Kazıklı temeller ve düşey yükler altında kazıklı temel sistemlerinin hesap ve analiz yöntemlerinin rasyonelleştirilmesi

Abstract

-XXXIII- ÖZET Kazıklı temeller esasen, arazide mevcut zemin koşullarının güvenli ve ekonomik bir yüzeysel temelin teşkiline olanak vermediği durumlarda uygulanması tercih edilen bir derin temel çeşididir. Bir kazıklı temel sisteminin tasarımı yapılırken, söz konusu sistemi çevreleyen temel zemini özelliklerinin önceden belirlenmiş olması ve eğer varsa diğer alternatif çözümlerin fizibilitelerinin geoteknik ve ekonomik açılardan yeteri kadar etüd edilmiş olması gerekmektedir. Gelişen teknoloji imkanlarının kazıklı temel imalat koşullarını olumlu yönde etkilemesi sonucunda, kazıklar uygulamada yaygın olarak kullanılır hale gelmişlerdir. Kazıklı temellerin projelendirilmesinde tasarım mühendislerinin karşılaştığı en önemli sorunlar, çeşitli arazi deneyleri ile belirlenen çevresel zemin profili için kazığın emniyetle taşıyabileceği maksimum yükün (izin verilebilir taşıma gücünün) ve düşey yükler altında göçme olmaksızın yapabileceği maksimum düşey deplasmanın (oturmanın) tesbit edilmesidir. Bu parametrelerin tayin edilmesinde zemin mekaniği ilkelerinin uygulanabilmesinin büyük önemi olmakla beraber, şantiye ve arazi koşullarında edinilen tecrübelere dayalı pratik bilgilerden de yararlanılmaktadır. Düşey yüklere maruz kazıklı temel sistemlerinde `taşıma gücü` ve `oturma` parametrelerinin hesap ve analiz yöntemlerinin rasyonelleştirilmesini konu alan bu çalışmada; öncelikle kazıkların uygulamada sağladığı avantajlara uygun olarak taşıdığı fonksiyonlar, geoteknik ve ekonomik profilin getirdiği sınır şartlarına bağlı olarak kazıklı temel imalatını - projede ulaşılması hedeflenen amaca göre zorunlu kılan haller ve kazıklı temel sistemlerinin kullanıldığı yerler kısaca açıklanmıştır. Daha sonra çeşitli kriterlere göre sınıflandırılması yapılan kazıklı temellerin sınıf bazında birbirilerine karşı avantajlı ve dezavantajlı olduğu durumlar özetlenerek kazıkların fiilen zemine yerleştirilmesi ve bu amaçla kullanılan ekipman donanımlarının temel unsurları belirli bir ayrıntı içinde tariflenmiştir. Kazıkların zemine yük aktarma mekanizması ve negatif çevre sürtünmesinin-oluşum mekanizmasına bağlı olarak- temel sistemi üzerindeki etkilerinin kısaca anlatıldığı bölümden sonra, düşey işletme yüklerinin etkisi altında kazıklı temel sistemlerinin `taşıma gücü` parametresinin kohezy onsuz ve kohezyonlu zeminlerde sırası ile `statik esaslı analiz`, `arazi deneylerinin sonuçlarına dayalı amprik/yanamprik esaslı analiz`, `dinamik esaslı analiz` ve `birebir işletme yüklerinin uygulandığı yükleme deneyi sonuçlarının grafiksel biçimde yorumlanmasına dayalı analiz metodları` üzerinde ayrıntılı olarak durulmuştur. Çalışmanın diğer bölümlerinde ise yine düşey yükler altında kohezyonsuz ve kohezyonlu zeminlere oturan kazıklarda tek kazık ve grup-XXXIV- kazıklan için ayrı ayrı taşıma gücü ve oturma büyüklüklerinin çeşitli yöntemler vasıtasıyla nasıl belirlenebileceği açıklanmaktadır. Yatay yük etkisi altında kazık - zemin davranışını ele alan ve kazık imalatı nedeniyle zemin özelliklerinin yerinde değişimi ve önceki bölümlerde verilen yöntemlerde hesaplara yansıtılmayan kazık taşıma gücüne zamanın etkisini irdeleyen konular ayrı bölümler halinde tezin son kısmında yer almaktadır. Çalışmanın son bölümünde ise daha önceki bölümlerde ayrıntılı olarak incelenen kazık taşıma gücü ve oturma hesabının nümerik yolla saptanmasına kapsamlı bir örnek teşkil eden LRTS İstanbul Hafif Metro Projesi II. Aşaması'nda yapılan kazık yükleme deneylerinin neticeleri taşıma gücü ve oturmalar açısından etraflıca incelenerek elde edilen sonuçlar pratik olarak yorumlanmıştır.

-XXXV- ABSTRACT Pile foundations are preferred when the foundation design becomes unsafe and expensive with the shallow foundation alternative. Before the design of a pile foundation system, the subsoil has to be sufficiently characterized and the possibility of other technically and economically feasible foundation alternatives has to investigated. Pile foundations have found wider application with the technological advances in the manufacture and installation of pile systems. Estimation of the allowable pile capacity and the vertical displacement (settlement) of the pile without causing any bearing capacity failure, have been the major challenges for the geotechnical engineer. In order to estimate the ultimate and the allowable pile capacity, the site experience acquired from past field examples have been very helpful in addition to the theoretical concepts of soil mechanics that form the basis of the analysis. In this study, the analysis methods to evaluate the load capacity and the settlement of pile foundation systems have been rationalized. Initially the advantages and the applications of pile systems in practice along with the conditions that cause pile systems to be the only technically and economically feasible alternative have been discussed. Pile systems have been classified with respect to several criteria and the relative advantage and disadvantage of each system has been summarized. Construction and installation equipment of piles have also been discussed. After a brief discussion of load transfer mechanism and the negative skin friction phenomenon in piles, different analyses types of pile foundations have been discussed. The bearing capacity of piles under vertical loading on cohesive and granular soils have been discussed using, theoretical bearing capacity equations, empirical and semi-empirical equations based on field tests, dynamic analysis, and the graphical analysis based on pile load tests. The analysis of pile groups for settlement and bearing capacity have also been discussed. The soil-pile interaction under horizontal loading have been explained. The effect of cast-in-place piling and the time factor on pile capacity have been discussed at the end of the thesis. Analyses of pile capacity and settlement with a numerical method has been presented at the end. The results of the numerical method have been compared and analyzed with a comprehensive pile load test conducted for the LRTS Project of Istanbul.