Kazık Yükleme Deneyi (Statik ve Dinamik)

Kazık yükleme deneyi, imal edilmiş bir kazığa kontrollü biçimde yük uygulanarak kazık başındaki oturmanın ölçüldüğü ve böylece tasarımda varsayılan taşıma kapasitesinin sahada doğrulandığı arazi deneyidir. Kapasite hesapla belirlenirken zeminin çevre sürtünmesi ve uç direnci, sondaj ve arazi deneyi verilerinden türetilen parametrelerle tahmin edilir. Bu tahmin ne kadar dikkatli yapılırsa yapılsın bir kabule dayanır; imalat yöntemi, delgi sırasındaki gevşeme ve betonun zeminle kenetlenmesi gibi etkenler hesaba tam girmez.

Deney yalnızca "kazık şu yükü taşıyor" bilgisini üretmez. Yük–oturma eğrisi, oturmanın hangi yük düzeyinden sonra hızlandığını, yük boşaltıldığında ne kadar kalıcı deformasyon kaldığını ve kazığın rijitliğini gösterir. Bu nedenle kazıklı temel tasarımının doğrulanmasında olduğu kadar imalat kalitesinin değerlendirilmesinde de kullanılır. Bursa merkezli ekibimiz, fore kazık ve mini kazık uygulamalarında deney programının kurgulanmasıyla ilgilenmektedir.

Kazık yükleme deneyi ne zaman gerekir?

• Tasarım kapasitesinin doğrulanması: Projede kabul edilen tekil kazık kapasitesinin sahada ölçümle teyit edilmesi gerektiğinde.
• Deneme kazığı aşamasında: Üretime başlamadan önce imal edilen deneme kazığında kapasite ve imalat yönteminin sınanması.
• Zemin profilinin değişken olduğu sahalarda: Alüvyon kalınlığının ve sıkılığının parsel içinde belirgin şekilde değiştiği durumlarda; bkz. alüvyon.
• Yeni veya alışılmadık imalat yönteminde: Bölgede daha önce denenmemiş bir delgi, enjeksiyon veya kazık tipi kullanıldığında.
• Mevcut yapı güçlendirmelerinde: Temel altına ilave edilen kazıkların kapasitesinin, yapıya yük aktarmadan önce gösterilmesi gerektiğinde.
• Çekme ve yatay yük taşıyan elemanlarda: Kaldırma kuvvetine veya yanal yüke çalışan kazıklarda tasarım kabullerinin sınanması.

Yöntem ve teknik esaslar

Statik eksenel basınç deneyi

En yaygın uygulanan biçimdir. Kazık başına düşey yük, kademeler halinde uygulanır; her kademede yük sabit tutularak oturmanın zamanla değişimi izlenir. Yük hidrolik kriko ile verilir ve yük hücresiyle (load cell) ölçülür; kazık başındaki düşey hareket, referans kirişine bağlı deplasman saatleri veya LVDT tipi elektronik deplasman ölçerlerle kaydedilir. Ölçüm sonucunda elde edilen yük–oturma eğrisi, deneyin temel çıktısıdır.

Reaksiyon sistemi

Krikonun yük uygulayabilmesi için karşı bir tepki kuvveti gerekir. İki yaygın çözüm vardır:

• Reaksiyon kirişi ve ankraj kazıkları: Deney kazığının çevresine yeterli uzaklıkta ankraj (reaksiyon) kazıkları imal edilir; kriko bu kazıklara bağlanan çelik kirişe karşı çalışır. Çekmeye çalışan ankraj kazıkları deney yükünü karşılayacak şekilde tasarlanır.
• Ölü yük platformu: Kazık üzerine kurulan platforma beton blok veya çelik kütük yığılır; kriko bu kütleye karşı yük uygular. Kurulumu uzun sürer, geniş çalışma alanı ister.

Reaksiyon elemanlarının deney kazığına çok yakın olması, zeminde karşılıklı etkileşim yaratarak ölçülen oturmayı yanıltabilir. Bu nedenle aradaki mesafe ve referans kirişi mesnetlerinin konumu ilgili standarda göre belirlenir.

Yükleme kademeleri ve bekleme süreleri

Yük, tasarım yükü esas alınarak belirlenen kademelerde artırılır. Her kademede, oturma hızı belirlenen bir ölçütün altına düşene kadar veya standartta tanımlı süre boyunca yük sabit tutulur. Kademeli yükleme, ani yük artışının maskeleyeceği sünme davranışının görünür olmasını sağlar. Boşaltma da kademeli yapılır; geri dönüşte ölçülen elastik ve kalıcı oturma ayrımı, kazığın sürtünme ve uç direnci dağılımı hakkında fikir verir. Kademe sayısı ve azami yük düzeyi deney amacına göre değişir: deneme kazığında göçmeye yaklaştıran yükler hedeflenirken, üretim kazığındaki doğrulama deneyinde kazığa zarar verilmemesi gözetilir.

Çekme ve yatay yükleme deneyleri

Her kazık düşey basınca çalışmaz. Yeraltı suyu kaldırma kuvvetine, devrilme momentine veya ankraj etkisine çalışan kazıklarda çekme deneyi uygulanır; reaksiyon, kazığın iki yanına yerleştirilen mesnetlerden alınır. İstinat yapıları ve köprü ayakları gibi yanal yük taşıyan kazıklarda ise yatay yükleme deneyi yapılır; genellikle iki kazık karşılıklı itilerek yatay yük–yer değiştirme ilişkisi ölçülür. Bu deney yatak katsayısı kabullerinin sınanmasında da kullanılır.

Dinamik yükleme deneyi (PDA) ile farkı

Dinamik yükleme deneyinde kazık başına düşürülen bir ağırlıkla darbe uygulanır; kazık gövdesine bağlanan ivmeölçer ve deformasyon ölçerlerle kaydedilen dalga, dalga denklemi analiziyle çözülerek kapasite tahmin edilir. Hazırlığı statik deneye göre kısadır ve bir günde daha çok kazıkta uygulanabilir. Buna karşılık sonuç, doğrudan ölçülen bir yük–oturma eğrisi değil model üzerinden yapılan bir çözümlemedir. Yaygın yaklaşım, sınırlı sayıda statik deneyle dinamik deney sonuçlarının kalibre edilmesidir.

Bütünlük deneyi (PIT) ile karıştırılmamalıdır

Düşük gerilmeli bütünlük deneyi, kazık başına küçük bir çekiçle vurularak yansıyan dalganın kaydedilmesine dayanır ve kapasite ölçmez; kesit daralması, boşluk, ayrışma gibi süreksizlikleri ve kazık boyunu araştırır. Ayrıntılar için PIT deneyi sayfamıza bakabilirsiniz.

Kullanılan ekipman ve deneyler

• Hidrolik kriko ve yüksek basınçlı pompa ünitesi
• Kalibrasyon belgeli yük hücresi ve basınç manometresi
• Referans kirişi, deplasman saatleri ve/veya LVDT deplasman ölçerler
• Veri toplama ünitesi ve zaman damgalı kayıt yazılımı
• Reaksiyon kirişi, bağlantı çubukları veya ölü yük platformu elemanları
• Kazık başı düzeltme (başlık) betonu ve yük dağıtım plakaları
• Dinamik deney için ivmeölçer, deformasyon ölçer ve darbe ağırlığı

Deney öncesinde kazık başı düzeltilir, yükleme ekseni kazık eksenine oturtulur. Sonucun zemin verisiyle ilişkilendirilebilmesi için deney noktasına yakın bir sondaj logu ile SPT ya da CPT sonuçları gerekir.

Kazık yükleme deneyi süreci

1. 01

   Program hazırlığı

   Hangi kazıkta, hangi yük düzeyine kadar ve hangi deney tipiyle çalışılacağı statik proje ve zemin verisine göre belirlenir.

2. 02

   Kazık seçimi

   Deneme kazığı özel olarak imal edilir; üretim kazığı seçilecekse zemin profilini temsil etmesine dikkat edilir.

3. 03

   Reaksiyon sistemi

   Ankraj kazıkları imal edilir veya ölü yük platformu kurulur; betonların yeterli dayanıma ulaşması beklenir.

4. 04

   Ölçüm düzeneği

   Referans kirişi, deplasman ölçerler, yük hücresi ve veri toplama ünitesi yerleştirilir; sıfır okumaları alınır.

5. 05

   Kademeli yükleme

   Yük belirlenen kademelerde artırılır, oturma zamana bağlı kaydedilir.

6. 06

   Boşaltma

   Yük kademeli azaltılır; kalıcı oturma ölçülür.

7. 07

   Değerlendirme

   Yük–oturma eğrisi çizilir, kabul ölçütüyle karşılaştırılır ve geoteknik rapor kabulleriyle ilişkilendirilir.

Teslim edilen çıktılar

• Deney düzeneğinin yerleşim krokisi ve fotoğraflı kayıtları
• Kademe bazında yük, süre ve oturma okuma tabloları
• Yük–oturma eğrisi ve boşaltma eğrisi grafikleri
• Ölçüm cihazlarının kalibrasyon belgeleri
• Deney sonucunun tasarım kabulleriyle karşılaştırıldığı değerlendirme bölümü
• Varsa dinamik deney kayıtları ve dalga denklemi analiz çıktıları

İlgili mevzuat ve standartlar

• TS EN 1997 (Eurocode 7): Geoteknik tasarımın genel kuralları; kazık kapasitesinin deneyle doğrulanması bu çerçevede ele alınır.
• ASTM D1143: Derin temellerin statik eksenel basınç yükü altında deneyine ilişkin uygulama standardı.
• TBDY 2018: Kazıklı temellerin tasarım esasları; özeti için TBDY 2018.
• Deney programı ve sonuçları ilgili idarenin ve yapı denetim kuruluşunun denetimine tabidir.

Sonucun yorumlanmasında iki kavram ayrılır: göçme yükü, oturmanın yük artışına karşı denetlenemez biçimde büyüdüğü yük düzeyidir; kabul ölçütü ise projede tanımlanan yük düzeyinde ölçülen oturmanın izin verilen sınırın altında kalmasıdır. Birçok deneyde kazık göçmeye ulaştırılmaz; kapasite bu durumda kabul ölçütünün sağlanıp sağlanmadığıyla değerlendirilir. Kavramlar için oturma ve taşıma gücü sayfalarımıza bakılabilir.

Süre ve maliyeti etkileyen faktörler

Sık yapılan hatalar

• Bütünlük deneyini kapasite deneyi yerine kullanmak; PIT süreksizlik arar, kapasite vermez.
• Reaksiyon kazıklarını deney kazığına çok yakın imal ederek ölçülen oturmayı etkilemek.
• Referans kirişi mesnetlerini deney yükünden etkilenen bölgeye kurmak.
• Beton dayanımı yeterli olgunluğa ulaşmadan deneye başlamak.
• Kalibrasyonu geçersiz yük hücresi veya manometre ile ölçüm yapmak.
• Deney kazığını zemin profili bakımından temsil etmeyen bir noktadan seçmek.