Zemin Çivisi (Soil Nailing) Tasarımı

Özet

Zemin çivisi (soil nail), doğal şev veya dik kazı yüzeylerini stabilize etmek amacıyla zemine yerleştirilen, genellikle çimento enjeksiyonlu pasif çelik çubuk elemandır. Yüzey shotcrete kaplamaya mekanik olarak bağlanan çivilerin zemin–çivi arayüzündeki sürtünmesi, aktif zemin kütlesini taşıyarak olası kaymaları önler. Türkiye'de derin kazılarda zemin çivili sistemler Kazı Destek Yapıları Hakkında Yönetmelik ve eki Kazı Destek Yapıları Tasarım ve Uygulama Esasları'na (son değişiklik RG 16.07.2026/33311) tabidir; Esaslar'ın 3.3 bölümü tasarım ve deneyleri, 2.14 bölümü deprem etkisini düzenler. Esaslar'ın atıf verdiği standartlar arasında TS EN 14490 (toprak çivilemesi) bulunur; çivi kuvvetlerinin belirlenmesinde Clouterre ve FHWA gibi genel kabul görmüş yaklaşımlara izin verilir. FHWA-NHI-14-007 (2015) emniyet gerilmesi yaklaşımında statik yüklerde genel stabilite için en az 1,5, çivi sıyrılması için 2,0 güvenlik katsayısı önerir; Esaslar aynı tahkikleri kısmi katsayılarla yapar.

1. Tanım ve Bileşenler

Zemin çivileme, zeminin kendi dayanımını artırmak ve kazı yüzeyinin stabil kalmasını sağlamak amacıyla geliştirilen üstten alta (top-down) kurgulanan esnek bir iksa sistemidir.

Saha Notu: Kazı Destek Esasları Tablo 1.2'ye göre zemin çivili destek yapısı konsol olarak ve yeraltı suyu seviyesi altında uygulanmaz; kuru koşulda 30 m'ye kadar derinliklerde kullanılabilir. Tablonun notlarına göre düşeyde en çok 15 m'de bir en az 2,5 m genişliğinde palye bırakılır, duvarın yatayla açısı özel tedbir alınmadıkça 80°'yi geçmez ve kalıcı kullanım yapı ömrü boyunca periyodik aletsel gözlem ve bakım yapılması koşuluna bağlıdır. Kazı destek amaçlı zemin çivili duvarlarda deprem etkisi Esaslar'ın 2.14 bölümüne göre ele alınır; TBDY 2018 16.13.2 de çivili şevlerde zemin ve yapısal elemanların rijitlik farkını dikkate alan zemin-yapı etkileşimi analizleri ister.

1.1 Sistem Bileşenleri

Dikkat: Shotcrete uygulamasında yüzey temizliği kritiktir; boşluklu veya yapışmayan shotcrete taşıyıcı kapasiteyi tehlikeye atar. Uygulama öncesi yüzey suyla doyurulmalı, ancak yüzey suyu bulunmamalıdır.

1.2 Temel Tasarım Parametreleri

1.3 Çalışma Prensibi: Pasif Eleman

Zemin çivisi pasif bir reinforcement elemandır: zemin hareket etmeden kuvvet geliştirmez. Zemin deformasyona başladığında kayma düzlemini kesen çiviler çekme kuvvetine maruz kalır ve zemin kütlesinin kaymasını engeller. Bu davranış, aktif kuvvet uygulayan öngerilmeli ankrajlardan temel farkıdır.

Dikkat: Zemin çivisi pasif elemandır; zemin hareket etmeden kuvvet geliştirmez. Bu nedenle deplasman kontrolü kritik önem taşır. Kazı Destek Esasları zemin çivili sistemlerde yanal yerdeğiştirme için 0,005H'yi üst sınır kabul eder; bu sınırı aşan durumlarda çiviler uzatılır, çivi aralıkları azaltılır ya da duvar yüzü yatırılır.

2. Stabilite Analizi

2.1 Genel Eğilim Yöntemleri

Zemin çivisi duvarlarında limit denge analizi, kayma yüzeyi geometrisine bağlı olarak iki yöntemle gerçekleştirilir:

1. Basit kama kontrolü (FHWA-NHI-14-007 §5.6.4): Düzlemsel kayma yüzeyiyle elle yapılan kontrol; bilgisayar sonuçlarını denetlemek ve ön tasarım için kullanılır.
2. Dilim yöntemi (Bishop, Janbu, Spencer): Çok katmanlı zemin profillerinde Slope/W, GEO5, SnailPlus gibi yazılımlarla uygulanır.

Kritik kayma yüzeyi: En düşük global güvenlik katsayısı üreten yüzeydir. Rankine aktif bölgesinde kayma yüzeyi konumu yataydan $(45°+\varphi /2)$ açıyla kesişir.

2.2 Global Stabilite Güvenlik Katsayısı

$$F{S}_{global}=\frac{\text{Yenilmeye kars¸ı direnc¸ momentleri/kuvvetleri}}{\text{Yenilmeye yol ac¸an momentler/kuvvetler}}\ge 1,5$$

Türkiye'de Kazı Destek Yapıları Tasarım ve Uygulama Esasları bu tahkikleri kısmi katsayılarla yapar (Tablo 3.16–3.17); statik eşdeğer deprem hesabında kısmi katsayılar 1,0 alınır ve güvenlik sayısının 1,0'dan büyük olması aranır (Madde 2.14.3.6).

2.3 TBDY 2018 Kapsamında Türkiye Zemin Sınıfları

Saha Notu: ZD ve ZE sınıfı zeminlerde zemin çivisi uygulaması özellikle dikkatli inceleme gerektirir; bu koşullarda alternatif iksa sistemi (fore kazık+ankraj) değerlendirilmelidir.

3. Çivi Kapasite Hesabı

3.1 Gerekli Çivi Kuvveti

FHWA-NHI-14-007 §5.2.1b, ölçüm yapılmış tam ölçekli duvarlardaki en büyük çivi kuvvetlerini $K_a\cdot \gamma \cdot H\cdot S_v\cdot S_h$ ile normalleştirir. Duvarın üst üçte ikisinde bu oran 0,5 ile 1,1 arasında değişir ve ortalaması yaklaşık 0,75'tir; alt üçte birde çivi kuvvetleri üst bölgedekinin yaklaşık yarısıdır. Görünür basıncın $S_v\times S_h$ etki alanına uygulanması, çivi kuvvetini tahmin etmek ya da limit denge sonuçlarını denetlemek için kullanılabilir:

$$T_{max}\approx 0,75\cdot K_a\cdot \gamma \cdot H\cdot S_v\cdot S_h$$

Aktif basınç katsayısı (Rankine):

$$K_a={\tan }^2\left(45°-\frac{{\varphi }^{\prime }}{2}\right)$$

Üst bölgede en büyük çekme kuvveti duvar yüzünden yaklaşık 0,3H–0,4H geride, alt bölgede 0,15H–0,2H geride oluşur. Kazı Destek Esasları 3.3.3.7(c), yalnız ULS kontrolüyle tasarlanabilen duvarlarda çivi kuvvetlerinin Clouterre ve FHWA gibi genel kabul görmüş yöntemlerle belirlenmesine izin verir; diğer durumlarda bu yaklaşımlara ek olarak gerilme-deformasyon analiziyle (GDA) çivi yükleri kontrol edilir.

3.2 Çivi Çekme Kapasitesi (Bağ Direnci)

$$T_{pull-out}=\pi \cdot D_b\cdot L_e\cdot {\tau }_a$$

$L_e$ = kayma yüzeyi ötesindeki gömme boyu (m).

Tablodaki aralıklar ön tasarım içindir. Esaslar tablo değerini karakteristik değere çevirirken ${\gamma }_k=1,8$, tasarım değerine çevirirken ${\gamma }_{\tau b}=1,1$ kullanır (${\tau }_{bd}={\tau }_{bu}/({\gamma }_k\cdot {\gamma }_{\tau b})$, $P_d={\tau }_{bd}\cdot \pi \cdot D\cdot L_b$) ve Kategori-2 ile Kategori-3 projelerde tasarım parametrelerinin çekme deneyleriyle belirlenmesini ister. FHWA-NHI-14-007 Tablo 4.4a dönel (rotary) delgide kum/çakıl için 15–26 psi (yaklaşık 103–179 kPa) verir.

Dikkat: Kazı Destek Esasları'na göre sıyrılma direnci yeraltı suyu durumuna, delme ve enjeksiyon yöntemine ve delgiden sonra enjeksiyona kadar geçen süreye bağlıdır; yeraltı suyu seviyesi ya da tünek su seviyesi altında kalan zeminlerde çivi uygulaması yapılmamalıdır. Tablo değerleri ön tasarım içindir; bağ direnci kapasite belirleme ve kabul deneyleriyle (Esaslar 3.3.4) doğrulanır.

3.3 Çivi Çubuk Çekme Kapasitesi

$$T_{bar}=f_y\cdot A_{bar}$$

Saha Notu: Türkiye piyasasında standart nervürlü çelik çubuklar TS 708:2010 kapsamında B420C ve B500C sınıflarında üretilmektedir. Zemin çivisi uygulamalarında S420 (B420C) tercih edilmektedir.

3.4 Çivi Başlığı Kapasitesi (Zımbalama)

Shotcrete yüzeyinde zımbalama (punching shear) kontrolü:

$$V_{head}=\frac{T_{nail}}{A_{head}}\le v_{Rd,c}$$

Yük iletim plakası (bearing plate) minimum boyutları:

• FHWA-NHI-14-007'ye göre plaka genellikle kare ve düzdür; kenar boyu 200–250 mm (8–10 in), kalınlığı tipik olarak 19–25 mm'dir (0,75–1 in); önerilen en küçük boyut 200 × 200 mm'dir.
• Plaka çeliği çoğunlukla Grade 36 ya da Grade 50'dir; kalıcı sistemlerde çivi başları da korozyona karşı korunur.

Çivi başındaki çekme yükü (Kazı Destek Esasları Denk. B.3.23, $1\le S_{max}\le 3$ m; $S_{max}$, $S_v$ ile $S_h$'nin büyüğüdür):

$$T_0=T_{max}\cdot \left[0,6+0,2\cdot (S_{max}-1)\right]$$

Bu ifade Esaslar'daki $T_0/T_{max}=0,5+(s-0,5)/5,0$ bağıntısıyla aynıdır; $s\le 1$ m için oran 0,6, $s\ge 3$ m için 1,0 alınır. FHWA-NHI-14-007 Denk. 5.1 aynı Clouterre önerisini feet biriminde verir; 1,5 m (5 ft) aralık için $T_0\approx 0,7T_{max}$ olur. Esaslar zımbalama tahkikinde $T_0=T_{max}$ alınmasını ister.

Dikkat: Başlık plakası, somun ve pullar çiviyi ilk kaplamaya bağlar; kalıcı son kaplamaya bağlantı ise plakaya kaynaklanan başlıklı saplamalarla (headed stud) sağlanır. Plaka boyutları zımbalama tahkikine girer.

4. Shotcrete Yüzey Tasarımı

4.1 Tasarım Gerilmeleri

Kazı Destek Esasları 3.3.3.8'e göre kaplamanın eğilme ve zımbalamaya karşı yeterliliği, TS 500'deki düzgün yayılı basınçla yüklenmiş çift yönlü kirişsiz döşeme tahkik esaslarıyla gösterilir. Eğilme tahkikinde kullanılacak düzgün yayılı basınç:

$$P=\frac{T_0}{S_v\cdot S_h}$$

4.2 Shotcrete Donatısı

FHWA-NHI-14-007'ye göre ilk kaplamada hasır donatı kaplama kalınlığının ortasına yerleştirilir; çivi başları çevresine eğilme dayanımı için ek yatay ve düşey çubuklar konur. Donatı kesiti ve yerleşimi Kazı Destek Esasları 3.3.3.8'deki eğilme ve zımbalama tahkikinden çıkar.

Çelik lif, sünekliği, tokluğu ve darbe dayanımını artırmak için çoğunlukla yaş karışım püskürtme betona katılır; olağan dozajlarda eğilme dayanımını yalnız sınırlı ölçüde artırır.

Saha Notu: FHWA-NHI-14-007'ye göre kaplama duvarlarında yaş karışım yöntemi çoğunlukla tercih edilir: geri sekme kaybı yaş karışımda çoğunlukla yalnız %5 dolayında, kuru karışımda %15 dolayındadır ve nozülde su eklenmediği için kalite operatör deneyimine daha az bağlıdır.

5. Tasarım Akış Şeması

6. Boyutlandırma Kuralları

6.1 FHWA Ön Tasarım Kuralları (FHWA-NHI-14-007 §6.3.3)

6.2 Sismik Tasarım — TBDY 2018 ve Mononobe-Okabe

Kazı destek amaçlı zemin çivili duvarlarda deprem etkisi Kazı Destek Yapıları Tasarım ve Uygulama Esasları'nın 2.14 bölümüne göre ele alınır:

• Tüm Kategori-1 geçici sistemlerde ve kazı derinliği 15 m'den az Kategori-2 geçici sistemlerde deprem hesabı istenmez. Derinliği 15 m ve üzeri Kategori-2 ile Kategori-3 geçici sistemlerde DD-4, kalıcı sistemlerde normal yapılar için DD-2, önemli yapılar için DD-1 düzeyi kullanılır (Tablo 2.6).
• Statik eşdeğer hesapta kısmi katsayılar 1,0 alınır ve güvenlik sayısının 1,0'dan büyük olması aranır (Madde 2.14.3.6, Tablo 2.7). FHWA-NHI-14-007 Tablo 5.1 sismik genel stabilite için 1,1 önerir.
• Genel stabilite, limit denge analizine yatay deprem katsayısı $k_h$ eklenerek kontrol edilir. Mononobe-Okabe yöntemi FHWA'da alternatif bir kontrol olarak yer alır ve sismik aktif basınç katsayısı $K_{AE}$'yi verir:

$$K_{AE}=\frac{{\cos }^2(\varphi -\theta -\beta )}{\cos \theta \cdot {\cos }^2\beta \cdot \cos (\delta +\beta +\theta )\cdot {\left[1+\sqrt{\frac{\sin (\varphi +\delta )\cdot \sin (\varphi -\theta -i)}{\cos (\delta +\beta +\theta )\cdot \cos (i-\beta )}}\right]}^2}$$

$\theta =\arctan \left(\frac{k_h}{1-k_v}\right)$ sismik açıdır. Esaslar Denk. B.2.6'ya göre $k_h=0,4S_{DS}/r$'dir; $S_{DS}$ ilgili deprem düzeyi için Türkiye Deprem Tehlike Haritası'ndan alınır. Zemin çivili sistemlerde $r$, en fazla $120S_{DS}$ (mm) yerdeğiştirmeye izin verilirse 2,0, en fazla $80S_{DS}$ (mm) izin verilirse 1,5'tir (Tablo 2.8). TBDY 2018 Denk. 16.22 de dayanma yapıları için aynı biçimi kullanır. FHWA düşey bileşeni hesaba katmaz ($k_v=0$) ve sismik kayma düzleminin statik duruma göre çok daha yatık olabileceğini belirtir.

6.3 Deplasman Sınırları

Tahmin bağıntıları L/H ≥ 0,7, sürşarjın ihmal edilebildiği ve statik durumda faktörsüz genel stabilite güvenlik sayısının en az 1,5 olduğu durumlar için geçerlidir; bu koşullar sağlanmıyorsa ya da D_DEF içinde deplasmana duyarlı yapı varsa gerilme-deformasyon analizi yapılır.

7. Korozyon Koruma

7.1 Zemin Saldırganlık Sınıflandırması

FHWA'da tablodaki eşiklerden biri aşılırsa zemin agresif sayılır; Esaslar'daki koşullar TS EN 206'daki XA-3 sınıfına göre hazırlanmıştır ve ayrıca redoks potansiyeli, amonyum, magnezyum, kireç çözücü CO₂, yakın çevrede korozyona uğramış gömülü beton ya da kaçak akım varlığını içerir.

7.2 Korozyon Koruma Seviyeleri

FHWA-NHI-14-007 Tablo 7.3 kalıcı çiviler için üç koruma sınıfı verir:

• A sınıfı (kapsülleme): Çivi plastik kılıf içindedir. Agresif ya da korozyon durumu bilinmeyen zeminlerde ve agresif olmayan zeminde risk toleransı düşük işlerde kullanılır.
• B sınıfı (epoksi kaplama ya da galvaniz): Çubuk ve bağlantı parçaları kaplanır; agresif olmayan zeminde orta ya da yüksek risk toleransında kullanılır.
• C sınıfı (çıplak çubuk): Çubuk yalnız çevresindeki enjeksiyonla korunur; agresif olmayan zeminde risk toleransı yüksek işlerde kullanılır.

Tüm sınıflarda çubuk enjeksiyonla çevrilidir; merkezleyiciler en az 25 mm (1 in) enjeksiyon örtüsü sağlayacak biçimde yerleştirilir. Kazı Destek Esasları galvaniz kaplamayı zemin çivileri için kabul görmüş bir uygulama sayar, ancak çimento şerbeti enjeksiyonunu kalıcı korozyon koruma tedbiri saymaz. Bu nedenle Türkiye'de kalıcı çivide yalnız enjeksiyon örtüsüne (C sınıfı) dayanılması Esaslar'la bağdaşmaz; kalıcı sistemlerde çivi ve çivi başlarında korozyon önlemi alınmalıdır.

Saha Notu: Kıyı dolgularında ve tuzlu zeminlerde agresiflik deneylerle belirlenmelidir; FHWA agresif ya da korozyon durumu bilinmeyen zeminlerde A sınıfı (kapsülleme) ister. Kazı Destek Esasları sülfat içeren zeminlerde ve yeraltı suyunda, usulüne uygun sıkıştırılmamış rastgele dolgularda ve yeraltı suyu seviyesi altında zemin çivisi uygulanmamasını öngörür.

Dikkat: Galvaniz ya da epoksi kaplama FHWA'da B sınıfı korumadır; kaplanmış çubuk da enjeksiyonla çevrilir ve merkezleyiciler en az 25 mm örtü sağlayacak şekilde yerleştirilir. Kazı Destek Esasları galvanizi zemin çivileri için kabul görmüş bir uygulama olarak tanımlar.

8. Teknik Kesit

9. Kritik Uyarılar

KP-1: Zemin çivisi pasif bir elemandır; zemin hareket etmeden kuvvet geliştirmez. Kohezyonlu zeminler kazı destek uygulamalarında kısa vadede çoğunlukla drenajsız kabul edilir; duvarın uzun vadeli stabilitesi ise drenajlı dayanımla değerlendirilmelidir. Aşırı konsolide killerde tam yumuşamış ya da kalıcı (rezidüel) sürtünme açıları kullanılır.

KP-2: Sıyrılma direnci yeraltı suyu durumuna bağlıdır ve Kazı Destek Esasları yeraltı suyu seviyesi ya da tünek su seviyesi altında kalan zeminlerde çivi uygulaması yapılmamasını öngörür. Yeraltı suyu olmasa bile kaplama yüzeyine gelen sular drene edilmelidir; geokompozit ve şerit drenler, yatay drenler, barbakanlar, kafa hendeği ve topuk drenajı tasarımın parçasıdır.

KP-3: Shotcrete uygulamasında yüzey temizliği kritiktir; boşluklu veya yapışmayan shotcrete taşıyıcı kapasiteyi tehlikeye atar. Katmanlar arası yüzey hazırlığı ve bekleme süresi TS EN 14487-2 (püskürtme beton uygulaması) ve proje şartnamesine göre belirlenir.

KP-4: L/H oranı global stabilite için yeterli olmalıdır; salt bağ direnci yeterli olsa bile kayma yüzeyi çivilerin gerisinden geçtiğinde dış (global) göçme gerçekleşebilir. Kazı Destek Esasları dış stabilitede çivileri hiçbir noktada kesmeyen derin kayma yüzeylerinin ayrıca incelenmesini ister; FHWA'ya göre 0,5H'den kısa çiviler kayma stabilitesini büyük olasılıkla sağlamaz.

KP-5: Deprem hesabı gereken kazı destek yapılarında (Kazı Destek Esasları Tablo 2.6) yatay katsayı $k_h=0,4S_{DS}/r$ ile bulunur ve genel stabilite bu katsayıyla yeniden kontrol edilir; statik eşdeğer hesapta kısmi katsayılar 1,0 alınarak güvenlik sayısının 1,0'dan büyük olması aranır.

KP-6: Zemin çivili kazı destek yapıları Kazı Destek Yapıları Hakkında Yönetmelik ve eki Tasarım ve Uygulama Esasları kapsamındadır. Kalıcı zemin çivisi kullanımı yapı ömrü boyunca periyodik aletsel gözlem ve bakım yapılması koşuluna bağlıdır; kapasite belirleme ve kabul deneyleri Esaslar 3.3.4 ve Tablo 3.21'e göre yapılır.

10. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler:

• Kazı yüksekliği: H = 5,0 m, geçici kazı destek yapısı
• Zemin: Orta sıkı kum (su tablası yok), φ' = 33°, γ = 18,5 kN/m³, c' = 0 kPa
• Çivi: Sv = Sh = 1,5 m, α = 15°, Db = 120 mm, dönel (rotary) delgi, Φ25 mm B420C, L = 5,0 m

İstenen: Üst bölgedeki bir çivi için sıyrılma (T_pullout) ve çubuk çekme kontrolü; FHWA güvenlik katsayısı yaklaşımı ve Kazı Destek Esasları kısmi katsayı yaklaşımı.

Çözüm:

Adım 1 — Aktif basınç katsayısı:

$$K_a={\tan }^2\left(45°-\frac{33°}{2}\right)={\tan }^2(28,5°)=0,295$$

Adım 2 — En büyük çivi kuvveti (FHWA §5.2.1b görünür basınç yaklaşımı):

$$T_{max}=0,75\cdot K_a\cdot \gamma \cdot H\cdot S_v\cdot S_h=0,75\times 0,295\times 18,5\times 5,0\times 1,5\times 1,5=46,0\text{ kN}$$

Adım 3 — Gömme boyu (üst bölgede en büyük çekme noktası yüzden 0,3H–0,4H geride; güvenli tarafta 0,4H alınmıştır):

$$L_e=L-0,4H=5,0-2,0=3,0\text{ m}$$

Adım 4 — Bağ dayanımı: FHWA Tablo 4.4a dönel delgide kum/çakıl için 15–26 psi (yaklaşık 103–179 kPa) verir; ön tasarımda τa = 120 kPa alınmıştır.

$$T_{pullout}=\pi \times 0,120\times 3,0\times 120=135,7\text{ kN}$$

Adım 5 — FHWA güvenlik katsayıları (Tablo 5.1, statik):

$$F{S}_{pullout}=\frac{135,7}{46,0}=2,95\ge 2,0$$ $$T_{bar}=420\times 491\times 10^{-3}=206,2\text{ kN}$$ $$F{S}_T=\frac{206,2}{46,0}=4,48\ge 1,8$$

Adım 6 — Kazı Destek Esasları kontrolü (Tablo 3.17, Denk. B.3.17 ve B.3.19–B.3.21):

$${\tau }_{bd}=\frac{120}{1,8\times 1,1}=60,6\text{ kPa}$$ $$P_d=60,6\times \pi \times 0,120\times 3,0=68,5\text{ kN}$$ $$T_{d,maks}=1,35\times 46,0=62,1\text{ kN}$$ $$R_{td}=\frac{206,2}{1,15}=179,3\text{ kN}$$

Sonuç:

• FHWA yaklaşımında FS_pullout = 2,95 ≥ 2,0 ve FS_T = 4,48 ≥ 1,8; Esaslar kısmi katsayılarıyla P_d = 68,5 kN ≥ T_d,maks = 62,1 kN ve R_td = 179,3 kN ≥ 62,1 kN. Sıyrılma ve çubuk kapasitesi yeterlidir.
• Kazı Destek Esasları Tablo 1.1'de Kategori-1 yatay eleman içermeyen yapılar içindir; zemin çivisi yatay destek elemanı olduğundan bu geçici duvar Kategori-2'dir. Tasarım sürtünme değeri çekme deneyleriyle belirlenmeli (Esaslar 3.3.3.6 i), en az 3 kapasite belirleme deneyi yapılmalıdır (Tablo 3.21).
• Bu kontrol tek çivi içindir; genel stabilite ayrıca limit denge analiziyle doğrulanır.

Problem 2 — Orta

Veriler:

• Kazı yüksekliği: H = 8,0 m, hesapta düşey yüz
• Zemin: Katı kil, c' = 35 kPa, φ' = 25°, γ = 18,0 kN/m³ (drenajlı parametreler — uzun vadeli)
• Çivi: Sv = Sh = 1,5 m, α = 15°, L = 6,0 m, Db = 120 mm, Φ28 mm B420C
• Yeraltı suyu yok

İstenen: (a) Üst bölgedeki çivinin sıyrılma kontrolü, (b) Çivi başı yükü T0.

Çözüm:

Adım 1 — Aktif basınç katsayısı (kohezyon güvenli tarafta ihmal edilmiştir):

$$K_a={\tan }^2(45°-12,5°)={\tan }^2(32,5°)=0,406$$

Adım 2 — En büyük çivi kuvveti (FHWA görünür basınç):

$$T_{max}=0,75\times 0,406\times 18,0\times 8,0\times 1,5\times 1,5=98,7\text{ kN}$$

Adım 3 — Gömme boyu:

$$L_e=6,0-0,4\times 8,0=2,8\text{ m}$$

Adım 4 — Katı kil, τa = 55 kPa (Kazı Destek Esasları Tablo 3.18'de katı kil 40–60 kPa):

$$T_{pullout}=\pi \times 0,120\times 2,8\times 55=58,1\text{ kN}$$

Adım 5 — FS:

$$F{S}_{pullout}=\frac{58,1}{98,7}=0,59<2,0\to \text{Yetersiz}$$

Yalnız delgi çapını 150 mm'ye çıkarmak yetmez: $T_{pullout}=\pi \times 0,150\times 2,8\times 55=72,6$ kN ve $FS=72,6/98,7=0,74$.

Adım 6 — Revizyon: Sv = Sh = 1,0 m, Db = 150 mm, L = 8,0 m (L/H = 1,0):

$$T_{max}=0,75\times 0,406\times 18,0\times 8,0\times 1,0\times 1,0=43,8\text{ kN}$$ $$L_e=8,0-3,2=4,8\text{ m}$$ $$T_{pullout}=\pi \times 0,150\times 4,8\times 55=124,4\text{ kN}$$ $$F{S}_{pullout}=\frac{124,4}{43,8}=2,84\ge 2,0$$

Kazı Destek Esasları kontrolü:

$$P_d=\frac{55}{1,8\times 1,1}\times \pi \times 0,150\times 4,8=62,8\text{ kN}$$ $$T_{d,maks}=1,35\times 43,8=59,1\text{ kN}\le P_d$$

Adım 7 — Çivi başı yükü (Smax = 1,0 m):

$$T_0=43,8\times 0,60=26,3\text{ kN}$$

Oran, Esaslar Denk. B.3.23–B.3.24'te $s=1,0$ m için 0,60'tır; FHWA Denk. 5.1 ile $S_{max}=3,28$ ft için 0,616 ve $T_0=27,0$ kN bulunur. Esaslar kaplama eğilmesinde $T_{max}$'ı kopma ve sıyrılma yüklerinden küçük olanı olarak tanımlar ve zımbalama tahkikinde $T_0=T_{max}$ alınmasını ister.

Sonuç:

• Verilen düzende FS_pullout = 0,59 < 2,0: çivi kuvveti FHWA ölçüm ortalamasıyla hesaplanınca sıyrılma açıkça yetersizdir.
• Revizyonla (Sv = Sh = 1,0 m, Db = 150 mm, L = 8,0 m) FS_pullout = 2,84 ve P_d = 62,8 kN ≥ T_d,maks = 59,1 kN.
• Φ28, B420C → T_bar = 258,6 kN, FS_T = 5,90; R_td = 224,9 kN ≥ 59,1 kN.
• τa tablo değeridir; Kategori-2 ve Kategori-3 projelerde tasarım sürtünmesi çekme deneyleriyle belirlenir (Esaslar 3.3.3.6 i). Kapasite belirleme deneyinde deney yükü, tasarım kapasitesinin geçici çivide 1,50, kalıcı çivide 2,0 kısmi katsayısı ve Tablo 3.19 korelasyon faktörüyle büyütülmüş değeridir (Esaslar Denk. B.3.28).

Problem 3 — Zor

Veriler:

• Kazı yüksekliği: H = 7,0 m, kalıcı zemin çivili duvar, hesapta düşey yüz
• Zemin: Sıkı kum, φ' = 36°, γ = 19 kN/m³, c' = 0 kPa, yeraltı suyu yok; yerel zemin sınıfı ZC (etüt raporundan)
• Deprem: Duvar arkasında normal yapılar bulunduğundan kalıcı sistem için DD-2 düzeyi kullanılır (Kazı Destek Esasları Tablo 2.6). Sahanın DD-2 kısa periyot tasarım spektral ivme katsayısı örnek olarak S_DS = 1,00 alınmıştır; duvarın depremde en fazla 80·S_DS = 80 mm yerdeğiştirmesine izin verilir.
• Çivi: 5 sıra (derinlikler 0,75 / 2,25 / 3,75 / 5,25 / 6,25 m), Sh = 1,5 m, α = 15°, L = 5,0 m, Db = 150 mm, dönel delgi, Φ28 mm B420C; τa = 150 kPa (FHWA Tablo 4.4a dönel delgide kum/çakıl 103–179 kPa)

İstenen: (a) k_h ve K_AE, (b) statik çivi kontrolü, (c) sismik genel stabilite (basit kama).

Çözüm:

Adım 1 — Yatay deprem katsayısı (Esaslar Denk. B.2.6; Tablo 2.8: r = 1,5):

$$k_h=\frac{0,4\times 1,00}{1,5}=0,267$$ $$\theta =\arctan (0,267)=14,9°$$

Adım 2 — Mononobe-Okabe K_AE (düşey yüz, yatay arka yüzey, δ = 0, k_v = 0):

$$K_{AE}=\frac{{\cos }^2(\varphi -\theta )}{{\cos }^2\theta {\left[1+\sqrt{\frac{\sin \varphi \cdot \sin (\varphi -\theta )}{\cos \theta }}\right]}^2}=0,433$$

Statik durumda ($\theta =0$) aynı bağıntı $K_a={\tan }^2(27°)=0,260$ verir. Deprem itkisi statik itkinin $0,433/0,260=1,67$ katıdır; kritik kama açısı yataydan 63°'den 50,4°'ye iner, yani sismik kayma yüzeyi daha yatıktır.

Adım 3 — Statik çivi kontrolü (L = 5,0 m):

$$T_{max}=0,75\times 0,260\times 19\times 7,0\times 1,5\times 1,5=58,3\text{ kN}$$ $$L_e=5,0-0,4\times 7,0=2,2\text{ m}$$ $$T_{pullout}=\pi \times 0,150\times 2,2\times 150=155,5\text{ kN}$$ $$F{S}_{pullout}=\frac{155,5}{58,3}=2,67\ge 2,0$$ $$P_d=\frac{150}{1,8\times 1,1}\times \pi \times 0,150\times 2,2=78,5\text{ kN}$$ $$T_{d,maks}=1,35\times 58,3=78,7\text{ kN}>P_d$$

FHWA katsayısı sağlanırken Esaslar kısmi katsayılarıyla sıyrılma sınırda yetersiz kalır. Çivi boyu L = 5,5 m'ye çıkarılır: $L_e=2,7$ m, $P_d=96,4$ kN ≥ 78,7 kN ve $F{S}_{pullout}=3,27$.

Adım 4 — Sismik genel stabilite (FHWA §5.6.4 basit kama, yatay eylemsizlik kuvveti eklenerek):

Topuktan geçen düzlemsel kayma yüzeyleri α = 10°–89,5° aralığında taranır. Kamanın ağırlığı $W=\gamma H^2/(2\tan \alpha )$, kayma yüzeyinin gerisindeki çivilerin metre başına toplam kuvveti $T$, çivi ile yüzey arasındaki açı $\beta =\alpha +15°$ olmak üzere:

$$FS=\frac{\left[W(\cos \alpha -k_h\sin \alpha )+T\sin \beta \right]\tan \varphi }{W(\sin \alpha +k_h\cos \alpha )-T\cos \beta }$$

Sonuç:

• k_h = 0,267 ve K_AE = 0,433 (K_AE/K_a = 1,67).
• Verilen L = 5,0 m'de statik sıyrılma Esaslar kısmi katsayılarıyla sınırda yetersizdir (P_d = 78,5 kN < 78,7 kN); L = 5,5 m ile sağlanır. Bu örnekte belirleyici olan statik sıyrılmadır.
• L = 5,5 m ile basit kama kontrolünde statik FS = 2,32, sismik FS = 1,47 (FHWA) ve GS = 1,34 (Esaslar) bulunur.
• Çubuk: Φ28, B420C → T_bar = 258,6 kN; R_td = 224,9 kN ≥ T_d,maks = 78,7 kN.
• Kalıcı duvar Kazı Destek Esasları Tablo 1.1'e göre Kategori-3'tür: imalattan önce ya da başında en az 3 çivi çekme deneyiyle karakteristik sürtünme teyit edilir (3.3.3.6 k), en az 5 kapasite belirleme deneyi önerilir (Tablo 3.21) ve ULS'ye ek olarak gerilme-deformasyon (SLS) analizi yapılır (3.3.3.1 g.2).
• Basit kama yalnız elle denetim içindir; nihai tasarımda genel stabilite, çivilerin modellenebildiği limit denge yazılımıyla her kazı aşaması için yapılır (Esaslar 3.3.3.3).
• TBDY 2018 16.6.2 sıvılaşmayı yeraltı su seviyesi altındaki kohezyonsuz ya da düşük kohezyonlu zeminler için tanımlar; bu örnekte yeraltı suyu bulunmadığından sıvılaşma beklenmez. Tek bir SPT eşiğiyle sıvılaşma yok hükmü verilemez; gerektiğinde değerlendirme TBDY 2018 16.6'daki arazi ve laboratuvar verileriyle yapılır.

11. Sık Yapılan Hatalar

12. Türkiye Saha Koşulları

Bölge sütunundaki birimler genel örneklerdir; zemin parametreleri ve bağ dayanımı bölgesel genellemelerle değil, sahaya özgü etüt ve çekme deneyleriyle belirlenir.

İlgili Standartlar ve Kaynaklar

Tavsiye edilen yazılımlar: GEO5 (Nailing), SLOPE/W (GeoStudio), SnailPlus (DeepEX).

Zemin Çivisi Uygulaması Öncesinde Veri Güvenilirliği

Zemin çivisi uygulaması için proje girdileri, yetkili mühendis tarafından saha ve laboratuvar verileri birlikte değerlendirilerek belirlenir. Bu bölümdeki Ek Kaynaklar laboratuvar hizmetlerinin idari çerçevesini ve TBDY 2018 yerel zemin sınıflarını açıklar; boyutlandırma, imalat ve deney hükümleri ise Kazı Destek Yapıları Tasarım ve Uygulama Esasları'nın 3.3 bölümündedir. [1][2][3][4]

Önemli Güvenlik Uyarısı: Kazı destek sistemlerindeki hata; göçme, komşu yapı hasarı ve can kaybıyla sonuçlanabilir. Bu içerik uygulama projesi değildir; nihai tasarım, saha uygunluğu ve yapım denetimi yetkili inşaat veya geoteknik mühendisi sorumluluğundadır.

Editöryel kaynak kontrolü: Yapıdan Editör Kurulu — Güncelleme tarihi: 25 Temmuz 2026. Teknik uzman onayı beyan edilmemektedir.

Yerel zemin sınıfı ile uygulama parametrelerini ayırmak

TBDY 2018 Tablo 16.1; yerel zemin sınıflarını ZA, ZB, ZC, ZD, ZE ve ZF olarak tanımlar. ideCAD rehberi de TBDY 2018’e uygun zemin etüt raporunda belirtilen sınıfın esas alınarak yazılıma girildiğini ve ZF sınıfı için farklı veri girişi kullanıldığını açıklar. [2][3]

Yerel zemin sınıfı, deprem hesabında kullanılan bir sınıflandırmadır; çivi boyu, aralığı, delgi çapı, enjeksiyon özelliği ya da kazı kademesi bu sınıftan türetilmez. Bu parametreler Kazı Destek Esasları 3.3'teki tahkiklerle ve sahaya özgü deneylerle belirlenir; yerel zemin sınıfı ile imalat parametreleri proje kayıtlarında ayrı veri grupları olarak tutulur. [2][4]

Teknik Kararların Dayanağı

Aşağıdaki kararlar yerel zemin sınıfından ya da laboratuvar yönetmeliğinden çıkarılamaz; her biri Kazı Destek Yapıları Tasarım ve Uygulama Esasları'nın ilgili maddesine ve proje hesabına dayanır: [4]

• Çivi çapı, boyu, eğimi ve yatay-düşey aralığı: Esaslar 3.3.3 tahkikleri; aralık için 1,5–2,0 m'den büyük değer önerilmez
• Delgi çapı ve delgi yöntemi: sıyrılma direncinin belirlenmesi (Esaslar 3.3.3.6, Tablo 3.18)
• Enjeksiyon bileşimi ve dayanımı: proje şartnamesi; FHWA 28 günde en az 21–28 MPa önerir
• Kademeli kazı yüksekliği ve bekleme süresi: her yapım aşamasının ayrı modellenmesi (Esaslar 3.3.3.1 b)
• Çekme deneyi düzeni, deney yükü ve kabul ölçütü: Esaslar 3.3.4, Tablo 3.21–3.22
• Püskürtme beton kalınlığı ve donatı ayrıntısı: eğilme ve zımbalama tahkiki (Esaslar 3.3.3.8)
• Statik veya depremli durum güvenlik koşulları: Esaslar Tablo 3.16–3.17 ve 2.14
• Korozyon koruması ve tasarım hizmet ömrü: Esaslar 3.2.3 ve 3.3.3.1 c

Yerel zemin sınıfından doğrudan uygulama geometrisi türetilmez. [2][4]

Proje dosyasında izlenebilirlik matrisi

Her tasarım girdisinin hangi rapor, deney veya hesap çıktısından alındığını ayrı ayrı göstermek projenin denetlenebilirliğini artırır. Aşağıdaki matris bir değer önermez; kaynağı bulunmayan teknik kabullerin görünür hâle gelmesine yardımcı olur. [1][2][3]

Uygulama Öncesi Kaynak Uygunluğu Kontrolü

Bir zemin çivisi uygulaması metni yayımlanmadan veya saha kararına dönüştürülmeden önce aşağıdaki üç ayrım açıkça kurulmalıdır:

1. Sınıflandırma: Yerel zemin sınıfı, TBDY 2018 Tablo 16.1 kapsamında ZA–ZF biçiminde tanımlanır. [2]
2. Veri aktarımı: Yazılımda seçilen sınıf, TBDY 2018’e uygun zemin etüt raporunda verilen sınıfa dayanır; ZF için rehberde ayrı veri girişi tarif edilir. [3]
3. Uygulama tasarımı: Çivi geometrisi, imalat yöntemi ve saha kabul ölçütleri yerel zemin sınıfından çıkarılamaz; Kazı Destek Esasları 3.3 ve 3.3.4'e göre hesap ve deneyle belirlenir. [4]

Kaynak kapsamı notu: Laboratuvar yönetmeliği, TBDY 2018 Tablo 16.1 ve ideCAD rehberi zemin sınıflandırması ve laboratuvar çerçevesi içindir; zemin çivisinin tasarım, yapım ve deney kabul hükümleri Kazı Destek Esasları'ndadır. [1][2][3][4]

Sık Sorulan Sorular

Yerel zemin sınıfı zemin çivisi boyunu belirler mi?

Hayır. TBDY 2018 Tablo 16.1 yerel zemin sınıflarını tanımlar; verilen kaynaklarda bu sınıfları doğrudan çivi boyuna dönüştüren bir bağıntı bulunmaz. [2][3]

ZA–ZF sınıfları zemin çivisi uygulamasında nasıl kullanılır?

Verilen kaynaklar açısından bu sınıflar, zemin etüt raporu ile deprem hesabı girdisi arasındaki sınıflandırma bağlantısını kurar. Çivi yerleşimi ve imalat ayrıntıları için doğrudan ölçü vermez. [2][3]

ZF sınıfı seçildiğinde ne değişir?

ideCAD rehberine göre ZF sınıfında veri girişi, “Analiz Ayarları/TBDY 2018 Tasarım Spektrumları” bölümünden yapılır. Bu açıklama, tek başına bir zemin çivisi tasarım yöntemi oluşturmaz. [3]

Laboratuvar yönetmeliği çivi çekme deneyinin kabul yükünü veriyor mu?

Verilen yönetmelik kaynağı laboratuvarlara ilişkin idari çerçeveyi sağlar; kaynak paketinde zemin çivisi çekme deneyine özgü kabul yükü gösterilmemiştir. Bu nedenle sayısal bir deney yükü bu kaynağa dayandırılamaz. [1]

Zemin sınıfı yazılıma tahminle girilebilir mi?

ideCAD rehberi, seçimin TBDY 2018’e uygun hazırlanmış zemin etüt raporunda verilen yerel zemin sınıfına göre yapıldığını belirtir. [3]

Bu kaynaklarla uygulama yöntemi hazırlanabilir mi?

Yalnız laboratuvar yönetmeliği, TBDY 2018 Tablo 16.1 ve ideCAD rehberiyle hazırlanamaz; bu kaynaklar delgi, enjeksiyon, kazı kademesi, yüzey kaplaması ve saha deneyleri için uygulama hükmü içermez. Bu başlıklar Kazı Destek Yapıları Tasarım ve Uygulama Esasları'nın 3.3 bölümünde düzenlenir. [1][2][3][4]

Zemin çivisi güvenlik katsayıları hangi kaynağa dayanır?

Bu yazıdaki güvenlik katsayıları iki kaynaktandır: FHWA-NHI-14-007 Tablo 5.1 (emniyet gerilmesi yaklaşımı) ve Kazı Destek Esasları Tablo 3.16–3.17 (kısmi katsayılar). Laboratuvar yönetmeliği, TBDY 2018 Tablo 16.1 ve ideCAD rehberi bu katsayıları vermez. [4][5]

zemin çivisi uygulaması — Ek Kaynaklar

1. Yapı Malzemeleri ve Zemin Laboratuvarları Yönetmeliği (R.G.: 2012) — Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı — Mevzuat Bilgi Sistemi (mevzuat.gov.tr)
2. TBDY 2018 Tablo 16.1 — Yerel Zemin Sınıfları (R.G.: 18.03.2018, Sayı: 30364 Mükerrer) — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 — Resmî Gazete — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (18.03.2018)
3. ideCAD Yerel Zemin Sınıfı Rehberi (R.G./standart no: yok) — ideYAPI — ideCAD (help.idecad.com.tr)
4. Kazı Destek Yapıları Tasarım ve Uygulama Esasları (Kazı Destek Yapıları Hakkında Yönetmelik eki; R.G.: 16.07.2026, Sayı: 33311) — Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı — Resmî Gazete (resmigazete.gov.tr)
5. FHWA-NHI-14-007 Soil Nail Walls Reference Manual (GEC 7, 2015) — Federal Highway Administration — FHWA (fhwa.dot.gov)

İlgili Hesaplama Araçları

• Taşıma gücü hesabı
• Zemin sınıflandırması
• Büyütme faktörü

Kaynaklar

1. TS EN 1997-1:2012 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). Avrupa Komisyonu JRC — Eurocodes (eurocodes.jrc.ec.europa.eu)
2. TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. Resmî Gazete — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (18.03.2018)
3. Kazı Destek Yapıları Tasarım ve Uygulama Esasları (RG 16.07.2026/33311) — Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. Resmî Gazete (resmigazete.gov.tr)
4. FHWA-NHI-14-007 (GEC 7, 2015) — Federal Highway Administration. FHWA — Soil Nail Walls Reference Manual (fhwa.dot.gov)

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.

yapidan (2026). Zemin Çivisi (Soil Nailing) Tasarımı. Yapıdan — İnşaat Mühendisliği Bilgi Portalı. https://yapidan.com/kategoriler/tm/zemin-civisi-tasarimi