Kazık taşıma gücünün kazık yükleme testi ve statik formüller vasıtası ile tayini ve değerlendirmesi
Determining and evaluating the pile bearing capacity via static pile load test and statical formulas
Yazar: MİTHAT ERKAM DEMİR
Danışman: PROF. DR. MUSAFFA AYŞEN LAV
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İnsanoğlunun ihtiyaçlarının her geçen gün artması ile birlikte yapı ağırlıkları da artmaya başlamıştır. Sağlam kaya tabakasına oturan yapılar haricindeki yapılarda belirli yüklerden sonra sığ temeller yetersiz kalmaya başlamış ve derin temel ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Derin temel ihtiyacının ortaya çıkmasında yapılaşmanın yüzeysel temeller üzerine oturtulamayacak zemine sahip bölgelere kaymasının da etkisi bulunmaktadır. Türkiye'de ve dünyada derin temel sistemi genellikle kazıklı derin temellerdir.
Kazıklar yapı malzemelerine, imalat yöntemine ve yük taşıma biçimine göre olmak üzere üç şekilde sınıflandırılır. Yapı malzemelerine göre başlıca üç sınıfa ayrılır; betonarme, çelik ve ahşap. Türkiye'de imalat yöntemine göre ise en çok imal edilen kazık türü fore kazıklar iken vibreks kazıklar da yakın zamanda rağbet görmeye başlamıştır. Kazıklar, yük taşıma biçimine göre ise uç ve sürtünme olmak üzere ikiye ayrılırlar. Tez kapsamında uç kazığı ve sürtünme kazığı taşıma güç hesapları kohezyonlu ve granüler zeminler için ayrı ayrı işlenmiştir.
Kazıklar zeminle etkileşime girerek yapıdan gelen yükleri zemine aktarırlar. Kazıkların zemine aktarabilecekleri nihai yükü (kazık taşıma gücü) belirleyen iki unsur vardır. Bunlardan birincisi (az etkili olanı) kazık yapı elemanlarının yükü karşılayabilmesidir. Her kazığa gelecek yük belli olduğu ve bu yükü taşıyacak betonarme ve/veya çelik hesapları yapılabileceği için kazık tasarımında yapı elemanları sınırlayıcı bir unsur değildir. İkinci unsur ise kazık – zemin etkileşiminin ne kadar yükü taşıyabileceğidir. Kazık zemin etkileşiminin ne kadar yük taşıyabileceği türlü yöntemlerle hesaplanabilmektedir.
Statik formüller vasıtası ile kazık taşıma gücü tayini en çok kullanılan yöntemdir. Bu yöntemde kazık yapılacak sahanın zeminine ait parametreler ve bilim insanlarının oluşturduğu denklemler kullanılarak kazık taşıma gücü tayin edilir. Yıllardır kullanılagelen bu yöntem, proje sahasının zemini çok kontrollü ve denetim altında yapılan bir dolgu olmadığı sürece kesin bir sonuç vermemektedir. En yaygın kullanılan yöntem olsa dahi statik formüllerle hesap edilen kazıkların büyük çoğunluğu aşırı güvenli tasarıma uğramaktadır. 
Kazık taşıma gücü tayininde en doğru sonucu veren yöntem kazık yükleme testleridir. Bu yöntemde proje sahasında projede uygulanan kazıklar imal edilmekte, hidrolik sistemler veya ağırlıklar sayesinde gerçek yük uygulanmakta ve kazığın yükler altındaki oturması çok titiz şekilde gözlemlenmektedir. Dolayısıyla test ile elde edilen veriler kullanılarak hesaplanan kazık taşıma gücü gerçeğe en yakın sonucu vermektedir. En isabetli tasarım yöntemi kazık yükleme testleri olmasına karşın Türkiye'de bu yöntem gerektiği kadar kullanılmamaktadır. Kazık yükleme testlerine ilginin bu denli az olmasının sebebi testin maliyetidir ancak test sonuçları ile tasarlanan derin temeller (neredeyse) her zaman, statik hesaplarla tasarlanan derin temellere göre çok daha ekonomik çözümlenebilmektedir. Tasarım için yapılan kazık yükleme testleri proje kazıklarının imalatına başlanmadan önce yapılmalıdır. Testler proje kazık imalatlarından önce yapıldığı için ilk başta ilave maliyet gibi gözükmektedir ancak kazık çap, boy ve/veya sayısında sebep olduğu azalma, derin temel sisteminin toplam maliyetinde çok ciddi tasarruflar sağlamaktadır. Bu konunun iyi anlaşılabilmesi için tez kapsamında detaylı bir maliyet analizi çalışması yapılmıştır.
Tez kapsamında yukarıdaki konularla birlikte kazık yükleme testi kurulumu, kurulumda karşılaşılan güçlükler, testin nasıl yapıldığı, yük kademeleri, yük adımları, test sonuçları, test sonuçları vasıtası ile kazık taşıma gücü hesabı, test ile elde edilen kazık taşıma gücünün statik formüllerle elde edilen kazık taşıma güçleri ile karşılaştırılması ve kazık yükleme testlerinin faydaları detayları ile aktarılmıştır.

Abstract:
With the increase in the needs of human kind the weight of the buildings increase too. The shallow foundations become incapable of carrying the weight of the buildings (except the ones that are built on solid rock soils) and this lead engineers to develop deep foundations. Also building structures on soils which can not be defined as building materials have triggered the need of deep foundations.
The mostly used deep foundation type in Turkey and all around the world is foundations with piles.
Piles are classified according to the material that are made by, the way of casting and the way they carry the buildings' loads. Reinforced concrete, steel and wood are the main materials that the piles are made with. The most used type is the reinforced concrete type. In Turkey, wooden piles were used before 20th century.
The mostly used way of pile casting in Turkey is the bored piles while the interest in vibrex piles are increasing day by day. The interest towards vibrex piles is increasing because this way of pile installation is much more economic and faster. The disadvantage of the vibrex piles is that they can not be installed in every type of soil.
The classification according to the way that piles carry the load is done in two; friction piles and tip piles. A pile is called "friction pile" if it transfers the building loads to the soil via its surfaces. On the other hand, piles are called "tip piles" if they transfer the load to the soil via its tip at the bottom of the pile.
Piles transfer the building loads to the soil by interacting with it. There are two factors that determine the load which a pile can carry; the statics of the pile and the load that a pile can transfer by interacting with the soil. The statics of the pile is designed so that it can carry the related loads. Therefore the statics of the pile is not a limiting factor. However, the strength of a pile is determined by the amount of weight it can bare by interacting with the soil. Pile bearing capacities are calculated (determined) by various methods.
The rarest method used for determining the pile bearing capacity is the field experiments. Pile bearing capacity could be calculated by correlating the data obtained from the field experiments. Empirical formulas are being used for this method.
The most commonly used pile bearing capacity calculation is done with statical equations. This method is done by using the soil parameters of the project field and the equations that the scientists have developed. Unless the project field is filled very tediously this method does not give realistic results. Despite the fact that this is the most commonly used method, the deep foundation projects that are designed this way are generally overdesigned. This is clearly seen when the results are compared with the pile load test results. Calculating the bearing capacity less than the reality causes the piles' radius, length and/or quantity to be more than necessary. Safety factor (3) is one of the main reasons why this method's results are far away from the reality.
The most accurate pile bearing capacity calculation method is the pile load test. By this way the relevant piles are actually installed, the necessary loads are actually applied via hydraulic systems and the settlements of the pile is tediously observed. Therefore bearing capacity calculations which are done with this method give the most accurate results. 
Despite the fact that pile load tests are the most accurate bearing capacity calculation method, it is not used as much as needed. The reason of this is the price of the test. However the deep foundations designed with the results of the pile load tests are usually much more economic than the ones that are designed with the other methods. Pile load tests should be done before starting the installation of the actual project piles. Since the tests are done before the actual project piles, it seems like an extra cost. But, the decrease in the radius, length and/or quantity of the project piles leads to a serious cost saving.
Pile load tests have many advantages. Most of all the project costs decrease when it is desgined with the results obtained from the tests. The reason of the decrease is the decrease in the radius, depth and/or quantity of the piles. Since the results are more precise when compared with the statical equations, almost every project designed with the test results causes a significant saving.
By decreasing the radius, depth and/or quantity also enables so many time saving. The time spent for the geotechnical executions and design seriosly decreases, because the projects are drawn with more accurate data.
Savings made during the design process also cause environmental friendly results. Because less pile execution means less gas consumption, less interaction between soil and concrete, less smoke production, less consumables, etc. Also the cocnrete and rebars are produced by using chemicals. Therefore, by decreasing the amount of piles to be executed, a serious environmental help occurs.
Another advantage of pile tests is decreasing the import amount of the country. Nearly all the materials, machines and equipments used during pile execution is imported to Turkey. By decreasing the pile works, current deficit also decreases. Thus, this helps the economics of the country.
In the scope of this thesis pile load test setup, problems faced during the setup, how the test is done, loading steps, loading weights, test results, bearing capacity calculation via the test results, the comparison of the results with the other methods and the advantages of the pile load tests are studied in detail also with the subjects stated above.
16 tests that were done within the Sakarya, Kırklareli, Konya, Bakü and İstanbul Projects are dealt in detail within the scope of this thesis. 2 tests at Sakarya, 1 test at Kırklareli, 8 tests at Konya, 4 tests at Bakü and 1 test in İstanbul were held between the years 2012 and 2014. 1 of the tests were applied to a tip pile and 15 tests were applied to friction piles. 
Every single test is examined elaborately under specific titles. Bearing capacity calculations done via static equations and pile load tests are compared and significant differences were observed. According to the comparisons, pile load tests' results lead to a higher bearing capacity calculation result.
Pile load tests which should be done during the deep foundation design and before installing the actual piles so that it leads to financial and time-wise savings.
By using the pile load test data, an equation was generated for calculating the bearing capacity of friction piles. The relating equation and its accuracy with the real results are explained.