MÜNFERİT KAZIKLARIN TAŞIMA KAPASİTESİ

Münferit bir kazığa gelen yük, kısmen kazığın uç direnci, kısmen de çevre sürtünmesi ile karşılanır. Bu yüzden kazığın göçmeden taşıyabileceği  maksimum yükü bu iki bileşene bağlı olarak ifade edilmektedir.

                                                                                            (1)

Bu ifade de Q_u kazığın göçmeden taşıyabileceği maksimum yükü, Q_p uç direncini ve Q_s ise çevre sürtünmesini göstermektedir. Kazık uç direnci kazığın uç kısmının oturduğu kil tabakasının drenajsız kayma mukavemeti  kullanılarak aşağıdaki şekilde hesaplanmaktadır.

                                                                                              (2)

Burada, N_c taşıma gücü katsayısını  (genelde 9 olarak alınmaktadır), c_u kazık ucunun oturduğu kil tabakasının drenajsız kayma mukavemetini ve A_b ise kazık uç kesit alanını ifade etmektedir. Killi zemine oturan kazıklarda çevre sürtünme direnci farklı yöntemlerle hesaplanmaktadır.  Bu yöntemlerde esas alına kriter kilin yük altında mukavemetinin drenajlı veya drenajsız yükleme şartına uyup uymaması üzerine oturmaktadır. Literatürde kullanılan üç farklı yöntemden bir tanesi kilin drenajsız kayma mukavemetini etkili olduğu prensibine  (β metodu), diğeri drenajsız kayma mukavemetinin esas almakta (α metodu), üçüncüsü ise  (λ metodu) her ikisi birleştiren bir yöntemi kullanmaktadır (4). Bu metotlar kısaca aşağıda anlatılmaktadır.

α Metodu

Drenajsız kayma mukavemetinin ucuz  ve kolay yöntemlerle bulanabilmesinden dolayı kazık çevre sürtünmesi hesaplamalarında en çok kullanılan metot olarak bilinmektedir. Bu metotta kazığın birim çevre sürtünmesi aşağıdaki şekilde verilmektedir,

                                                                                                          (3)

burada α   drenajsız kayma mukavemetine bağlı bir katsayı  olarak alınmaktadır ve değişimi drenajsız kayma mukavemetine bağlı olarak Şekil 1 de verilmiştir. Normal konsolide killerde drenajsız kayma mukavemeti c_u 50 kPa dan düşük olduğu için α = 1 olarak alınmaktadır. Münferit bir kazık için toplam çevre sürtünmesi aşağıdaki şekilde verilebilir;

                                                                                                    (4)

Burada, p kazığın çevresini ve ΔL ise kil tabakasını kalınlığını göstermektedir.

β Metodu

Bu metotta  kazığın çevre sürtünmesi kilin drenajlı kayma mukavemetini kullanılarak hesaplanmaktadır. Kazığın birim çevre sürtünmesi aşağıda verilen bağıntı kullanılarak bulunmaktadır.

                                                                                                          (5)

Bağıntıda;

σ’_v = düşey efektif gerilme

  β = Ktanφ_R

φ_R = İç sürtünme açısı

 K_s= toprak basıncı katsayısı

Normal konsolide killer için

Aşırı konsolide killer için      

burada OCR konsolidasyon oranını göstermektedir.          

Bağıntı 5 in tekrar düzenlenmesiyle münferit bir kazığın birim çevre sürtünmesi aşağıdaki şekilde almaktadır;

Normal konsolide killer

Aşırı konsolide killer

Toplam çevre sürtünmesi aşağıda verilen bağıntı yardımıyla bulunmaktadır.                                         

(6)

λ Metodu

Vijayvergiya ve Foctht (6) tarafından geliştirilen bu metoda göre kazık çakılması esnasında kazık çevresinde zeminde oluşan deplasmanlar zemin içerisinde pasif toprak basıncı oluşmasına sebep olmaktadır. Bu kabulle göre ortalama birim çevre sürtünmesi aşağıdaki bağıntıyla verilmektedir;

(7)

Bağıntıda;

σ’_v = ortalama düşey efektif gerilme (bütün kazık boyunca).

 c_u  = ortalama drenajsız kayma mukavemeti.

  λ  =  kazık derinliğine bağlı parametre (Şekil 3).

Tabakalı killer için ortalama bir kayma mukavemeti alınması gerekmektedir. Bunun için aşağıdaki bağıntı kullanılmaktadır (Şekil 2).

Şekil 2. Tabakalı killerde λ metodunun kullanımı

                                               (8)

Burada L₁, L₂ ve L₃ kil tabaka kalınlıklarını, L ise kazığın toplam boyunu ifade etmektedir. Aynı şekilde ortalama efektif gerilmede aşağıda verilen bağıntı yardımıyla hesaplanmalıdır.

                                                                                    (9)

A1, A2 ve A3 düşey efektif gerilme diyagramında her tabakaya ait alanı vermektedir. Bu metotta da toplam çevre sürtünmesi aşağıdaki bağıntı ile hesaplanmaktadır.

 (10)

MS EXCEL PROGRAMI

MS Excel ortamında hazırlanan programın dört pencereden oluşmaktadır. Bunlar giriş, zemin özelliklerinin girilmesi, kazık özelliklerinin girilmesi ve sonuçların sunulduğu pencerelerdir. Programın giriş sayfası Şekil 3 de verilmiştir. Giriş sayfasında bulunan Hesaplamayı başlat  tuşuna basılmasıyla Şekil 4 de verilen ve zemin bilgilerinin girişinin sağlandığı pencere açılmaktadır.  

Zemin özelliklerinin girildiği sayfada kullanıcı hesap yapmak istediği kazığın kaç farklı kil tabakasına girdiğini seçmesi durumda tabaka sayısına bağlı olarak zemin özelliklerinin girildiği hücreler açılmaktadır. Şekil 4 te verilen örnekte iki tabaka seçildiği için sadece ilk iki zemin tabakasına ait parametrelerin girildiği hücreler açılmıştır. Yer altı su seviyesi bu sayfada girilmekte ve derinlik yüzeyden itibaren seçilmektedir. Bu  sayfada buluna Yeni hesap tuşuna basılması durumunda daha önce girilmiş olan tüm parametreler silinerek hücreler boşaltılmaktadır.

Zemin parametreleri girildikten sonra Şekil 4 te bulunan pencerenin sağ al köşesine yerleştirilmiş olan kazık özellikleri tuşu kullanılarak hesap yapılacak olan kazığın geometrik ve malzeme özelliklerinin seçileceği sayfaya gidilmektedir. Kazık özelliklerinin girildiği pencere Şekil 5 te gösterilmiştir. Bu sayfada kullanıcı tasarlanacak olan kazığın şeklini seçmekte ve bu kazığa ait çap veya kenar uzunluğunu aynı sayfada buluna hücreye girebilmektedir. Bu pencereden zemin parametrelerinin girildiği pencereye dönüş yapmak istenildiğinde Zemin parametreleri tuşu kullanılabilmektedir.

Kullanıcı zemin ve kazık özellikleri girdikten sonra, Şekil 5 te verilen pencerede bulunan Hesapla tuşuna basarak hesap sonuçlarının sunulduğu sayfayı çağırabilmektedir. Hesap sonuçların bulunduğu sayfa Şekil 6 da verilmiştir. Bu sayfada kazığın uç direnci, çevre sürtünme direnci (üç farklı yöntemden ele edilen sonuçlar), maksimum taşıma kapasitesi verilmektedir. Kullanıcı bu sayfada ayrılmış olan güvenlik katsayısı hücresine kendi seçtiği güvenlik katsayısını girerek kazığın güvenli şekilde taşıyabileceği yükü hesaplayabilmektedir. Bu sayfadan hem zemin parametrelerinin girildiği sayfaya hem de kazık özelliklerinin girildiği sayfaya kolayca ulaşılabilmekte. Bu özellik sayesinde, kullanıcı zemin ve kazık parametrelerin taşıma kapasitesine etkisini anında görebilme imkanına sahip olmaktadır.

SONUÇ

Geliştirilmiş olan program hem üniversitelerde inşaat mühendisliği eğitimi gören lisans öğrencileri hem de proje yapan mühendisler tarafından çok kolay bir şekilde kullanılacak şekilde hazırlamıştır. Program, öğrencilere daha çok ve değişik problemleri kısa sürede çözme imkanı sunarak bilgilerini pekiştirmelerini, aynı zamanda hesaba giren zemin ve kazık parametrelerinin uç taşıma kapasitesi ile sürtünme kapasitesine olan etkilerini görme imkanını sağlamaktadır. Programın kullanımı sayesinde hesaplamalar esnasında harcanan zaman kaybı en aza indirilmiştir.