Kazık Taşıma Gücü Hesabı — Statik Formüller
Kazık taşıma gücü iki bileşenden oluşur: uç direnci (Qb) ve çevre sürtünmesi (Qs). Bu makale α-yöntemi (Tomlinson), β-yöntemi (Burland), Meyerhof-SPT korelasyonu ve EN 1997-1/TBDY 2018 tasarım yaklaşımlarını; negatif sürtünme, grup etkisi ve Türkiye saha koşullarıyla birlikte kapsamlı biçimde ele almaktadır.
Etiketler (7)
Özet
Kazık taşıma gücü iki bileşenden oluşur:
- Uç direnci (tip resistance / ): Kazık ucundaki taban direnci.
- Çevre sürtünmesi (shaft friction / ): Kazık gövdesi boyunca zemin sürtünmesi.
Toplam nihai taşıma gücü şu temel bağıntıyla ifade edilir:
Türkiye'de fore kazıklar çap 0,40–2,00 m, derinlik 8–35 m aralığında uygulanmaktadır. Tasarım TS 3168 EN 1536 (fore kazık yapımı), TS EN 12699 (çakma kazıklar) ve TS EN 1997-1:2012 (Eurocode 7) çerçevesinde gerçekleştirilir; deprem etkisi TBDY 2018 Bölüm 16 kapsamında değerlendirilir.
Tablo 1: Notasyon ve Semboller
| Sembol | Açıklama | Birim |
|---|---|---|
| Birim çevre sürtünmesi | kPa | |
| Kazık çevre alanı ( veya katman toplamı) | m² | |
| Uç direnç gerilmesi | kPa | |
| Kazık taban alanı () | m² | |
| Kazık çapı | m | |
| Kazık boyu | m |
Saha Notu: Türkiye'de büyük çaplı fore kazıklar (Ø80–120 cm) özellikle İstanbul, İzmir ve Kocaeli gibi yumuşak alüvyon zemin bölgelerinde yaygın şekilde kullanılmaktadır. Deprem bölgesi ve zemin sınıfı, tasarım parametrelerini doğrudan belirler.
1. Alpha (α) Yöntemi — Kohezyonlu Zeminler (Tomlinson)
1.1 Çevre Sürtünmesi
Burada = adhezyon faktörü (Tomlinson, 1971):
Tablo 2: Çevre Sürtünmesi
| (kPa) | (Tomlinson) | Zemin Kıvamı |
|---|---|---|
| < 25 | 1,00 | Çok yumuşak |
| 25 – 70 | 1,00 – 0,70 | Yumuşak – orta |
| 70 – 150 | 0,70 – 0,50 | Sert |
| > 150 | 0,40 – 0,50 | Çok sert |
Tomlinson (1971) analitik bağıntısı:
Burada ( kPa atmosfer basıncı).
API (2011) değerleri:
Saha Notu: Türkiye'de özellikle İstanbul Boğazı çevresi ile Marmara kıyı bölgelerindeki yumuşak kil zeminlerde ( = 20–50 kPa) α katsayısı genellikle 0,80–1,00 aralığında alınmaktadır. Zemin kıvamı arttıkça α değeri azalır; sert killerde ( kPa) α = 0,45–0,55 seçilmelidir.
Dikkat: Fore kazıklarda, kazık delme işlemi sırasında zemin bozulması (remolding) α değerini azaltabilir. Çakma kazıklara kıyasla fore kazıklarda çevre sürtünmesi %10–30 daha düşük çıkabilmektedir (TS 3168 EN 1536).
1.2 Uç Direnci
Burada (derin kazıklar için standart değer; koşulunda geçerlidir).
Saha Notu: Kazık tabanının temizlenmesi uç direncini belirleyen en kritik faktördür. TS 3168 EN 1536 Madde 6.7.3'e göre, fore kazıklarda kuyu dibi temizliği zorunludur; temizlenmemiş uçlar için kabul edilmesi önerilir.
Dikkat: değeri yalnızca "derin kazık" koşulunda geçerlidir (). Kısa kazıklarda değerinin derinlik faktörüyle azaltılması gerekir.
2. Beta (β) Yöntemi — Efektif Gerilme Yöntemi
2.1 Çevre Sürtünmesi (Hem Kum Hem Kil için)
Tablo 3: Notasyon ve Semboller
| Sembol | Açıklama | Tipik Değer |
|---|---|---|
| Yanal zemin basıncı katsayısı | 0,5–1,0 (NC kil); 1,0–2,0 (OC kil) | |
| Kazık-zemin sürtünme açısı | (beton); (çelik) | |
| Efektif düşey gerilme | kPa |
Pratik aralıkları:
Referans: Burland (1973), TS EN 1997-1:2012 Madde 7.6.2.
2.2 Uç Direnci (Kum)
Meyerhof (1976) kum için sınır uç gerilmesi:
Saha Notu: Türkiye'nin iç bölgelerinde yaygın olan kum-çakıl alüvyon tabakalarında () β = 0,30–0,60 aralığı pratikte güvenilir sonuçlar vermektedir. Deprem bölgelerinde, sıvılaşma potansiyeli olan kum tabakalarında β yöntemi uygulanmamalı; TBDY 2018 Madde 16.6 kapsamında sıvılaşma analizi öncelikli yapılmalıdır.
Dikkat: Efektif düşey gerilme () yeraltı su tablasına göre hesaplanmalıdır. Yeraltı suyu seviyesinin mevsimsel değişimi (Türkiye'de tipik olarak ±1,5 m) tasarım hesabına dahil edilmelidir.
3. Meyerhof Kazık Formülleri
3.1 Kumlu Zeminler
Çevre sürtünmesi:
Uç direnci:
Burada taşıma gücü katsayısıdır.
3.2 Killi Zeminler
Sürtünme:
Uç:
3.3 SPT Korelasyonu ile Meyerhof Yöntemi (Kumlu Zeminler)
Saha koşullarında SPT (Standart Penetrasyon Deneyi) değerlerinden doğrudan kazık taşıma gücü tahmini için Meyerhof (1976) aşağıdaki ampirik bağıntıları önermiştir:
Fore (delme) kazıklar için:
Çakma kazıklar için:
Burada:
- : Kazık tabanından 10D yukarı – 5D aşağı SPT ortalaması (fore); uygulanır
- : İlgili katman boyunca ortalama SPT değeri
Tablo 4: SPT Korelasyonu ile Meyerhof Yöntemi (Kumlu Zeminler)
| Kazık Tipi | Formül | Geçerlilik |
|---|---|---|
| Fore (delme) | (MPa), (kPa) | Kum/Çakıl |
| Çakma | (MPa), (kPa) | Kum/Çakıl |
Dikkat: Bu bağıntılar yalnızca iri daneli (kumlu/çakıllı) zeminler için geçerlidir; killi zeminlerde uygulanmamalıdır. SPT değeri 60 kJ enerji oranına göre düzeltilmeli ( kullanılmalıdır).
Saha Notu: Türkiye'deki geoteknik uygulamalarda SPT ile kazık taşıma gücü tahmini Türkiye koşulları için Sivrikaya ve Toğrol (2003) düzeltme bağıntısı kullanılarak şeklinde uygulanmaktadır.
4. EN 1997-1 Yaklaşımı (Eurocode 7)
Türkiye'de TS EN 1997-1:2012 (Eurocode 7 Geoteknik Tasarım) yürürlüktedir.
4.1 Karakteristik Direnç
4.2 Tasarım Direnci
Tablo 5: Tasarım Direnci
| Parametre | DA1-1 | DA1-2 | Açıklama |
|---|---|---|---|
| 1,0 | 1,3 | Sürtünme kısmi faktörü | |
| 1,0 | 1,3 | Uç direnç kısmi faktörü | |
| veya | — | 1,3–1,5 | Model belirsizlik faktörü |
Kontrol:
Referans: TS EN 1997-1:2012 Madde 7.6.2.2 ve Ek A, Tablo A.6.
Saha Notu: Türkiye'de Tasarım Yaklaşımı 1 (DA1) tercih edilmektedir; DA1-K1 ve DA1-K2 kombinasyonlarının her ikisi de kontrol edilmeli, elverişsiz olanı belirleyici hesap olarak alınmalıdır.
Dikkat: TS EN 1997-1:2012 bağlamında (zemin araştırma sonuçlarına dayalı) ile (yük testlerine dayalı) faktörleri birbirinden farklıdır. Yük testi yapıldığında , yapılmadığında uygulanır.
5. Taşıma Gücü Emniyet Katsayıları (Geleneksel Yöntem)
Tablo 6: Taşıma Gücü Emniyet Katsayıları (Geleneksel Yöntem)
| Yöntem | Güvenlik Katsayısı FS | Açıklama |
|---|---|---|
| Statik formül | 2,5–3,0 | Saha deneyleri ile doğrulama yok |
| Dinamik formül | 3,0–4,0 | Dalma/çıkma kayıtlarından |
| Yük testi (statik) | 2,0–2,5 | Test sonuçları mevcut |
| Yük testi + monitöring | 1,8–2,0 | Kapsamlı program |
Saha Notu: TBDY 2018 kapsamında tasarım yapılırken geleneksel FS yöntemi yerine TS EN 1997-1:2012 kısmi güvenlik faktörü yaklaşımı (LRFD/LSD) tercih edilmelidir. Yük kombinasyonlarında G + Q + E (deprem dahil) durumu TBDY 2018 Madde 16.9.2'ye göre kontrol edilir.
6. Negatif Sürtünme (Negative Skin Friction / Downdrag)
Negatif sürtünme (downdrag), konsolide olmakta olan zemin katmanlarının kazıktan daha fazla oturması durumunda zemin-kazık arasındaki sürtünmenin aşağı yönlü kuvvet oluşturmasıdır. Bu durum kazığın taşıma gücünü etkin biçimde azaltır.
Negatif sürtünme nedenleri:
- Kazık çevresindeki yumuşak kil/silt üzerine dolgu yapılması
- Yeraltı su seviyesinin düşürülmesi sonucu konsolidasyon
- Komşu parsellerdeki sürşarj yükleme
Hesap bağıntısı (β yöntemi):
Kohezyonlu zeminler için:
Tasarım yükü kontrolü:
Referans: TS EN 1997-1:2012 Madde 7.3.2.1; EN 1997-1:2004 Madde 7.3.2.
Saha Notu: Türkiye'de İstanbul, İzmit ve Adapazarı gibi yumuşak kil – dolgu birlikteliğinin yaygın olduğu bölgelerde negatif sürtünme ihmal edilmemelidir. Yüzeye yakın (h ≤ 3 m) dolgu katmanları için hesabı zorunludur.
Dikkat: Yeni inşa edilen bölgelerde dolgu ağırlığı, zemin konsolidasyonunu tetikleyerek negatif sürtünmeyi aktive eder. Kazık izolasyon kaplaması (örn. bitümle kaplama) uygulanarak negatif sürtünme azaltılabilir.
7. Kazık Grup Etkisi
Birden fazla kazık yan yana çalıştığında, bireysel kazıkların taşıma güçleri toplamı grup taşıma gücünden büyük olabilir. Buna "grup etkisi" denir.
7.1 Converse-Labarre Grup Etkinlik Katsayısı
Burada:
- = sıra sayısı, = sütun sayısı
- = kazık çapı, = kazık aralığı (m)
Tablo 7: Converse-Labarre Grup Etkinlik Katsayısı
| Oranı | η (tipik) | Grup Davranışı |
|---|---|---|
| ≥ 6 | ~1,00 | Bireysel kazık gibi davranır |
| 4–6 | 0,85–0,95 | Hafif grup etkisi |
| 3–4 | 0,70–0,85 | Belirgin grup etkisi |
| < 3 | < 0,70 | Kritik grup etkisi |
Kontrol: (minimum; TS EN 1997-1:2012 önerir ).
Saha Notu: Türkiye'de standart kazık kafası tasarımı özellikle yüksek katlı binalarda genellikle 3–4 kazık içermektedir; değeri pratikte en yaygın kullanılan aralıktır.
Dikkat: Sürtünme kazıklarında grup etkisi uç kazıklarına göre çok daha belirgindir (). Kaya veya çok sıkı tabakaya oturan uç kazıklarında grup etkisi ihmal edilebilir ().
8. Kazık Yükleme Deneyleri
Statik formülle hesaplanan kazık taşıma gücü, sahada gerçekleştirilen yükleme deneyleriyle doğrulanmalıdır.
8.1 Standartlar
Tablo 8: Standartlar
| Deney Tipi | Standart | TS Karşılığı |
|---|---|---|
| Eksenel statik basma | EN ISO 22477-1 | TS EN ISO 22477-1 |
| Eksenel statik çekme | EN ISO 22477-2 | — |
| Dinamik yükleme | ASTM D4945 | — |
8.2 Yük-Oturma Eğrisinin Yorumu
Nihai göçme yükü çeşitli yöntemlerle belirlenir:
- Chin-Kondner (1970):
- Davisson Kriteri: mm
- TBDY 2018 Madde 16.9.3: Statik yükleme deney sonuçları önceliklidir
Saha Notu: Türkiye'deki uygulamalarda statik kazık yükleme deneyi genellikle tasarım yükünün 2 katı yükle gerçekleştirilmektedir. EN ISO 22477-1 uyarınca test kazığı sayısı; 5 kazığa kadar 1 adet, sonraki her 20 kazıkta 1 ilave deney önerilmektedir.
9. TBDY 2018 ve Türkiye Mevzuatı
9.1 TBDY 2018 Kazıklı Temel Hükümleri
TBDY 2018 Bölüm 16, kazıklı temel tasarımının deprem etkisi altında nasıl gerçekleştirileceğini düzenlemektedir.
Tablo 9: TBDY 2018 Kazıklı Temel Hükümleri
| Konu | TBDY 2018 Maddesi | İçerik |
|---|---|---|
| Kazık taşıma gücü genel | Madde 16.9 | Genel hükümler |
| Düşey taşıma gücü | Madde 16.9.3 | Karakteristik direnç, Rd hesabı |
| Dayanım katsayıları | Madde 16.9.2 | Kısmi güvenlik faktörleri |
| Yanal taşıma gücü | Madde 16.9.4 | P-y eğrisi yöntemi |
| Sıvılaşma koşulları | Madde 16.6 | DTS=1, DTS=1a için zorunlu |
| Kazıklı istinat | Madde 16.11 | Bodrum perdesi kazık etkileşimi |
9.2 Türkiye Standartları
Tablo 10: Türkiye Standartları
| Standart | Konu | Uygulama Alanı |
|---|---|---|
| TS 3168 EN 1536 | Fore (delme) kazık imalatı | Çap, beton sınıfı, donatı, tolerans |
| TS EN 12699 | Çakma kazık imalatı | Ahşap, çelik, beton kazıklar |
| TS EN 1997-1:2012 | Geoteknik tasarım (EC7) | Taşıma gücü, kısmi faktörler |
| TS EN 1997-2:2012 | Arazi ve lab deneyleri | SPT, CPT, zemin tasnifi |
| TS 3234 | Zemin sondajı | Derinlik, numune alma |
9.3 Türkiye Zemin Koşulları
Tablo 11: Türkiye Zemin Koşulları
| Bölge | Zemin Tipi | Tipik (kPa) | Özel Notlar |
|---|---|---|---|
| Marmara kıyıları | Yumuşak kil/alüvyon | 20–60 | Sıvılaşma riski |
| İç Anadolu | Kil/marn | 60–120 | Şişme riski |
| Ege kıyıları | Kum/çakıl | — ( = 30–38°) | Sıvılaşma riski |
| Karadeniz | Alüvyon/silt | 15–40 | Yüksek su tablası |
| Doğu Anadolu | Ayrışmış kaya | > 150 | EASS yakınlığı |
9.4 Mevzuat ve Yasal Çerçeve
- 4708 Sayılı Yapı Denetimi Kanunu: Kazık imalatında yapı denetim firması denetimi zorunludur.
- 3194 İmar Kanunu: Zemin etüdü hazırlanmadan ruhsat verilmez.
- 6331 İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu: Kazık imalatında İSG planı hazırlanmalıdır.
10. Tasarım Akış Diyagramı
Zemin tipi → α / β / Meyerhof → Q_s + Q_b → Q_ult → karakteristik & tasarım R_cd → grup + negatif sürtünme → yükleme deneyi.
11. Teknik Kesit Detayı
12. Örnek Problemler
Problem 1 — Kolay
Veriler:
- Kazık tipi: Fore (drilled shaft), beton
- Çap = 0,60 m, Boy = 12 m
- Zemin: Tek tabakalı, homojen kil, = 60 kPa
- Yöntem: α-yöntemi (Tomlinson)
- Güvenlik katsayısı: FS = 2,5
İstenen: Güvenli (izin verilen) taşıma gücü
Çözüm:
Adım 1:
Adım 2: Çevre alanı:
Adım 3: Çevre sürtünmesi:
Adım 4: Taban alanı ve uç direnci:
Adım 5: Toplam ve güvenli yük:
Sonuç: Güvenli taşıma gücü kN
Kontrol: FS = 2,5 → → Kazık ağırlıklı sürtünme tipidir ✓
Problem 2 — Orta
Veriler:
- Kazık tipi: Fore (kum içinde), d = 0,45 m, L = 15 m
- Zemin: Kum, , kN/m³, Su tablası yüzeyde
- ;
- Yöntem: β-yöntemi (efektif gerilme)
- Bağıl sıkılık: (orta sıkı kum)
- Güvenlik katsayısı: FS = 3,0
İstenen: ve
Çözüm:
Adım 1: β katsayısı:
Adım 2: Ortalama efektif düşey gerilme (su tablası yüzeyde, kN/m³):
Adım 3: Birim sürtünme ve toplam sürtünme:
Adım 4: Uç direnci ():
Sınır kontrolü: kPa → kPa (sınır aktif!)
Adım 5:
Sonuç: kN
Kontrol: sınır kontrolü devreye girdi → güvenli taraf ✓. Kumda sınırı ihmal edilmesi halinde kN olurdu — %105 hata!
Problem 3 — Zor
Veriler:
- Kazık tipi: Fore (drilled shaft), Ø80 cm, L = 18 m
- Beton: C25, BÇ-III donatı (TS 3168 EN 1536)
- Zemin profili (3 tabaka):
- Tabaka 1: Yumuşak kil, h₁ = 5 m, = 35 kPa → α-yöntemi
- Tabaka 2: Orta sert kil, h₂ = 8 m, = 75 kPa → α-yöntemi
- Tabaka 3: Ayrışmış kaya, h₃ = 5 m, = 120 kPa → Broms sınır değeri
- Zemin suyu tablası: Yüzeyden 2 m aşağıda
- Uç zemini: Ayrışmış kaya, = 120 kPa
- Tasarım: TS EN 1997-1:2012 DA1, kısmi faktörler
İstenen: TS EN 1997-1:2012 DA1-K2 yaklaşımıyla hesabı
Çözüm:
Adım 1: Her tabaka için α ve fs hesabı:
Tabaka 1 ( kPa, ):
Tabaka 2 ( kPa, ):
Tabaka 3 (Ayrışmış kaya):
Adım 2: Çevre alanları:
Adım 3: Toplam çevre direnci:
Adım 4: Uç direnci:
Adım 5: TS EN 1997-1:2012 DA1-K2 tasarım direnci (; ; yükleme deneyi yok):
Adım 6: TBDY 2018 Madde 16.9.3 uyarınca kontrol:
Sonuç: kN (TS EN 1997-1:2012 DA1-K2)
Kontrol: Sınır değer kontrolü ( kPa) uygulandı ✓; (yük testi yok) uygulandı ✓
Not: Statik yük testi yapılması halinde alınarak kN bulunur; bu +30% kapasite artışı demektir. Kritik projelerde yükleme deneyi yapılması hem güvenlik hem de ekonomi açısından zorunludur.
13. Sık Yapılan Hatalar
Tablo 12: Sık Yapılan Hatalar
| Hata | Doğrusu |
|---|---|
| Tüm kazık boyu için uniform varsaymak | Katman bazında değerlendirme yapılmalı |
| Uç direncinde sınır değeri kontrol etmemek | kısıtı uygulanmalı |
| Negatif sürtünmeyi ihmal etmek | Konsolide veya gömülen dolgu altındaki kazıklarda hesaba katılmalı |
| Grup etkisini görmezden gelmek | için etkinlik katsayısı uygulanmalı |
| SPT korelasyonunu killi zeminlerde kullanmak | Meyerhof SPT yöntemi sadece kum/çakıl için geçerlidir |
| Fore kazıkta kuyu tabanını temizlememek | Temizlenmemiş uç → kabul edilmeli (TS 3168 EN 1536) |
| TBDY 2018 deprem kombinasyonunu atlamak | G + Q + E koşulunda kontrolü zorunludur |
| model faktörünü uygulamayı unutmak | Yük testi yoksa veya uygulanmalı |
Kaynakça
- İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
- TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
- İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar
Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.
Kaynaklar
- TS EN 1997-1:2012 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
- TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm
- TS 3168 EN 1536 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr
- TS EN 12699 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr
- EN ISO 22477-1 — ISO / TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr
İlgili Hesaplama Araçları
Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:
- Zemin Taşıma Gücü Hesaplama
- Temel Boyutlandırma Hesaplama
- Şev Stabilitesi Hesaplama
- İstinat Duvarı 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.