FRP ve PVC tekil kaziklarin düşey yükler etkisi altında taşıma güçlerinin belirlenmesi

Yüksek binalarda ve liman yapılarında gittikçe artan oranlarda kazıklı temeller tercih edilmektedir. Bu tür yapılarda tercih edilen geleneksek kazık malzemeleri olan ahşap, çelik ve beton özellikle liman yapılarında ve aşındırıcı çevresel şartlarda kullanıldıklarında sınırlı ömre sahip ve tamir maliyetleri yüksek malzemelerdir. Hizmet ömürlerini uzatmak için bu tür zeminlerde kazıkların kesit alanlarının artırılması veya kimyasal koruma önlemleri tavsiye edilmektedir. Bu işlemler ise maliyetlerin büyük oranda artmasına neden olmaktadır. Ayrıca kimyasal koruma önlemlerinin olumsuz çevresel etkileri olduğu bilinmektedir. Son yıllarda uzun servis ömürleri ve olumsuz çevresel koşullardan etkilenmemeleri nedeniyle cam elyaf takviyeli plastik (fiber reinforced plastic, FRP) ve geri dönüştürülmüş plastik kazıklar, geleneksel kazık malzemelerine bir alternatif olarak kullanılmaya başlanmıştır. Kazıklar, yapısal yükleri uç direnci ve yüzey sürtünmesi yoluyla taşırlar. Geleneksel kazık malzemelerinin mekanik, fiziksel ve yapısal davranışları ile ilgili pek çok kaynak mevcuttur. Ancak kompozit kazıkların son zamanlarda kullanılmaya başlaması nedeniyle literatürde yeterli kaynak mevcut değildir. Kompozit kazıklar ile ilgili en tartışmalı ve bilinmeyen konu bu malzemeler ile zeminlerin sürtünme davranışıdır. Yapılan ilk araştırmalarda zemin-kazık malzemesi arasındaki sürtünme kuvvetleri, kesme kutusu deneyleriyle belirlenmiştir. Özellikle sıkı kumlarda, bu test yöntemi ile düşük sürtünme parametreleri (c,δ) ölçülebilmektedir. Kazık eksenel yükleme davranışlarındaki bu belirsizlikler, yaklaşık değerlerin kabul edilerek tasarım yapılmasına neden olmaktadır. Terzaghi ve Peck (1948), yüzey sürtünme açısının (δ), zeminin içsel sürtünme açısının (φ) 2/3'üne eşit olduğunu kabul etmişlerdir. Coyle ve Castello (1981) ise yüzey sürtünme açısının 0.8φ alınabileceğini belirtmişlerdir. Pek çok araştırmada δ değerinin 0.5 ile 0.8φ arasında alınması gerektiği belirtilmiştir (Das, 2015). Bu kabuller zaman zaman ekonomik olmayan tasarımlar yapılmasına sebep olurken zaman zaman ise stabilite kayıpları yaşanmasına neden olmaktadır. Kazıkların gerçek taşıma güçleri sadece arazide yapılan kazık yükleme deneyleri ile belirlenebilmektedir. Ancak yine de bu kazıkların taşıdıkları toplam yükün ne kadarını uç direnciyle, ne kadarını yüzey sürtünmesiyle taşıdıkları bilinmemektedir. Bu çalışmada, iki kompozit (beton dolgulu FRP ve beton dolgulu PVC) kazığın nihai taşıma güçleri, uç dirençleri ve yüzey sürtünme değerlerinin kazık yükleme deneyleri yardımıyla belirlenmesi amaçlanmıştır. Deneylerde 4 farklı sıkılıkta (Dr = %10, %40, %65 ve %90) kum zeminler kullanılmıştır. Deneyler sonucunda, kesme kutusu deney aletiyle yapılan yüzey sürtünme açısı ölçümlerinin aksine, yüzey sürtünme açısının artan sıkılıkla sürekli arttığı görülmüştür. Elde edilen yüzey sürtünme açısı değerlerinin özellikle düşük rölatif sıkılık değerlerinde, kesme kutusu deney aletiyle elde edilen değerlerden çok düşük olduğu görülmüştür. Ayrıca yapılan model kazık yükleme deneyleri sonlu elemanlar yöntemiyle sayısal olarak modellenmiş ve elde edilen sonuçlar model deneylerinin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Yapılan sonlu elemanlar analizleri sonucunda, deneylerden elde edilen oturma değerleri ile sonlu eleman analizleri neticesinde elde edilen oturma değerlerinin birbiri ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Ancak özellikle orta sıkı ve sıkı (Dr = %40, %65, and %90) zeminlerde sonlu eleman analizlerinden elde edilen yük deformasyon eğrilerinin (p-y eğrileri) deneysel sonuçlarla benzeşmediği görülmüştür. Sonlu eleman analizlerinden elde edilen p-y eğrilerinin doğrusal olduğu belirlenmiştir. Oysa deneylerden elde edilen p-y eğrileri non-lineerdir. Gerçekte kazık yüzeyi ile zemin arasındaki sürtünme arttıkça p-y eğrisinin eğriliğinin artacağı ve non-lineer olacağı bilinmektedir.