Zemin Ankrajı Tasarımı — Geçici ve Kalıcı

1. Tanım ve Temel Kavramlar

1.1 Zemin Ankrajı Nedir?

Zemin ankrajı, derin kazılarda çevredeki yapıları emniyete almak ve sistem stabilitesini sağlamak amacıyla kullanılan yapısal çekme elemanlarıdır. Geleneksel pasif sistemlerden (zemin çivisi) farklı olarak öngermeli ankraja henüz zemin hareket etmeden önce hidrolik krikolar ile önceden hesaplanmış bir öngerme kuvveti (aktif yük) uygulanır; bu sayede sistem anında çalışmaya başlar ve deformasyonlar minimuma indirilir.

Saha Notu: Türkiye şantiyelerinde halat sayısına ve delgi çapına bağlı olarak ankrajlar genellikle 300–1500 kN arasında çalışma yükü taşımaktadır. Dar alanlarda fore kazık perde + ankraj kombinasyonu en yaygın uygulama biçimidir.

1.2 Bileşenler

Tablo 1: Bileşenler

Dikkat: Bileşenlerin her birinin servis süresi ankraj sınıfına uygun seçilmesi zorunludur. Kalıcı ankrajlarda HDPE kılıf ile birlikte dış koruyucu boru (çelik veya plastik) kullanılması gereklidir.

1.3 Kullanım Alanları

Zemin ankrajları aşağıdaki alanlarda uygulanır:

• Derin kazı destek yapıları (fore kazık perde + ankraj, jet grout perde + ankraj)
• Şev ve heyelan stabilizasyonu
• Tarihi yapı onarımı (temelden çekme yükü karşılama)
• Barajlarda kaldırma kuvvetine karşı zemine bağlama
• Yeraltı yapıları stabilitesi (tünel perde stabilizasyonu)
• Sismik güçlendirme uygulamaları (TBDY 2018 kapsamında)

2. Sınıflandırma

2.1 Kullanım Ömrüne Göre

Tablo 2: Kullanım Ömrüne Göre

2.2 Enjeksiyon Tipine Göre

Tablo 3: Enjeksiyon Tipine Göre

3. Tasarım Akışı

3.1 KDYY 2022 / TS EN 1537 Tasarım Süreci

Zemin ankrajı tasarımı aşağıdaki akış şemasına göre yürütülür:

4. Tasarım Hesapları

4.1 Tasarım Yükü

Tasarım ankraj kuvveti $F_d$, zemin basıncı diyagramlarından hesaplanır. Türkiye'de KDYY 2022 kapsamında:

$F_d = \gamma_F \cdot F_{rep}$

Burada $\gamma_F$ yük katsayısı (statik: $1{,}35$–$1{,}5$; depremli: $1{,}0$–$1{,}2$), $F_{rep}$ ise temsili ankraj kuvvetidir.

Saha Notu: Türkiye'de özellikle 1. ve 2. deprem bölgelerinde (batı Anadolu kıyı şeridi, Marmara, Doğu Anadolu) TBDY 2018 Bölüm 16 kapsamında deprem yükü kombinasyonu tasarıma dahil edilmelidir. Ankraj kuvveti depremli kombinasyonda %25–40 artabilmektedir.

4.2 Bağ Boyu Hesabı

Bağ boyu $L_b$, tasarım yükünü zemine aktaran enjeksiyon gövdesinin uzunluğudur.

Kohezyonsuz Zeminler (kum, kumlu çakıl)

$L_b = \frac{F_d}{\pi \cdot d_{dh} \cdot \tau_u \cdot \eta}$

Tablo 4: Notasyon ve Semboller

Kohezif Zeminler (kil, siltli kil)

$\tau_u = \alpha \cdot S_u$

Burada $\alpha$ azaltma faktörü ($0{,}3$–$0{,}6$) ve $S_u$ drene edilmemiş kayma mukavemetidir.

Tablo 5: Kohezif Zeminler (kil, siltli kil)

Dikkat: Bu değerler yalnızca ön tasarım içindir. TS EN 1537:2013 Madde 5.2.1'e göre nihai bağ gerilmesi değerleri mutlaka yük deneyleriyle doğrulanmalıdır.

Bağ Boyu Sınırları

• Minimum: 3,0 m (TS EN 1537 Md. 6.4.1)
• Maksimum: 10 m (yük dağılımı düzensizleşir — FHWA uyarısı)
• Toplam ankraj boyu: Serbest boy + bağ boyu ≤ 50 m (pratik sınır)

4.3 Serbest Boy Hesabı

Serbest boy $L_s$, ankraj kafasından aktif kayma yüzeyine kadar olan mesafe artı minimum güvenlik ekidir.

$L_s \geq \frac{H}{\tan(45° + \phi/2)} + L_{min}$

Burada $H$ kazı derinliği, $\phi$ zeminin içsel sürtünme açısı ve $L_{min}$ minimum ektir (KDYY 2022'ye göre en az 3,0 m).

Serbest boy minimum değerleri (TS EN 1537 Md. 6.4.2):

• Halat tendonu için: min 4,5 m
• Çubuk tendonu için: min 3,0 m
• Her durumda aktif kayma düzleminin en az 1,5 m gerisinde

4.4 Tendon Tasarımı

Tendon TS EN 10138-3'e göre seçilir:

$F_{pk} \geq \frac{F_d \cdot \gamma_R}{\mu}$

Tablo 6: Tendon Tasarımı

Kilit yükü sınırları:

• Geçici ankraj: $P_{kilit} \leq 0{,}65 \times F_{pk}$
• Kalıcı ankraj: $P_{kilit} \leq 0{,}60 \times F_{pk}$

5. Korozyon Koruması

5.1 Korozyon Sınıfları (TS EN 1537:2013 Madde 6.3)

Tablo 7: Korozyon Sınıfları (TS EN 1537:2013 Madde 6.3)

5.2 Agresif Zemin Kriterleri

Tablo 8: Agresif Zemin Kriterleri

Saha Notu: Türkiye'de kıyı bölgelerinde (Ege, Akdeniz, Marmara kıyısı) tuzlu su etkisi ve sanayi bölgelerinde (Kocaeli, İzmit, Aliağa) kimyasal kirlilik nedeniyle zemin agresifliği sıklıkla yüksek düzeydedir. Bu bölgelerde daima Sınıf 1 korozyon koruması önerilir.

6. Deney ve Doğrulama

6.1 Deney Türleri (TS EN 1537:2013 Bölüm 9)

Tablo 9: Deney Türleri (TS EN 1537:2013 Bölüm 9)

6.2 Sünme (Creep) Kriteri

TS EN 1537:2013 kapsamında Test Metodu 1 (TM1) için:

$\Delta s_{creep} = s(t_2) - s(t_1) \leq 2{,}0 \text{ mm}$

Burada $s(t_1)$ ve $s(t_2)$, günlük yük uygulaması süresince sabit yükte ölçülen deplasmanlardır (genellikle $t_1 = 6$ dk, $t_2 = 60$ dk).

Saha Notu: Türkiye uygulamalarında TM1 yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Sünme kriteri olarak $\Delta s \leq 2{,}0$ mm kuralına ek olarak log zaman–deplasman grafiğinde doğrusallık kontrolü de yapılmalıdır.

6.3 Görünür Serbest Boy Kontrolü

Kabul deneyinde görünür serbest boy $L_{app}$, tendon elastik uzamasından hesaplanır:

$L_{app} = \frac{\Delta F \cdot L_{nom}}{E_p \cdot A_p}$

Bu değer alt ve üst sınırlar içinde olmalıdır:

• Alt sınır ≈ $0{,}8 \times L_s$ (teorik serbest boy)
• Üst sınır ≈ $L_s + 0{,}5 \times L_b$

7. Göçme Mekanizmaları

Ankrajlı iksa sistemlerinde karşılaşılan başlıca göçme biçimleri şunlardır:

Tablo 10: Göçme Mekanizmaları

8. Türkiye Saha Koşulları

8.1 Deprem Etkisi

Türkiye deprem açısından yüksek riskli bir ülkedir. TBDY 2018 Bölüm 16 kapsamında ankrajlı iksa sistemlerinin deprem yüklerini de taşıyabileceği şekilde tasarlanması zorunludur.

Tablo 11: Deprem Etkisi

8.2 Zemin Koşulları

Tablo 12: Zemin Koşulları

8.3 Don Derinliği

Tablo 13: Don Derinliği

Saha Notu: Don derinliği, ankraj başlığının yerleşimi ile serbest boy başlangıç noktasını doğrudan etkiler. Donma zonunda kalan ankraj başlığı uygun yalıtım ve koruma ile donatılmalıdır.

8.4 Yasal Mevzuat

Tablo 14: Yasal Mevzuat

9. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler:

• Tasarım ankraj yükü: $F_d = 450$ kN
• Delgi çapı: $d_h = 150$ mm $= 0{,}15$ m
• Zemin türü: orta sıkı kum, $\tau_u = 190$ kPa
• Güvenlik katsayısı: $\eta = 2{,}0$ (TS EN 1997-1 DA2)

İstenen: Gerekli bağ boyu $L_b$'yi hesaplayınız.

Çözüm:

Adım 1 — Bağ boyu formülü (TS EN 1537 / FHWA):

$L_b = \frac{F_d}{\pi \cdot d_h \cdot \tau_u / \eta}$

Adım 2 — Değerleri yerine koyalım:

$L_b = \frac{450 \text{ kN}}{\pi \times 0{,}15 \text{ m} \times 190 \text{ kPa} / 2{,}0} = \frac{450}{0{,}4712 \times 95} = \frac{450}{44{,}76} = 10{,}05 \text{ m}$

Bağ boyu 10 m'yi aştığından post-grouting uygulanmalı veya delgi çapı artırılmalıdır.

Alternatif: delgi çapı $d_h = 200$ mm alınarak:

$L_b = \frac{450}{\pi \times 0{,}20 \times 95} = \frac{450}{59{,}69} = 7{,}54 \text{ m}$

Sonuç: $d_h = 200$ mm delgi ile $L_b = 7{,}54$ m

Kontrol: $3{,}0$ m $\leq 7{,}54$ m $\leq 10$ m ✓

Problem 2 — Orta

Veriler:

• Kazı derinliği: $H = 8{,}0$ m
• Ankraj açısı: $\alpha = 20°$ (yatayla)
• İçsel sürtünme açısı: $\phi = 30°$
• Ankraj derinliği (duvardan): $z = 4{,}0$ m
• Halat: 15,2 mm çaplı, $A_p = 139$ mm², $f_{ptk} = 1860$ N/mm²

İstenen: (a) Minimum serbest boyu hesaplayın. (b) İzin verilen maksimum kilit yükünü belirleyin (geçici ankraj).

Çözüm:

a) Serbest Boy Hesabı:

Aktif kayma yüzeyi açısı: $45° + \phi/2 = 45° + 15° = 60°$

Ankrajın duvar üzerindeki noktasından yatay mesafe:

$x = \frac{H - z}{\tan(60°)} = \frac{8{,}0 - 4{,}0}{1{,}732} = \frac{4{,}0}{1{,}732} = 2{,}31 \text{ m}$

Serbest boy (güvenlik eki 1,5 m dahil):

$L_s = \frac{x}{\cos(\alpha)} + 1{,}5 = \frac{2{,}31}{\cos(20°)} + 1{,}5 = \frac{2{,}31}{0{,}940} + 1{,}5 = 2{,}46 + 1{,}5 = 3{,}96 \text{ m}$

Minimum (TS EN 1537 Md. 6.4.2): $L_s \geq 4{,}5$ m (halat tendon) → $\mathbf{L_s = 4{,}5 \text{ m}}$ kullanılır.

b) Kilit Yükü (Geçici):

$F_{pk} = A_p \times f_{ptk} = 139 \times 1860 = 258{,}5 \text{ kN}$

$P_{kilit,max} = 0{,}65 \times F_{pk} = 0{,}65 \times 258{,}5 = 168{,}0 \text{ kN}$

Sonuç: $L_s = 4{,}5$ m; $P_{kilit,max} = 168{,}0$ kN

Kontrol: $L_s = 4{,}5$ m ≥ 4,5 m (halat min) ✓; Kilit yükü ≤ 168 kN ✓

Problem 3 — Zor

Veriler (gerçek İstanbul derin kazı projesi):

• Kazı derinliği: $H = 12{,}0$ m
• Zemin profili: 0–4 m kum ($\phi=30°$, $\gamma=18$ kN/m³), 4–12 m sert kil ($S_u=80$ kPa, $\gamma=19$ kN/m³)
• Yeraltı suyu: 3,0 m derinlikte
• İki sıra ankraj: 1. sıra $z_1=3$ m, 2. sıra $z_2=7$ m; $\alpha=20°$
• Ankraj aralığı (yatay): $s = 2{,}0$ m
• Geçici ankraj; delgi çapı: $d_h=150$ mm
• Türkiye DD-2 PGA $= 0{,}40$ g (İstanbul), TBDY 2018

İstenen: 1. sıra ankrajın tasarım çekme kuvvetini ve bağ boyunu belirleyiniz (deprem kombinasyonu dahil).

Çözüm:

Adım 1 — Zemin Basıncı (FHWA Terzaghi-Peck trapez):

$K_a = \tan^2\!\left(45° - \frac{\phi}{2}\right) = \tan^2(30°) = 0{,}333$

Basitleştirilmiş trapez basıncı:

$p_{trapez} = 0{,}65 \times K_a \times \gamma \times H = 0{,}65 \times 0{,}333 \times 18{,}5 \times 12 = 47{,}8 \text{ kPa}$

Deprem eki (TBDY 2018 Bölüm 16.5, Mononobe-Okabe): $k_h = 0{,}2g$

$\Delta P_{ae} \approx 0{,}375 \times k_h \times \gamma \times H^2 = 0{,}375 \times 0{,}20 \times 18{,}5 \times 144 = 200 \text{ kN/m}$

Adım 2 — 1. Sıra Ankraj Kuvveti:

Statik: $F_{1,statik} = p_{trapez} \times \frac{H}{4} \times 2 \times \frac{s}{\cos\alpha} = 47{,}8 \times 3{,}0 \times 2{,}0 / \cos(20°) = 305$ kN

Depremli kombinasyon: $F_{1,deprem} \approx 1{,}25 \times 305 = 381$ kN → $F_d \approx \mathbf{400}$ kN

Adım 3 — Bağ Boyu (sert kil, $S_u = 80$ kPa):

$\alpha_{red} = 0{,}5 \quad \Rightarrow \quad \tau_u = 0{,}5 \times 80 = 40 \text{ kPa}$

Güvenlik katsayısı (TS EN 1997-1 DA2): $\eta = 1{,}5$

$L_b = \frac{400}{\pi \times 0{,}15 \times 40 / 1{,}5} = \frac{400}{12{,}57} = 31{,}8 \text{ m} \quad \text{(kabul edilemez)}$

Öneri: Kaya veya sıkı kumlu çakıl tabakasına ulaşacak şekilde delgi derinleştirilmeli. $\tau_u = 180$ kPa alındığında (post-grouting ile artırılmış kum):

$L_b = \frac{400}{\pi \times 0{,}15 \times 120} = \frac{400}{56{,}55} = 7{,}07 \text{ m} \rightarrow \mathbf{L_b = 7{,}5 \text{ m}}$

Serbest Boy: Aktif zon sınırı + 3 m güvenlik ekiyle $L_s = 6{,}0$ m

Toplam Ankraj Boyu: $L = L_s + L_b = 6{,}0 + 7{,}5 = \mathbf{13{,}5 \text{ m}}$

Tendon Seçimi (2 × 15,2 mm halat):

$F_{pk} = 2 \times 259 = 518 \text{ kN}; \quad P_{kilit,max} = 0{,}65 \times 518 = 336 \text{ kN} > F_d = 400 \text{ kN} \checkmark$

Sonuç: 1. sıra ankraj — $L_s = 6{,}0$ m, $L_b = 7{,}5$ m, 2 adet 15,2 mm halat; deprem kombinasyonu dahil.

Kontrol:

• $L_s = 6{,}0$ m $\geq$ 4,5 m (halat min) ✓
• $L_b = 7{,}5$ m $\geq$ 3,0 m ✓; $\leq$ 10 m ✓
• Toplam boy $= 13{,}5$ m $\leq$ 50 m ✓

10. Sık Yapılan Hatalar

1. Bağ boyunu aktif kayma yüzeyinde konumlandırmak: Bağ boyu en az 3,0 m aktif zonu geçmeli (KDYY 2022).
2. Uygunluk deneyi yapmadan tasarım değerlerini kullanmak: $\tau_u$ değerleri kesinlikle sahaya özgü deney ile doğrulanmalıdır.
3. Sünme kriterini göz ardı etmek: Özellikle killi zeminlerde uzun vadeli sünme kritiktir; kalıcı ankrajlarda extended creep test zorunludur.
4. Geçici ankrajları kalıcı olarak kullanmak: Türkiye'de sıklıkla karşılaşılan bu uygulama TS EN 1537 Md. 6.2 ihlalidir.
5. Korozyon koruma sınıfını düşük seçmek: Kıyı bölgelerinde ve agresif zeminlerde geçici ankraj için bile Sınıf 1 uygulanmalıdır.
6. Post-grouting ihmal etmek: Bağ boyu 8–10 m'yi aşacaksa post-grouting zorunludur (kapasite %30–50 artar).
7. Tork germe yetersizliği: Germe jack ayarı her ankraj için kalibre edilmeli; %5'ten fazla kayıp olmamalıdır.
8. Bağ boyunu tüm uzunlukta tek düz çapta tasarımlamak: Değişken delgi çapı veya kademeli bağ boyu tasarımı daha etkin olabilir.

Kaynakça

1. İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
2. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
3. İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

Kaynaklar

1. TS EN 1537 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr
2. TS EN 1997-1 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
3. EN 10138-3.
4. TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm
5. KDYY 2022.

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Zemin Taşıma Gücü Hesaplama
• SPT N30 Düzeltme Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.