Kazık Temeller, Kullanım Alanları ve Kazık Temel Çeşitleri

“Kazık Temeller”de kazıkların temel fonksiyonu yapı yüklerini gevşek zemin tabakalarının altında yer alan sağlam zemin tabakalarına güvenli bir şekilde aktarmaktır. Yapıdan gelen düşey yükler, kazık ucunda meydana gelen uç direnci ve de kazık yüzeyi ile zemin arasında oluşan sürtünme kuvveti ile karşılanmaktadır.

Zemin yapısı ve oluşturulan sisteme göre kazık uç taşıma gücü ve sürtünme kuvveti ile taşınan yük payları değişkenlik gösterebilmektedir. Yapı yüklerine karşı üst zemin tabakalarının taşıma gücünün yetersiz olduğu ve taşıma gücü yüksek olan zeminlerin daha alt tabakalarda bulunduğu durumlarda kazıklı temeller tercih edilmektedir.

Kazık Temeller Hangi Nedenlerle Kullanılır?

Kazıklı temeller aşağıdaki durumlarda kabul edilebilir temel tipleridir:

• Sağlam zemin tabakasının güvenilir bir yüzeysel temel oluşturmak için çok derinlerde olduğu ve ekonomik olmadığı durumlar,
• Yapının oturduğu zemin tabakasının yapı yükünü taşıyamayacak kadar yumuşak ve gevşek olması durumunda,
• Yapının oturduğu zeminde, zemin tabakaları arasında büyük farklılıkların olması,
• Yapının yapılacağı zeminde eğimin fazla olması,
• Yoğun ve üniform olmayan yüklerin olduğu alanların olması,
• Eğimli ve yatay olarak büyük yükler meydana getiren yapıların olması,
• Farklı oturmaların çok olduğu yapılarda kazıklı temeller kullanılabilmektedir.
• Üst yapıdan gelen yükleri daha sağlam ve altta olan tabakalara aktarmak. Bu kazık tipine genellikle “uç kazıklar” denilmektedir (Şekil a,b).
• Üst yapıdan gelen yükleri gevşek ve yumuşak zeminlere oluşan sürtünme yoluyla aktarmak. Bu kazık tipine “sürtünme kazıkları” denilmektedir (Şekil c,d).
• Gevşek ve granüler zeminlerin taşıma gücünü iyileştirmek ve kompaksiyon sağlamak üzere bu zeminlere kazık çakılabilmektedir. Bu kazıklara pratikte “kompaksiyon kazıkları” denilmektedir (Şekil g).
• Uygun eğimlerde çakılıp yüksek hidrostatik basınç ve eğilme momentlerine karşı koymak için kazık çakma işlemi yapılabilmektedir. Çekme gerilmelerine karşı koyan bu kazık tipine “çekme kazıkları” denilmektedir (Şekil e).
• Köprü ayakları gibi erozyona maruz kalacak zeminlerde üst yapıdan gelen yükleri erozyondan etkilenmeyen daha derindeki zemin tabaklarına aktarmak.
• Kıyı liman yapılarında “tampon kazıklar” olarak adlandırılan ve yüzen cisimlerden gelen darbeleri sönümlemek için kullanılan kazıklar kullanılmaktadır.
• Üst yapıdan gelen yükler nedeni ile zeminde çekme yükleri oluşan bölgelerde “ankraj kazıkları” yapılabilmektedir (Şekil f).
• Yatay veya eğik olarak oluşan büyük kuvvetlerin zemine güvenilir bir şekilde aktaran “eğik kazıklar” inşa edilebilmektedir.
• Deniz yapılarında suyun kaldırma kuvvetine karşı koymak amacı ile “uzun kazıklar” yapılabilmektedir.

(TBDY-Kazık Temel Tasarımı ile İlgili Koşullar)

Deprem Etkisi Altında Yapı-Kazık-Zemin Etkileşimi-TBDY-2018

Kazık Temeller Nerelerde Kullanılır?

Kazıklı temellerin zorunlu kullanıldığı durumlar göz önüne alınıp kazıkların kullanıldığı uygulama alanları aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Yapıdan gelecek yükler için yüzeysel temeller yetersiz kalıyorsa ayrıca üst zemin tabakası gevşek ve yumuşak ancak sağlam zemin tabakası derinlerde ise,
• Su ile temas eden yapılarda temel altında bulunan zeminin oyulma, kabarma ve şişme riski var ise,
• Temellerde üniform olmayan büyük yükler meydana geliyorsa,
• Yapının altındaki zeminde farklı oturmalar oluşacak ise,
• Şevlerin hareketlerinin engellenmesinde,
• Kaldırma kuvveti ve yatay zemin hareketlerinin karşılanmasında
• Su içerisinde yapılan köprü ayakları ve liman yapılarında
• Sıvılaşmanın olduğu zemin tabakasının altındaki zemin tabakasına yüklerin aktarılmasında,
• Rüzgar ve deprem etkilerine karşı dayanma yapılarında bu etkilerin karşılanması amacıyla,
• Gevşek zeminlerin daha sıkı hale getirilerek iyileştirilmesi sebebiyle kazıklı temeller kullanılabilirler

Kazık Temel Çeşitleri

Kazıklı temeller çeşitli özelliklere göre sınıflandırılabilmektedir;

1-Malzeme Cinsine Göre Kazıklar

1.1. Ahşap Kazıklar

Ahşap kazıklar hafif olmaları, boylarının istendiği gibi kolaylıkla ayarlanabilmesi, nakliye kolaylığı ve su altındaki uzun servis ömürleri gibi pozitif üstünlüklerinden dolayı yüz yıllarca çeşitli yapılarda kullanılmıştır. Genellikle sedir, çam, meşe ve köknar gibi ağaçlar ahşap kazık yapımına uygundur. Ahşap kazıklar su altında uzun yıllar boyunca sağlam kalabilmektedir. Ancak su seviyesi değişimi ahşapta tahribat meydana getirebilmektedir.

1.2. Betonarme Kazıklar

Önceden dökme (prekast) ve yerinde dökme kazıklar olarak ikiye ayrılan betonarme kazıklar uygulama da en çok kullanılan kazık tiplerindendir. Özellikle istenilen boylarda ve donatılarda yapılabilmesi ve yer altı sularının etkilerine karşı dayanıklı olmaları sebebi ile sıklıkla tercih edilirler.

1.2.1. Önceden Dökme (Prekast) Betonarme Kazıklar

Uygulama projesine göre gerekli donatı ve mühendislik özelliklerine göre imal edilmektedirler. Önceden Dökme (Prekast) Betonarme Kazıklar genellikle kare, daire veya sekizgen kesitli olarak hazırlanıp gerekli kazık boyu, çapı ve dayanım özellikleri sağlanacak şekilde prefabrike olarak imal edilir ve şantiye alanına nakil edilmektedirler. İstenirse ön germe işlemi uygulanabilmekte ve kazıkların kaldırılması sırasında oluşacak eğilme momentlerine karşı gerekli dayanım sağlabilmektedir. Kazıkların uç kısımları çelik çarıklar ve kazık başı da genellikle çelik yastıklarla korunarak çakma işlemi ile uygulamaları yapılmaktadır.

1.2.2. Yerinde Dökme Betonarme Kazıklar

Yerinde dökülen betonarme çakma kazıklar ve yerinde dökülen (fore veya sondaj kazıklar) kazıklar olarak iki şekilde uygulanabilmektedirler. Ucu açık kaplama borusu zemine sokulup borunun içinin temizlenerek yeri hazırlanan fore kazıklar uygulama da sıklıkla kullanılmaktadır. Kazık çapı ve boyuna göre uygun olarak açılan deliğe gerekli donatı yerleştirilir ve betonlama işlemiş standartlara göre yapılarak kazık oluşturulmaktadır. Kaplama borusuz kazıklar, kaplama borusu çıkarılan kazıklar ve kaplama borusu yerinde bırakılan kazıklar gibi çeşitli şekillerde de yerinde dökme çakma kazıklar pratikte uygulanabilmektedir. Bu kazıklar aynı zamanda hem taşıyıcı elamanlar olup hem de zemini sıkıştırarak zemin iyileştirme işlemini de gerçekleştirmektedirler. Uygulanacak projeye ve zemin profiline göre çakma kazık veya fore kazıkların kullanımına karar verilir. Çeşitli durumlara göre birbirlerine karşı üstünlükleri ve negatif yönleri bulunmakta olup ekonomik olarak ta uygunluk esası ile uygulanacak kazık tipi seçilebilmektedir.

1.3. Çelik Kazıklar

Uygulamada en çok kullanılan kazık çeşitlerinden olan çelik kazıklar genellikle H veya I profili şeklinde imal edilmektedirler. Dairesel boru kesitli ve ucu kapalı ya da açık olarak da üretilip kullanılabilmektedirler. İçleri betonlanarak sıklıkla uygulanmaktadırlar. Genellikle yüksek dayanımları sebebi ile uç kazık olarak teşkil edilmektedirler. Çakma sırasında tahribat olmaması için kazık uçları takviye edilmektedir. Olumsuz dış etkilere ve korozyona karşı dış yüzeyleri bitümlü malzemeler ile kaplanabilir ya da beton gömlek içerisine alınabilirler. Çelik kazıklar istenilen boylarda çakma boyu elde edebilmek için kaynak yapılmak sureti ile boyları uzatılabilmektedirler. Açık deniz yapılarında özellikle uzun kazıklarda bu işlem kullanılmaktadır.  (Helisel Kazıklar)

1.4. Kompozit Kazıklar

Uygulanan projeye ve zemin yapısına göre birkaç kazık malzemesinin birlikte kullanıldığı ve uygulandığı kazık tipleridir. Çelik ve beton birlikte kullanılacağı gibi beton ve ahşap kullanımı da birlikte olabilmektedir. Yer altı suyuna göre ve istenen taşıma gücüne göre kazığın alt ve üst kısım malzemesi belirlenebilmektedir. Bunun yanında günümüzde teknolojinin ilerlemesi ve doğal kaynakların tükenebileceği esası bilinerek yeni kazık malzemeleri arayışı devam etmektedir. Plastik gibi malzemeler günümüzde kazık malzemesi olarak kullanılabilmektedir. Plastiğin dayanım özellikleri reçine veya cam  elyaf gibi malzemeler ile arttırılıp FRP gibi üstün özellikleri olan yeni kompozit malzemelerin kazık malzemesi olarak kullanımı günden güne artmaktadır.

2. Yapım Şekillerine Göre Kazıklar

Uygulama alanındaki kullanılan teknoloji dikkate alınacak olursa yapım şekillerine göre kazıklar iki şekilde incelebilmektedir:

2.1. Çakma Kazıklar

Çakma kazıklar serbest düşen mekanik çekiçlerin darbeleri veya titreşimler ile zemine çakılırlar. Zeminde büyük veya küçük yer değiştirme hareketleri yaptırarak zemini sıkışmasını sağlarlar. Özellikle gevşek ve granüler zeminlerde uygulandığında pozitif etkiler oluşturmaktadırlar. Kohezyonlu zeminlerde geçiçi olarak örselenmeden dolayı kayma mukavemeti paremetlerini düşürebilmektedirler. Kullanılan kazık malzemesine göre uygun sistemler ve enerjide çakma işlemi gerçekleştirilmelidir. Çakma kazıklar, hafif ve ağır yükler altında kısmen alüvonal yumuşak zeminlerde kullanıldığında zemin stabilitesi için oldukça güzel sonuçlar elde edilmekte olup yük aktarma mekanizması olarak sürtünme kazıklarına daha fazla prim tanımaktadırlar. Özellikle kazıkların çakılması sırasında oluşan titreşimler ve gürültü gibi negatif etkenler dolayısı ile çakma kazıkların şehir içlerinde kullanım alanları zorluklar oluşturmaktadır. Uygulama şekillerinden dolayı fore kazıklara göre ekonomik olarak daha pahalıdırlar.

2.2. Fore (Sondaj) Kazıkları

Zemine açılan foraj çukurlarının içerisine uygun donatıların yerleştirilmesi ve betonlama işleminin yapılması esası ile teşkil edilirler. Fore kazıklar, yanal zemin basınçlarını karşılama özelliklerine bakıldığında sürtünme özellikleri çakma kazıklara göre daha düşük olup yük aktarma mekanizması olarak uç kazıklara daha fazla prim sağlamaktadırlar. Bunun yanında az da olsa üst yapı yüklerini yüzeylerinde oluşan sürtünme ile de zemine aktarabilmektedirler. Fore kazıklar gerek ekonomik gerekse uygulama kolaylığı dolayısı ile çakma kazıklara göre daha sık tercih edilmektedirler. Artan teknolojik şartlar dolayısı ile kullanım alanları gün geçtikçe artmaktadır. Özellikle sert kohezyonlu zeminlerde fore kazık uygulamaları başarı ile yapılabilmektedir. Yer altı suyunun altında kalan yumuşak ve killi zeminlerde ve sağlam zemin tabakalarının çok derinde olduğu durumlarda fore kazık uygulamaları tavsiye edilmemektedir.

3. Yerleşim Özelliklerine Göre Kazıklar

Kazıklar zemine yerleştirilirken zeminle oluşturdukları yer değiştirme hareketlerinin durumuna göre üç şekilde ele alınabilir:

3.1. Zeminde Yer Değiştirmeye Sebep Olmayan Kazıklar

Zeminde Yer Değiştirmeye Sebep Olmayan Kazıklar; burgulu, kovalı veya darbeli sondaj gibi mekanik aletler kullanılarak açılan boşluklara donatı yerleştirilip betonlama işlemi yapılarak oluşturulan kazıklardır. Bu grup içerisinde fore kazıklar, avantajları dolayısı ile patikte oldukça sık kullanılmaktadır. Fore kazıklarda kullanılan betonun genellikle işlenebilir (slump 12-20 cm) olması ve yüksek dayanımlı betonların kullanılması tercih edilmelidir. Açılan çukurun desteklenip desteklenmemesi, bu desteğin şekli ve kalıcı veya geçici olması durumuna göre zeminde yer değiştirmeyen kazıklar farklı türlerde imal edilip uygulanabilmektedirler.

3.2. Zeminde Küçük Yer Değiştirmeler Yapan Kazıklar

Zeminde Küçük Yer Değiştirmeler Yapan Kazıklar genellikle çelik sınıfı H profil, boru kesit, kutu veya burgulu kazıklar zeminde küçük yer değiştirmeler yapmaktadır. Kullanılan bu kazıklar özellikle gevşek kumlu zeminlere sokularak bu zeminlerde sıkışmalarını sağlamaktadırlar. Çakma işlemi sonrasında boru içinde kalan boş kısımlara beton doldurulup nihai taşıma gücüne ulaşılabilir. Sonuç olarak özellikle H kesitli ve ucu açık boru ve kutu kesitli çelik kazıkların çakma aşamasında uçlarında tıkaç oluşmuyor ise zeminde çok küçük yer değiştirmeler oluştururlar.

3.3. Zeminde Büyük Yer Değiştirmeler Yapan Kazıklar

Uygulama sırasında zeminde yanlara doğru yer değiştirmeler yaptıran çakma kazıklar bu grupta düşünülebilir. Bu kazıklar çoğu zaman mekanik aksamlı çekikler ile yapılmakta ve çakılan yerin etrafında yapılar varsa tercih edilmemektedir. Fakat kumlu veya çakıllı zeminlerde titreşim metotlarına ve iş veriminin arttırılmasını sağladığı için (etraftaki yapıların müsaade etmesi durumunda) tercih edilebilmektedir. Genel olarak çakma kazıkların tümü neredeyse zeminde büyük yer değiştirmeler yapıp aynı zamanda zeminde iyileştirme meydana getirmektedirler.

4. Yük Aktarım Mekanizmasına Göre Kazıklar

Kazıkların yük aktarım mekanizmalarına bakıldığında kazıklar 6 sınıfta incelenebilir:

4.1. Uç Kazıklar

Uç kazıklar üst yapıdan gelen yükleri yer altı suyunun veya zayıf taşıma gücünün olduğu zemin tabakalarının altındaki sağlam ve taşıma gücü yüksek tabakalara aktarmak için kullanılır. Uç kazıklarında sürtünme etkisi oldukça küçük olduğu için göz önüne alınmamaktadır. Kazık üzerine gelen yükler kazık ucu ile sağlam zemine iletilir. Taşıma gücü bulunmak istenen ve düşey olarak yüklenen bir kazık üzerinde uç direnci ve çevre sürtünmesi oluşmaktadır. Çevre sürtünmesinin yönü yukarı doğru ve pozitiftir. Ancak kazığı çekmek istediğimizde karşılaştığımız direnç bu çevre sürtünmesinden oluşur ve buna negatif çevre sürtünmesi denir. Uç kazıklarda sürtünme her ne kadar ihmal edilen bir değer olsa da negatif çevre sürtünmesi oldukça dikkat edilmesi gereken ve zemin yapısına (yumuşak killer, turba, yumuşak silt vb.) göre büyük değerlerde oluşmaktadır ve hesaplarda göz ardı edilmemelidir.

4.2. Sürtünme Kazıkları

Sürtünme kazıkları, üst yapıdan gelen yüklerin kısmen ya da tamamının kazık çevresinde meydana gelen zemin sürtünmesi ile karşılandığı kazık türleridir. Eğer ki sağlam zemin tabakası çok derinlerde ise ve uç kazık yapımı ekonomik değil ya da yapılamıyorsa gevşek ve yumuşak zeminler içerisinde sürtünme kazıkları yapılır. Sürtünme kazığı uzunluğu uygulanan yüke ve zemin profiline göre değişiklik göstermekte olup kazık yükleme deneylerinden yararlanılabilir.

4.3. Çekme Kazıkları

Üst yapıya etki eden kuvvetler dolayısı ile temelde döndürme etkisinin oluşması veya suyun kaldırma kuvveti gibi etkiler dolayısı ile temellerin çekmeye maruz kaldığı durumlarda teşkil edilen kazıklara çekme kazığı denilmektedir. Özellikle yüksek yapılarda rüzgar ve deprem etkilerine karşı ve açık deniz yapılarında suyun kaldırma kuvvetine karşı çekme etkisi karşılanıncaya kadar yeteri boyutlarda çekme kazıkları yerleştirilmektedir. Kıyı liman yapılarında hem dalga etkileri hem de deniz araçlarının sönümlenmesi için de çekme kazıkları tercih edilmektedir.

4.4. Ankraj Kazıkları

Yatay kuvvetlere karşı koymak için genelde yapılan ankraj kazıkları özellikle gemilerin iskeleye çarpması, yüksek dalga kuvvetleri ve palplanş perdelerini tespit etmek gibi birçok durumda da kullanılabilmektedirler. Özellikle dayanım parametreleri düşük olan granüler ve boşluklu zeminlerde üst yapıya etki eden yükleri, kaldırma kuvvetlerini, yanal basınçları derinlerdeki kaya zeminlere aktarmak için ankraj kazıkları tercih edilmektedir. Kesitleri zemin ve yük durumuna göre değişkenlik göstermekle beraber kaya zemine aktarılacak yük arttıkça kazığın boyu artmaktadır. (Kaya ve Zemin Ankrajları)

4.5. Kompaksiyon Kazıkları

Kompaksiyon kazıkları, esas amacı zemin stabilizasyonu olan kazık tipleridir. Bu kazıklar vasıtası ile zemin sıkıştırılıp dayanım özellikleri arttırılmaktadır. Özellikle granüler zeminlerde uygun şekilde tatbik edilen kazıklar ile zemin iyileştirilmesi yapılabilmektedir. Genellikle farklı geometrilerde ve kısa olacak şekilde uygulamada kullanılırlar.

4.6. Eğik Kazıklar

Eğik kazıklar, hem yatay hem düşey kuvvetlerin aynı anda oluştuğu durumlarda bu kuvvetleri taşıyabilmek için tasarlanan kazık tipleridir. Belli açılar ile zemine yerleştirilip genellikle istinat yapılarında, aktif toprak itkisi olan durumlarda, heyelan tehlikesi olan zeminlerde, iskele-liman yapılarında, köprü ayaklarında ve şev kaymalarının beklendiği bölgeler gibi değişik alanlarda eğik kazıklar kullanılabilir.

Kaynak: Yük. Müh. Mesut GÖR-KAZIKLI RADYE TEMELLERİN STATİK DÜŞEY YÜKLER ETKİSİ ALTINDA MODELLENMESİ