Kazıklı radye temellerin statik düşey yükler etkisi altında modellenmesi

Bu çalışmada, laboratuvar ortamında yapılan model deneyleri yardımıyla cam elyaf takviyeli plastik (fiber reinforced plastic, FRP) ve çelikten üretilmiş kazıklı radye temellerin taşıma gücü, oturmaları ve zemin kütlesi içerisinde farklı derinliklerde meydana gelen gerilme değişimleri elde edilmiştir. Elde edilen bu sonuçlar ile teorik ve PLAXIS sonlu elemanlar programı yardımıyla modelleme yapılarak bulunan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Kazıklı temeller Romalılardan beri kullanılan bir temel sistemidir. Ahşap kazıkların kullanıldığı bu temeller yüzlerce yıl geçmesine rağmen hala hizmet etmektedirler. Ahşap temellerin tercih edilmesinin en önemli sebebi ahşabın su altında neredeyse sonsuz ömürlü olmasıdır. Ahşap kazıkların kullanımı son yıllarda çevresel ve ekonomik nedenlerle azalmıştır. Günümüzde çakma kazıklar genellikle çelik kullanılarak imal edilmektedir. Ancak çelik pahalı bir malzeme olup yer altı suyunun zararlı madde içermesi halinde ve deniz içerisinde çabuk tahrip olmaktadır. Bu tahribat, oksijenin varlığına bağlıdır. Bu nedenle bu tür kazıkların ömürleri kumlu zeminlerde genellikle kısa olmaktadır. Doğal kaynakların sonsuz olmadığı ve dikkatlice kullanılmadığı takdirde bir gün bu doğal kaynakların tükeneceği bilinmektedir. Katı atıkların depolanması ise her geçen gün çevresel ve ekonomik sorunlar doğurmaktadır. Bu nedenle, kaynak israfını önlemek ve ortaya çıkabilecek enerji krizleri ile baş edebilmek için atıkların geri dönüştürülmesi, tekrar kullanılması çevre ve ekonomi için çok önemlidir. Tüm bu hususlar göz önüne alındığında plastik malzemesinin, atık, geri dönüşümlü, ekonomik ve deniz suyu gibi olumsuz koşullar altında bile çok uzun ömürlü olması nedeniyle kazık imalatında gittikçe artan miktarlarda kullanılması kaçınılmazdır. Plastikler, kimyasal yapıları nedeni ile esnek (kırılmaz) yapıya sahiptir. Ancak plastiklerin mekanik dayanımları düşüktür. Bu nedenle plastikler, mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla son yıllarda cam elyaf ve benzeri malzemeler ile takviye edilmektedir. Cam takviyeli plastik (FRP), takviye malzemesi (cam elyafı) ve taşıyıcı matriks'in (reçine) birlikte kalıplanması ile elde edilmektedir. Bu işlem, çok farklı metotlarla yapılabilse de, prensip, cam elyafının, taşıyıcı reçine ile uygun bir şekilde ıslatılmasıdır. Polyester reçineler, kimyasal bir reaksiyon ile polimerize edilerek, sert, çözülmeyen, ergimeyen bir madde haline dönüştürülmekte ve kalıplandığı şekli almaktadır. Son yıllarda tüm dünyada plastik malzemesinin giderek artan bir hızda zemin problemlerinin çözümünde kullanılmaya başlandığı görülmektedir. Örneğin; geogrid, palplanş perde, ankraj ve kazık malzemesi olarak plastikler kullanılmaktadır. Plastik çeliğe göre oldukça ucuz bir malzemedir. Donatılı plastik olarak isimlendirilen FRP benzeri ürünlerden elde edilen profiller, yeterli dayanıma sahip oldukları için uç kazığı olarak kullanılabilirler. Bunun yanında çeliğe göre daha yüksek bir sürtünme katsayısına sahip oldukları için sürtünme kazığı olarak da kullanılabilmektedirler. Çelik kazık olarak genellikle boru kesitler kullanılmaktadır. Çelik ile zeminin arasındaki sürtünme genellikle çok düşüktür. Bu nedenle çelik kazıklar çoğu zaman bitüm gibi maddeler ile kaplanarak kullanılır. Plastik kazığın çakılması sırasında yüzeyinin pürüzleneceği bilinmektedir. Ayrıca FRP'nin işleme maliyetinin düşük olması ve kolay şekil verilebilmesi gibi sebeplerle istenilen yüzey dokusunda imal edilebileceği için zemin ile sürtünmesi çeliğe kıyasla yüksek olacaktır. Üst zemin tabakasının taşıma gücünün yetersiz olması durumunda genellikle yükler, kazıklı temeller vasıtasıyla alttaki sağlam zemin tabakalarına aktarılarak taşınmaktadır. Yapılan bu çalışmada, gevşek bir üst zemin tabakası ve sıkı bir alt zemin tabakası bir kum tankının içinde modellenmiştir. Gevşek zemin tabakası içerisine yerleştirilmiş çakma kazıkların alttaki sıkı zemin tabakasına soketlenmesi sağlanmıştır. Kazıklı radyenin taşıma gücünün ve oturmalarının üstteki gevşek tabakanın sıkılığının değişiminden nasıl etkileneceği belirlenmiştir. Kazık sayısındaki değişimin ve kazıklar arasındaki mesafenin etkisi de göz önüne alınmıştır. Zemin içerisinde farklı noktalara yerleştirilen mini basınç ölçerler (transduser) yardımıyla gerilme değişimleri belirlenmiştir. Kazık malzemesinin çelik ve FRP olması durumları için deneyler tekrarlanmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda, kazık sayısı arttıkça (9'dan 25'e) ve buna bağı olarak kazıklar arası mesafe azaldıkça (6D'den 3D'ye) çelik ve FRP kazıklar için grup kazık taşıma gücünde sırası ile %133 ve %148 artış meydana gelmiştir. Zeminin relatif sıkılığı (Dr=%10'dan Dr=%65'e) arttıkça grup taşıma gücünde çelik ve FRP kazıklar için sırası ile %56 ve %68 artış olmuştur. FRP'den imal edilmiş kazık gruplarının çelikten imal edilmiş kazık gruplarına oranla taşıma gücünün %10-30 daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Kazıklar arası mesafe azaldıkça ve zeminin relatif sıkılığı arttıkça oturmalarda azalmaların olduğu görülmüştür. Ayrıca zemin kütlesi içerisindeki farklı noktalardan ölçülen gerilmeler incelendiğinde kazık ucundan ve temel merkezinden uzaklaştıkça gerilmelerin azaldığı gözlemlenmiştir. Deney bulguları sonlu elemanlar programı yardımıyla yeniden çözümlenerek elde edilen nümerik sonuçlar ile deneysel ve teorik denklemlerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.