde edilen sonuçlar geoteknik mühendisliği açısından değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen saha deneylerinde ankraj deliği sonunda bulunan yapısal elemanlara bağlanmış kılıflı çelik halatlardan oluşan basınç ankraj tipi ve bu sisteme enjeksiyon-zemin arasındaki dirence ilave olması amacıyla yapısal elemana kaynaklanmış çelik borulu basınç ankraj tipi uygulaması yapılmıştır. Herhangi bir katkı malzemesi kullanılmadan imal edilen ankrajlar üzerinde yapılan yükleme test sonuçlarına göre basınç ankrajları özellikle yapısal elemana kaynaklanmış çelik boruların sağladığı direnç sayesinde çekme ankrajlarıyla aynı yük mertebelerine çıkabilmiştir. Bu çalışmada, basınç ve çekme tipi zemin ankrajlarının iksa sistemlerindeki performanslarını karşılaştırılarak basınç tipi ankrajların çekme tipi ankrajlara göre birçok avantajı gösterilmektedir. Basınç tipi zemin ankrajlarında kullanılan çelik halatlar, çekme tipi zemin ankrajlarının aksine tüm ankraj boyunda kılıfla kaplanarak çimento ile aderans halinde olmadığından inşaat sonrasında bağlı olduğu yapısal elemandan söküllebildiğinden şehir merkezlerinde ve nüfus yoğunluğunun fazla olduğu bölgelerde basınç tipi ankrajların kullanılması önerilmektedir. Basınç tipi ankraj davranış ve performansının daha iyi incelenebilmesi için daha fazla saha deneyi yapılarak uzun dönem etkileri gözlemlemek gerekmektedir.