Mikro Kazık Tasarımı

Özet

Mikro kazık (micropile/mini pile), delgi çapı genellikle 300 mm'nin altında olan, çelik donatı (boru kılıf ve/veya çubuk) ve çimento şerbetinden (grout) oluşan küçük çaplı delme kazıktır. Yük büyük ölçüde çelikle taşınır ve grout–zemin bağıyla zemine aktarılır. Mevcut temellerin güçlendirilmesi, dar çalışma alanı, zor zemin/kaya koşulları, deprem güçlendirmesi ve çekme yükleri gibi durumlarda tercih edilir. Uygulama standardı TS EN 14199:2015'tir (Özel jeoteknik işlerin yapımı — Mikro kazıklar); standart EN 1997-1 (Eurocode 7) ile birlikte kullanılmak üzere hazırlanmıştır ve tasarıma ilişkin hususları Madde 7'de ele alır. Deprem etkisi altındaki bina temellerinde TBDY 2018 Bölüm 16 hükümleri uygulanır. Yazıdaki hesap adımları ABD Federal Karayolu İdaresinin FHWA-NHI-05-039 (2005) kılavuzunu izler.

1. Tanım ve Sınıflandırma

Mikro kazıklar, TS EN 14199:2015 Madde 1.1'e göre çapı 300 mm'den küçük, delgi yöntemiyle imal edilen kazıklardır. Betonarme fore kazıklardan temel farkı, uygulanan yükün büyük bölümünün (çoğu tasarımda tamamının) çelik donatı (boru kılıf ve/veya çubuk) tarafından taşınması ve eksenel geoteknik direncin bağ boyundaki grout–zemin bağından sağlanmasıdır.

Saha Notu: Mikro kazık genellikle başka temel tiplerinin uygulanamadığı durumlarda seçilir: dar çalışma alanı, düşük tavan yüksekliği, yoğun yapılaşma, karstik kaya veya bloklu zemin ve mevcut temellerin kapasitesinin artırılması bunların başında gelir.

Dikkat: TS EN 14199:2015, çakma kazıklara uygulanmaz; bu kazıklar EN 12699 kapsamındadır (TS EN 14199:2015 Madde 1.1 Not 1).

1.1 Kazık Sınıfları (FHWA)

FHWA-NHI-05-039'a göre enjeksiyon yöntemine dayalı sınıflandırma:

Referans: FHWA-NHI-05-039 Madde 2.3 ve Şekil 2-5 (Sabatini vd., 2005).

1.2 Yapısal Tipler

2. Geometri ve Malzeme Parametreleri

2.1 Boyutsal Parametreler

Referans: FHWA-NHI-05-039 Denk. 5-1, 5-4a, 5-9 ve Madde 8.6.3; TS EN 14199:2015 Madde 1.1.

2.2 Çelik Malzeme

Türkiye'de yaygın kullanılan çelik boru sınıfları:

• S355 (TS EN 10210-1): f_y = 355 MPa (anma akma dayanımı) — yapısal boru. FHWA bağıntılarında (Adım 3) çekme dayanımı değil akma dayanımı kullanılır.
• API 5CT (TS EN ISO 11960): Petrol/gaz endüstrisi kökenli yüksek dayanımlı borular; L80, P110 sınıfları
• Alaşımsız yüksek mukavemetli çubuk (ASTM A722 / AASHTO M275): f_y ≥ 1035 MPa; 26–47 mm çap aralığı

2.3 Grout Karışım Tasarımı

Grout malzemeleri TS EN 14199:2015'te Madde 6.3 (grout, harç ve beton malzemeleri) ve Madde 6.4 (grout) başlıkları altında ele alınır. Uygulamada öne çıkan koşullar:

• Basınç dayanımı proje şartnamesinde verilir; FHWA-NHI-05-039 Madde 8.6.3'e göre mikro kazıklarda 28 günlük dayanım koşulu için 25–40 MPa aralığı yaygındır.
• Dayanım, üçer adet 50 mm küp numuneyle genellikle 3, 7 ve 28. günlerde denetlenir.
• Su/çimento (w/c) oranı: ağırlıkça tipik olarak 0,40–0,50; oran arttıkça pompalanabilirlik iyileşir, basınç dayanımı ve kararlılık (terlemeye direnç) azalır (FHWA-HIF-22-024 Madde 6.2.4)
• Türkiye sahasında kullanılan çimento tipi: CEM I 42,5 R veya CEM II/B-M 42,5 N (TS EN 197-1:2012)
• Admixture (katkı): gerekirse süper akışkanlaştırıcı (PCE bazlı); priz geciktirici uzun boylu kazıklarda
• Soğuk ve sıcak havada grout sıcaklığı için proje şartnamesindeki sınırlar esas alınır.

3. Tasarım Yöntemi

Adım 1 — Tasarım Yükü

Mikro kazıkta tasarım, kullanılan yöntemin güvenlik biçimine göre kurulur:

• FHWA-NHI-05-039 (izin verilen yük / ASD biçimi): En büyük basınç ve çekme tasarım yükleri P, uygulanabilir yük birleşimlerinden bulunur (kılavuzda Adım 3). Geoteknik kapasite nihai bağ dayanımının güvenlik katsayısına bölünmesiyle (Adım 2), yapısal kapasite izin verilen gerilme katsayılarıyla (Adım 3) hesaplanır ve her ikisi P ile karşılaştırılır.
• Eurocode 7 (TS EN 1997-1) kısmi katsayı biçimi: Doğrulama $E_d\le R_d$ biçimindedir; tasarım yaklaşımı ve kısmi katsayılar ulusal ek ile proje şartnamesine göre seçilir.

Aynı hesapta iki biçim karıştırılmamalıdır. FHWA güvenlik katsayıları servis yükü düzeyindeki P ile kullanılır; aşağıdaki TS 500 Denk.(6.3) gibi katsayılı birleşimlerden gelen yüklerle birlikte kullanılırsa güvenlik iki kez hesaba katılmış olur. Bu yazıdaki örnekler FHWA biçimini izler.

Dikkat: Düşey yükler için TS 500:2000 Madde 6.2.6, Denk.(6.3) $F_d=1,4G+1,6Q$ birleşimini verir. Deprem etkisini içeren birleşimler TBDY 2018 Madde 4.4.4.1'de Denk.(4.11) $G+Q+0,2S+E_d^{(H)}+0,3E_d^{(Z)}$ ve Denk.(4.12) $0,9G+H+E_d^{(H)}-0,3E_d^{(Z)}$ olarak tanımlanır; yatay deprem etkisi $E_d^{(H)}$ Madde 4.4.2'ye göre belirlenir.

Adım 2 — Zemin İçi Dayanım (Sürtünme Kapasitesi)

Nihai bağ direnci ve izin verilen geoteknik kapasite (FHWA-NHI-05-039 Denk. 5-9):

$$Q_g=\pi \cdot D_b\cdot L_b\cdot {\tau }_b{P}_{G,\text{izin}}=\frac{Q_g}{FS}$$

Gerekli bağ boyu (Denk. 5-10):

$$L_b=\frac{P\cdot FS}{{\tau }_b\cdot \pi \cdot D_b}$$

${\tau }_b$ nihai grout–zemin bağ dayanımıdır (FHWA'da ${\alpha }_{bond}$). FHWA, yükleme deneyi koşuluyla (üretimden önce en az bir doğrulama deneyi, üretim sırasında kanıt deneyleri) FS = 2,0 önerir; bağ bölgesi sünmeye yatkın ya da yüksek plastisiteli zeminde, zayıf kayada veya deneyimin sınırlı olduğu zeminde FS = 2,5 kullanılır.

Referans: FHWA-NHI-05-039 Tablo 5-3 (s. 5-21) ve Madde 5.9.2 (Sabatini vd., 2005). Tip A: grout yalnız yerçekimiyle; Tip B: geçici kılıf çekilirken kılıf içinden basınçlı grout; Tip C: yerçekimiyle birincil grout, ardından bir kez ikincil global basınçlı enjeksiyon; Tip D: yerçekimiyle birincil grout, ardından bir ya da daha çok ikincil global basınçlı enjeksiyon.

Saha Notu: Tablo aralıkları geniştir. FHWA Madde 5.9.2'ye göre benzer zeminde deneyim yoksa aralığın ortasını aşmayan değer seçilir; gevşek granüler zeminde ve orta–yüksek plastisiteli kohezyonlu zeminde alt sınıra yakın değerler düşünülmelidir. Mikro kazık tipini yüklenici seçse de tasarımda kaya içindeki bağ bölgesi için Tip A, zemin içindeki için Tip B varsayılır. Organik zeminler ile ortalama likitlik indisi 0,2'den, likit limiti 50'den ya da plastisite indisi 20'den büyük kohezyonlu zeminler bağ bölgesi için genellikle uygun değildir (Madde 5.9.1). Bağ dayanımı imalat yöntemine bağlı olduğundan tasarım değerleri yükleme deneyleriyle doğrulanır.

Adım 3 — Yapısal Kapasite

Kılıflı boyda izin verilen basınç yükü (FHWA-NHI-05-039 Denk. 5-1):

$$P_{c,\text{izin}}=0,40\cdot f_c^{\prime }\cdot A_{grout}+0,47\cdot F_y\cdot \left(A_{bar}+A_{casing}\right)$$

Kılıflı boyda izin verilen çekme yükü (Denk. 5-2):

$$P_{t,\text{izin}}=0,55\cdot F_y\cdot \left(A_{bar}+A_{casing}\right)$$

$A_{grout}$ yalnız kılıf içindeki grout alanıdır; kılıf dışındaki grout hesaba katılmaz. Basınçta $F_y$, kılıf ve çubuk akma dayanımları ile grout ezilmesine karşılık gelen 600 MPa (0,003 birim kısalma × 200.000 MPa) değerlerinin en küçüğüdür; çekmede çubuk ve kılıfın en küçük akma dayanımı kullanılır. Agresif zeminde çekme için kılıf ihtiyatlı olarak hesaba katılmaz ($A_{casing}=0$). Korozyon kaybı, kılıfın dış çapı azaltılarak hesaba katılır (Adım 4). Kılıfsız bağ bölgesinde aynı bağıntılar yalnız çubuk ve grout ile kurulur (Denk. 5-7 ve 5-8).

Referans: FHWA-NHI-05-039 Madde 5.6–5.7 (Denk. 5-1, 5-2, 5-7, 5-8).

Saha Notu: 0,40, 0,47 ve 0,55 katsayıları izin verilen gerilme (ASD) katsayılarıdır. Eurocode 7 kısmi katsayı biçiminde çalışılıyorsa bu katsayılar yerine ulusal ekteki malzeme ve direnç katsayıları kullanılır; iki takım birlikte uygulanmaz.

Adım 4 — Korozyon Payı

Zemin; pH < 5 veya > 10, özdirenç < 3.000 ohm·cm, sülfat > 200 ppm ya da klorür > 100 ppm koşullarından biri sağlanırsa agresif sayılır; deney yapılmamışsa agresif kabul edilir (FHWA Tablo 5-5). Koruma, korozif tabakanın en az 5 m altına kadar uzatılır. Kalıcı ya da çevrimli çekmede çıplak çelik önerilmez.

Referans: FHWA-NHI-05-039 Madde 5.14 (Tablo 5-5 ve 5-6); TS EN 14199:2015 Madde 7.6 (çelik elemanların korozyon koruması) ve Ek B (bilgilendirici; yerinde dökme mikro kazıklarda düşük dayanımlı çelik taşıyıcı eleman için en az örtü kılavuzu).

Saha Notu: FHWA'daki 1,6 mm değeri AASHTO'dan alınmıştır. Kılavuz, Fransız CCTG (1992) kaynağına göre korumasız çelikte 75 yıllık ömür için orta–kuvvetli korozif ortamda 2–5 mm kayıp verildiğini de not eder ve agresif zeminde sahaya özgü korozyon çalışması yapılmasını önerir. Agresif koşullarda merkez donatı epoksi kaplama, galvaniz ya da en yüksek koruma için plastik kılıfla korunabilir.

Dikkat: Grout örtüsü FHWA Tablo 5-6 Not 4'e göre zeminde en az 1 inç (≈ 25 mm), kayada en az 0,5 inç (≈ 13 mm) olmalıdır; basınç kazığında koruyucu kaplama (epoksi, galvaniz, plastik kılıf) varsa örtü 0,25 inç (≈ 6 mm) alınabilir. Örtü, merkezleyicilerle sağlanır.

Adım 5 — Burkulma Kontrolü

Mikro kazıklar çoğunlukla sağlam kayaya ya da sıkı/sert zemine oturduğundan kapasiteyi genellikle yapısal dayanım belirler; çevre zeminin yanal desteği burkulma olasılığını azaltır. Taşıyıcı tabakanın üstünde çok yumuşak ya da zayıf zemin, boşluk (ör. karst) veya sıvılaşabilir zemin varsa burkulma kapasiteyi belirleyebilir ve tasarımda kontrol edilir. FHWA-NHI-05-039 Denk. 5-28 kritik burkulma yükünü yalnız çelik kılıfı hesaba katarak verir:

$$P_{cr}=\frac{{\pi }^{2}EI}{l^2}+\frac{E_s{l}^2}{{\pi }^2}$$

Burada $l$ zayıf ya da sıvılaşabilir tabakanın kalınlığı (desteksiz boy), $E_s$ bu boydaki yanal zemin reaksiyon modülüdür. Zemin desteği yoksa ($E_s=0$) ifade uçları mafsallı çubuğun Euler yüküne ($K=1$) iner:

$$P_{cr}=\frac{{\pi }^{2}EI}{(KL{)}^2}$$

FHWA Denk. 5-5, birleşik gerilme kontrolünde Euler gerilmesini FS = 2,12 güvenlik katsayısıyla kullanır.

Referans: FHWA-NHI-05-039 Madde 5.6 (Denk. 5-5) ve Madde 5.20 (Denk. 5-28).

4. Grup Etkisi

Mikro kazıklar grup olarak uygulandığında bireysel kapasitelerinin toplamından daha az grup kapasitesine sahip olabilirler. Minimum eksenden eksene kazık aralığı FHWA-NHI-05-039 Madde 5.5.1'e göre 760 mm ile $3D_b$ değerlerinin büyüğüdür.

4.1 FHWA Yöntemi

FHWA-NHI-05-039 Madde 5.9.3'e göre grup basınç kapasitesi zemin türüne göre değerlendirilir:

• Kohezyonsuz zemin: Eksen aralığı bağ bölgesi çapının üç katından büyükse ($s>3D_b$) grup kapasitesi tekil kazık dirençlerinin toplamı olarak alınır ($\eta =1,0$). Kılavuz, 200 mm tipik grout çapı ve 750–1.000 mm aralık için grup azaltmasının gerekmediğini belirtir.
• Kohezyonlu zemin: Başlık zeminle sıkı temastaysa ya da zemin katıysa ($s_u>95$ kPa) $\eta =1,0$ alınır. Başlık temas etmiyor ve zemin yumuşak ($s_u<95$ kPa) ya da örselenmişse $\eta$, $s=2,5D_b$ için 0,65, $s=3D_b$ için 0,70, $s=6D_b$ için 1,0 alınır; $3D_b$ ile $6D_b$ arasında 0,70 ile 1,0 arasında doğrusal enterpolasyon yapılır (Tablo 5-4). Sık aralıkta blok göçmesi ayrıca hesaplanır (Denk. 5-11) ve küçük değer esas alınır.
• Zayıf tabaka üzerinde sağlam tabaka: Grubun alttaki zayıf ya da sıkışabilir tabakaya zımbalanması kontrol edilir.

Grup kapasitesi (Denk. 5-14) ve izin verilen değer (FS = 2,0):

$$Q_{\text{grup}}=\eta \cdot n_{\text{kazık}}\cdot \pi \cdot D_b\cdot L_b\cdot {\tau }_b{P}_{\text{grup,izin}}=\frac{Q_{\text{grup}}}{FS}$$

4.2 Converse-Labarre Formülü Hakkında

Genel kazık gruplarında kullanılan Converse-Labarre verim formülü

$$\eta =1-\frac{\theta \left[(n-1)m+(m-1)n\right]}{90\cdot m\cdot n},\theta =\arctan \left(\frac{D_b}{S}\right)$$

($m$ sıra sayısı, $n$ sıradaki kazık sayısı, $S$ eksen aralığı, $\theta$ derece cinsinden) FHWA-NHI-05-039'un mikro kazık grup yönteminde yer almaz. Kohezyonsuz zeminde $s>3D_b$ için FHWA $\eta =1,0$ aldığından, bu formül yalnız ihtiyatlı bir karşılaştırma olarak kullanılabilir.

Saha Notu: Grup yerleşimi ve kazık sayısı yüke, başlık rijitliğine ve mevcut temelle etkileşime göre belirlenir. Mevcut temellerin güçlendirilmesinde yeni mikro kazıklarla mevcut temel elemanları arasındaki rijitlik farkı başlık analizinde dikkate alınmalı, başlık rijit varsayılmamalıdır (FHWA-HIF-22-024 Madde 6.1). Deprem etkisi altındaki bina temellerinde kazıklı temel hesabı TBDY 2018 Madde 16.10'a göre yapılır.

5. Formüller Özeti

6. Teknik Kesit

7. Uygulama Prosedürü

7.1 Saha Hazırlığı

TS EN 14199:2015 saha hazırlığını Madde 8.3'te ele alır. Uygulamada hazırlık adımları:

1. Yer altı altyapısının (boru hatları, kablolar) belirlenmesi ve mikro kazık işinden etkilenebilecek hassas unsurlar için önlem planı
2. Delgi makinesi ve ekipman yüklerine uygun çalışma platformu
3. Delgi atığının (zemin, su, grout) uzaklaştırılma düzeni
4. İmar mevzuatına göre gerekli izinlerin alınması

7.2 Delgi İşlemi

• Delgi konumu ve eğimi için toleranslar TS EN 14199:2015 Madde 7.2 (geometrik yapım toleransları) ve Madde 8.2 (yapım toleransları) çerçevesinde proje şartnamesinde tanımlanır; her kazıkta delgi eğimi kayıt altına alınır.
• Bitişik kazıkların imalat sırası ve aralarındaki bekleme, TS EN 14199:2015 Madde 8.4 (imalat sırası) ve yüklenicinin onaylı uygulama planına göre belirlenir; taze grouttaki bir kazığın yakınında delgi yapılması grout bütünlüğünü bozabileceğinden bu sıra şartnamede tanımlanmalıdır.

7.3 Donatı Yerleştirme

• Çelik boru veya çubuk, delgi tamamlandıktan sonra ve enjeksiyon öncesinde kuyuya indirilir
• Merkezleyici (centralizer) ve aralayıcılar belirtilen aralıklarla, tipik olarak 2,5–3 m'de bir yerleştirilir (FHWA-NHI-05-039 Madde 8.5.2); TS EN 14199:2015 merkezleyicileri Madde 6.6, 7.7 ve 8.7.3'te ele alır.
• Grout örtüsü: FHWA Tablo 5-6'ya göre zeminde en az yaklaşık 25 mm (1 inç), kayada en az yaklaşık 13 mm (0,5 inç)

7.4 Enjeksiyon

• Sınıf B ve üstü için enjeksiyon borulama sırasında veya kurulum sonrasında uygulanır
• Düşük basınçlı enjeksiyon: tremie/gravity borusu
• Yüksek basınçlı enjeksiyon: manşetli boru (tube a manchette — TAM)
• Enjeksiyon sona erer koşulu: belirlenen baskı veya miktara ulaşıldığında (refü)

8. Deprem Etkisi ve TBDY 2018 Kapsamı

TBDY 2018 Bölüm 16, deprem etkisi altında tasarlanacak yeni binaların ve değerlendirilecek mevcut binaların temellerine ilişkin kural ve koşulları verir (Madde 16.1.1); mikro kazıklı bina temelleri de bu bölümün kazıklı temel hükümleri (16.9 ve 16.10) çerçevesinde ele alınır.

8.1 Sismik Tasarım Gereksinimleri

• TBDY 2018 Madde 16.4.2: Kazıklı temellerde zemin profili parametreleri, temel veya kazık başlığı alt kotundan itibaren aşağıya doğru en üst 30 m kalınlığındaki kısmı için belirlenecektir.
• Kazık-Zemin Etkileşimi: TBDY 2018 Madde 16.10.1.3'e göre altsistem yaklaşımında kinematik ve eylemsizlik etkileşimi için Yöntem I, II ve III tanımlanmış; ayrıntıları EK 16C'de, uygulama alanları Tablo 16.5'te verilmiştir. Yöntem I'de zemin ortamı üç boyutlu ayrık modelle (sonlu elemanlar veya sonlu farklar) kurulur ve kinematik etkileşim zaman tanım alanında çözülür (EK 16C.2.2).
• Kazık kesiti: TBDY 2018 Madde 16.10.2.4'e göre çelik boru kazıklarda D/t ≤ 60 (DTS = 1, 1a, 2, 2a) ve D/t ≤ 80 (DTS = 3, 3a, 4, 4a) sağlanmalıdır (Problem 2–3'teki 89 × 6,3 mm kılıfta D/t ≈ 14,1); Madde 16.10.2.2 betonarme kazıkların en küçük kesitini 30 cm / 30 cm veya ∅35 cm olarak verir. Çelik kılıflı ve grout dolgulu mikro kazığın bu hükümler karşısında nasıl sınıflandırılacağı proje müellifince değerlendirilmelidir.
• Eğik Kazıklar: TBDY 2018 Madde 16.10.2.1'e göre kinematik etkileşimin yarattığı hasar riski nedeniyle deprem etkisi altındaki bina temellerinde eğik kazıklara izin verilmez.
• Doğrusal Olmayan Davranış: Doğrusal olmayan yük-yerdeğiştirme davranışı göstermesi beklenen yanal yüklü kazıkların tasarımında, izin verilebilir yerdeğiştirmelerin ve kazık kesitinin taşıma gücünün aşılmadığı hesapla gösterilecektir (TBDY 2018 Madde 16.9.4.2).

8.2 Türkiye Deprem Bölgesi Bağlamı

TBDY 2018'de DD-1…DD-4 bölge sınıfı değil, deprem yer hareketi düzeyidir: örneğin DD-2, 50 yılda aşılma olasılığı %10 (475 yıl) olan standart tasarım deprem yer hareketi, DD-1 ise %2 (2475 yıl) olan en büyük deprem yer hareketidir. Konuma göre değişen deprem tehlikesi, DD-2 düzeyindeki kısa periyot tasarım spektral ivme katsayısı S_DS ve bina kullanım sınıfına bağlı Deprem Tasarım Sınıfı (DTS) ile ifade edilir (Tablo 3.2). Deprem tehlikesi yüksek konumlarda mikro kazık uygulamalarında:

• Bağ boyu sabit bir değerle değil, zemin koşulu, yük ve yükleme deneyi sonuçlarına göre belirlenmelidir (FHWA-NHI-05-039 sabit bir alt sınır vermez)
• Grup kapasitesi ve kazık kuvvetleri, deprem etkisini içeren yük birleşimleri ve TBDY 2018 Madde 16.10'daki yapı–kazık–zemin etkileşimi hesabıyla bulunan kuvvetlere göre değerlendirilmeli
• Deprem etkisini içeren yük birleşimleri TBDY 2018 Madde 4.4.4.1 (Denk. 4.11 ve 4.12) esas alınmalı

Saha Notu: TBDY 2018, kazıklı temellerin deprem hesabı için dinamik yapı–kazık–zemin etkileşimi çerçevesinde ortak sistem ve altsistem yaklaşımlarını tanımlar (Madde 16.10.1.2); önceki yönetmelikle ayrıntılı karşılaştırma için iki metnin ilgili bölümleri birlikte okunmalıdır.

9. Kalite Kontrol ve Yükleme Deneyleri

9.1 Malzeme ve İmalat Kayıtları (TS EN 14199:2015 Madde 9–10)

• Malzeme sertifikaları: çelik boru (TS EN 10210-1), çimento (TS EN 197-1) ve donatı için üretici belgeleri
• Enjeksiyon kayıtları: her kazık için derinliğe göre grout basıncı ve hacmi; basınç–hacim grafiği
• Grout dayanımı: üçer adet 50 mm küp numune, genellikle 3, 7 ve 28. günlerde; her 10 kazıkta ya da her gün (hangisi daha sıksa) bir takım (FHWA-NHI-05-039 Madde 8.6.3)

9.2 Yükleme Deneyi Prosedürü

FHWA-NHI-05-039 Madde 7.4.3.1'e göre doğrulama deneyinde kabul için yük–kazık başı oturma eğrisinin eğimi, tasarım yükünün 2,0 katında 0,15 mm/kN'u aşmamalıdır; sünme hareketi de ayrıca sınırlandırılır. Proje şartnamesindeki kabul ölçütleri esastır. TS EN 14199:2015 deneyleri Madde 9.3'te ele alır ve statik basınç yükleme deneyi için EN ISO 22477-1'e atıf yapar.

Saha Notu: TBDY 2018 Madde 16.9.3.4'e göre Deprem Tasarım Sınıfı DTS = 1, 1a, 2, 2a olan binaların kazıklı temellerinde en az iki statik yükleme deneyiyle tasarım kabullerinin yerinde doğrulandığı kanıtlanır. Dinamik yükleme deneyi gerekip gerekmediği proje şartnamesinde belirlenir.

Dikkat: Yükleme deneyi raporları proje ve uygulama dosyasının parçasıdır. Raporun hangi aşamada kime sunulacağı ve kimin onaylayacağı proje şartnamesinde tanımlanmalı; yapı denetimi kapsamındaki yapılarda yapı denetim mevzuatındaki görev dağılımına uyulmalıdır. FHWA-HIF-22-024, her yükleme deneyi için deney raporunun hazırlanıp birkaç gün içinde idareye sunulmasının proje koşullarında istenebileceğini belirtir.

10. Türkiye Koşullarına Özgü Hususlar

10.1 Zemin Koşulları

Tablo 4'te karşılığı olmayan birimlerde (ör. tüf, ileri derecede ayrışmış kaya, yapay dolgu) bağ dayanımı yerel deneyim ve yükleme deneyiyle belirlenmelidir. Karstik kireçtaşında boşluklar burkulma (Adım 5) bakımından ayrıca incelenir.

10.2 Birim Fiyatlar

Not: Mikro kazık için özel poz Bakanlık listesinde henüz ayrı çıkmamaktadır; benzer fore kazık pozları referans alınarak analiz fiyatı oluşturulmalıdır. Fiyatlara KDV dahil değildir.

10.3 Yasal Çerçeve

• İmar Kanunu (3194): uygulama projesi hazırlanması ve belediye onayı
• Yapı Denetimi Kanunu (4708) ve Yapı Denetimi Uygulama Yönetmeliği: yapı denetim kuruluşu proje denetimi safhasında zemin etüdü raporu dahil belgelerin mevzuata uygunluğunu kontrol eder; yükleme deneyi raporlarının dosyaya girişi proje şartnamesine göre düzenlenir
• İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu (6331): şantiye güvenlik planı; yüksek basınçlı ekipman operatörü sertifikası
• TS EN 14199:2015: TSE tarafından yayımlanmış uygulama standardıdır; bir projede bağlayıcılığı, proje şartnamesi veya ilgili mevzuatın atfıyla doğar

11. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler:

• Eksenel basınç tasarım yükü (servis yükü düzeyinde): P = 200 kN
• Zemin: sıkı kum, Tip B enjeksiyon
• Delgi çapı: D_b = 150 mm = 0,150 m
• Bağ boyu tahmini: L_b = 5,0 m
• Güvenlik katsayısı: FS = 2,0 (doğrulama ve kanıt yükleme deneyleri yapılacak)

İstenen: İzin verilen bağ kapasitesini hesapla ve yeterliliğini kontrol et.

Çözüm:

Tablo 4'teki "Kum (biraz siltli, çakıllı), ince–iri, orta sıkı–çok sıkı" satırında Tip B için τ_b = 120–360 kPa, aralığın ortası 240 kPa'dır. Benzer zeminde deneyim olmadığı varsayılarak ortayı aşmayan, ihtiyatlı τ_b = 190 kPa seçilir.

$$Q_g=\pi \times D_b\times L_b\times {\tau }_b=\pi \times 0,150\times 5,0\times 190=447,7\text{ kN}$$ $$P_{G,\text{izin}}=\frac{Q_g}{FS}=\frac{447,7}{2,0}=223,8\text{ kN}$$

Kontrol: $P_{G,\text{izin}}=223,8\text{ kN}>P=200\text{ kN}$

Sonuç:

• L_b = 5,0 m yeterlidir (Q_g / P = 447,7 / 200 = 2,24 > 2,0).
• FS = 2,0, FHWA-NHI-05-039'da yükleme deneyi koşuluna bağlıdır. Bağ bölgesi sünmeye yatkın bir zeminde olsaydı ya da benzer zeminde deneyim sınırlı olsaydı FS = 2,5 ile P_G,izin = 447,7 / 2,5 = 179,1 kN < 200 kN olurdu; bu durumda bağ boyu en az 200 × 2,5 / (π × 0,150 × 190) = 5,58 m, yani 6,0 m alınmalıdır.
• Yapısal kapasite ayrıca kontrol edilmelidir (Adım 3).

Problem 2 — Orta

Veriler:

• Eksenel basınç tasarım yükü (servis yükü düzeyinde): P = 450 kN
• Zemin: orta sıkı, ince kum; Tip B enjeksiyon
• Delgi çapı: D_b = 150 mm
• Çelik kılıf: Φ 89 mm dış çap, 6,3 mm et kalınlığı (iç çap 76,4 mm), S355 (F_y = 355 MPa)
• Grout: f'c = 35 MPa (28 günlük)
• Zeminin agresif olmadığı korozyon deneyleriyle gösterilmiş; FS = 2,0
• Bağ boyu başlangıç: L_b = 6,0 m

İstenen: Bağ kapasitesi, yapısal basınç kapasitesi ve gerekirse revizyon.

Çözüm:

Adım 1 — Bağ kapasitesi:

Tablo 4'teki "Kum (biraz siltli), ince, gevşek–orta sıkı" satırında Tip B için τ_b = 70–190 kPa'dır; aralığın ortası τ_b = 130 kPa kullanılır.

$$P_{G,\text{izin}}=\frac{\pi \times 0,15\times 6,0\times 130}{2,0}=183,8\text{ kN}$$

→ P_G,izin = 183,8 kN < P = 450 kN → Yetersiz, L_b artırılmalı.

Adım 2 — Gerekli bağ boyu (Denk. 5-10):

$$L_b=\frac{P\cdot FS}{{\tau }_b\cdot \pi \cdot D_b}=\frac{450\times 2,0}{130\times \pi \times 0,15}=\frac{900}{61,26}=14,69\text{ m}\to L_b=15,0\text{ m}$$

Kontrol: $P_{G,\text{izin}}=\pi \times 0,15\times 15,0\times 130/2,0=459,5\text{ kN}>450\text{ kN}$

Bu uzunluk, bağ bölgesini daha sıkı bir tabakaya indirmenin ya da delgi çapını büyütmenin değerlendirilmesi gerektiğini gösterir.

Adım 3 — Kesit alanları:

$$A_{casing}=\frac{\pi }{4}(89^2-76,4^2)=\frac{\pi }{4}\times 2084=1637{\text{ mm}}^2$$ $$A_{grout}=\frac{\pi }{4}\times 76,4^2=4584{\text{ mm}}^2$$

Adım 4 — Yapısal basınç kapasitesi (Denk. 5-1):

F_y = min(355; 600) = 355 MPa.

$$P_{c,\text{izin}}=(0,40\times 35\times 4584+0,47\times 355\times 1637)\times 10^{-3}=64,2+273,1=337,3\text{ kN}$$

→ 337,3 kN < 450 kN → Yetersiz. Kılıf içine Ø32 merkez çubuk (B500C, A_bar = 804 mm²) eklenir; F_y = min(355; 500; 600) = 355 MPa ve A_grout = 4584 − 804 = 3780 mm² olur:

$$P_{c,\text{izin}}=(0,40\times 35\times 3780+0,47\times 355\times (1637+804))\times 10^{-3}=52,9+407,3=460,2\text{ kN}$$

→ 460,2 kN > 450 kN → Geçer.

Sonuç:

• Geoteknik: L_b = 15,0 m ile P_G,izin = 459,5 kN > 450 kN
• Yapısal: 89 × 6,3 mm kılıf tek başına yetersiz (337,3 kN); Ø32 merkez çubukla 460,2 kN > 450 kN
• Zemin agresif olsaydı kılıfın dış yüzünden 1,6 mm kayıp düşülürdü (dış çap 85,8 mm, A_casing ≈ 1198 mm²); kapasite yaklaşık 386,9 kN'a iner ve kesit yeniden seçilmelidir. Korozyon deneyi yapılmamışsa zemin agresif kabul edilir.

Problem 3 — Zor

Veriler:

• 4 adet mikro kazık grubu (2×2 dizilim), kohezyonsuz zemin
• Tekil kazık basınç tasarım yükü (servis yükü düzeyinde): P = 400 kN
• Delgi çapı: D_b = 150 mm = 0,150 m
• Önerilen eksen–eksen aralık: S = 450 mm
• Zemin: orta sıkı–çok sıkı çakıl, Tip B enjeksiyon; τ_b = 190 kPa (Tablo 4 aralığı 120–360 kPa, ortası 240 kPa)
• Önerilen bağ boyu: L_b = 7,0 m; FS = 2,0
• Çelik: S355 kılıf Φ 89/76,4 mm (Problem 2 ile aynı kesit); grout f'c = 35 MPa
• Kılıflı üst bölümün 5 m'lik kısmı su/boşluk içinde, yanal zemin desteği yok ($E_s=0$, $l=5$ m)

İstenen: (1) Tekil kazık bağ kapasitesi, (2) Aralık ve grup etkisi, (3) Grup kapasitesi, (4) Yapısal kapasite, (5) Burkulma kontrolü.

Çözüm:

Adım 1 — Tekil kazık bağ kapasitesi:

$$Q_{\text{tekil}}=\pi \times 0,15\times 7,0\times 190=626,7\text{ kN}{P}_{G,\text{izin}}=\frac{626,7}{2,0}=313,4\text{ kN}$$

→ 313,4 kN < 400 kN → Yetersiz. Gerekli bağ boyu:

$$L_b=\frac{400\times 2,0}{190\times \pi \times 0,15}=\frac{800}{89,54}=8,94\text{ m}\to L_b=9,0\text{ m}$$ $$Q_{\text{tekil}}=\pi \times 0,15\times 9,0\times 190=805,8\text{ kN}{P}_{G,\text{izin}}=\frac{805,8}{2,0}=402,9\text{ kN}$$

→ 402,9 kN > 400 kN → Geçer.

Adım 2 — Aralık ve grup etkisi:

FHWA-NHI-05-039 Madde 5.5.1'e göre en küçük aralık max(760 mm; 3 × 150 = 450 mm) = 760 mm'dir. Önerilen S = 450 mm bu koşulu sağlamaz; aralık S = 760 mm'ye çıkarılır. Bu durumda S / D_b = 760 / 150 = 5,07 > 3 olduğundan kohezyonsuz zeminde grup verimi η = 1,0 alınır (Madde 5.9.3).

Adım 3 — Grup kapasitesi (L_b = 9,0 m, S = 760 mm):

$$Q_{\text{grup}}=\eta \times n\times Q_{\text{tekil}}=1,0\times 4\times 805,8=3223,2\text{ kN}$$ $$P_{\text{grup,izin}}=\frac{3223,2}{2,0}=1611,6\text{ kN}$$

Toplam tasarım yükü $4\times 400=1600\text{ kN}$ olduğundan 1611,6 kN > 1600 kN → Geçer.

Adım 4 — Yapısal basınç kapasitesi (Denk. 5-1):

Problem 2'de bu kılıfın tek başına kapasitesi 337,3 kN bulunmuştu; 337,3 kN < 400 kN → Yetersiz. Ø25 merkez çubuk (B500C, A_bar = 491 mm²) eklenirse A_grout = 4584 − 491 = 4093 mm² olur:

$$P_{c,\text{izin}}=(0,40\times 35\times 4093+0,47\times 355\times (1637+491))\times 10^{-3}=57,3+355,1=412,4\text{ kN}$$

→ 412,4 kN > 400 kN → Geçer (burkulma hariç).

Adım 5 — Burkulma kontrolü (l = 5 m, E_s = 0, K = 1,0):

FHWA Denk. 5-28'e göre yalnız çelik kılıf hesaba katılır:

$$I=\frac{\pi }{64}(89^4-76,4^4)=1,408\times 10^6{\text{ mm}}^4$$ $$P_{cr}=\frac{{\pi }^2\times 2,1\times 10^5\times 1,408\times 10^6}{(1,0\times 5000{)}^2}=1,167\times 10^5\text{ N}\approx 116,7\text{ kN}$$

→ Kontrol: $P_{cr}=116,7\text{ kN}<P=400\text{ kN}$ — Yetersiz ($P_{cr}/P\approx 0,29$). FHWA örneklerindeki E = 2,0 × 10⁵ MPa ile P_cr ≈ 111,1 kN bulunur.

FHWA Denk. 5-5'teki güvenlik katsayısı (FS = 2,12) esas alınırsa $P_{cr}\ge 2,12\times 400=848$ kN gerekir. Bu, 5 m desteksiz boyda $I\ge 1,02\times 10^7$ mm⁴ (mevcut kesitin yaklaşık 7,3 katı) demektir; mevcut kesitle koşul ancak desteksiz boy yaklaşık 1,86 m'ye indirilirse sağlanır.

Sonuç:

• Geoteknik: önerilen L_b = 7,0 m yetersiz (313,4 kN < 400 kN); L_b = 9,0 m ile 402,9 kN > 400 kN
• Aralık: S = 450 mm, FHWA alt sınırının (760 mm) altında; S = 760 mm ile η = 1,0 ve izin verilen grup kapasitesi 1611,6 kN > 1600 kN
• Yapısal: kılıf tek başına 337,3 kN < 400 kN; Ø25 merkez çubukla 412,4 kN > 400 kN
• Burkulma sağlanmamaktadır: 5 m desteksiz boyda P_cr = 116,7 kN < 400 kN. Desteksiz boy giderilmeden (zemin iyileştirmesi, yanal destek) ya da çok daha rijit bir kılıf seçilmeden bu tasarım uygulanamaz; bu durumda Adım 4'teki yapısal kapasite de burkulma etkisiyle azaltılmalıdır (FHWA Madde 5.6).

Kritik Uyarılar

KP-1: Bağ dayanımı tablo değerleri geniş aralıklıdır ve imalat yöntemine bağlıdır; bu nedenle tasarım değerleri yükleme deneyleriyle doğrulanır. FHWA-NHI-05-039, FS = 2,0'ı üretimden önce en az bir doğrulama (ya da nihai) deneyi ve üretim sırasında kanıt deneyleri yapılması koşuluna bağlar. TS EN 14199:2015 mikro kazık deneylerini Madde 9.3'te ele alır; deneylerin sıklığı ve hedef deney yükleri proje sözleşme belgelerinde açıkça tanımlanmalıdır.

KP-2: Mevcut yapı güçlendirme uygulamalarında mikro kazık başlık bağlantısı dikkatli detaylandırılmalıdır; bağlantı, yükün kazığa aktarıldığı kritik bileşendir ve bazı bağlantıların yükleme deneyiyle doğrulanması önerilir (FHWA-HIF-22-024 Madde 6.2.3). Deprem etkisi altındaki bina temellerinde kazık kuvvetleri TBDY 2018 Madde 16.10'daki yapı–kazık–zemin etkileşimi yaklaşımlarıyla belirlenir.

KP-3: Korozyon koruması için grout örtüsü FHWA-NHI-05-039 Tablo 5-6'ya göre zeminde en az yaklaşık 25 mm (1 inç), kayada en az yaklaşık 13 mm (0,5 inç) olmalıdır. Agresif zeminde (pH < 5 veya > 10, özdirenç < 3.000 ohm·cm, sülfat > 200 ppm, klorür > 100 ppm) basınçta kılıf için en az 1,6 mm kayıp öngörülür, çekmede kılıf kapasiteye katılmaz ve merkez donatı epoksi, galvaniz ya da plastik kılıfla korunur.

KP-4: Yoğun kentsel ortamlarda grout basıncı ve hacmi derinliğe göre kayıt altına alınmalı; komşu yapılarda kaldırma ve oturma, proje şartnamesinde tanımlanan izleme düzeniyle (ör. nivelman noktaları, gerektiğinde inklinometre) izlenmeli ve aşırı hareket durumunda uygulanacak önlemler önceden planlanmalıdır.

KP-5: Grup etkisi (grup verimi) sık aralıklı mikro kazıklarda göz önüne alınmalıdır; minimum eksenden eksene aralık 760 mm ile $3D_b$ değerlerinin büyüğü olarak tutulmalıdır (FHWA-NHI-05-039 Madde 5.5.1).

KP-6: Deprem tehlikesi yüksek konumlarda mikro kazık tasarımı yalnız statik kapasiteyle sınırlı kalmamalı; kazıklı temellerin deprem hesabı TBDY 2018 Madde 16.10.1.2'deki yapı–kazık–zemin etkileşimi yaklaşımlarıyla yapılmalıdır.

İlgili Standartlar ve Kaynaklar

Kaynaklar

1. FHWA-SA-97-070 (1997). Micropile Design and Construction Guidelines — Implementation Manual. FHWA, Washington D.C.
2. Sabatini, P.J. et al. (2005). FHWA NHI-05-039: Micropile Design and Construction. FHWA, Washington D.C.
3. TS EN 14199:2015. Execution of special geotechnical work — Micropiles. TSE, Ankara.
4. TS EN 1997-1:2012. Eurocode 7: Geotechnical Design, Part 1. CEN, Brussels (TSE Ankara adaptasyonu).
5. TBDY 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. Resmi Gazete: 18.03.2018 tarihli, 30364 sayılı.
6. Bruce, D.A. & Juran, I. (1997). Strengthening and repairing with pin piles. Ground Engineering, 30(4).
7. EOTA EAD 200077-00-0103 (2024). Kits for construction of a micropile — Kits with thread bars.
8. Alver, O. (2021). TBDY 2018'e Göre Geoteknik Tasarım: Sıvılaşma ve Yapı-Kazık-Zemin Etkileşimi. Teknik Dergi, DergiPark.
9. ISSMGE (1997). Group and network effect in micropile design practice. ISSMGE Proceedings.

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.

yapidan (2026). Mikro Kazık Tasarımı. Yapıdan — İnşaat Mühendisliği Bilgi Portalı. https://yapidan.com/kategoriler/tm/mikro-kazik-tasarimi