Negatif çevre sürtünmesi hesap yöntemlerinin karşılaştırılması
Comparison between negative skin friction calculations
Yazar: ÇAĞLAR GENÇ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA TUĞRUL ÖZKAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Derin temeller, taşıma gücü düşük olan zemin tabakalarının üzerine gelecek yapı yüklerinin güvenle daha sağlam tabakalara aktarılmasını sağlayan temel sistemleridir. Günümüzde derin temellerin en yaygın olarak kullanılan türü kazıklı temellerdir. Üst yapıdan gelen yüklerin kazıklar vasıtasıyla daha sağlam tabakalara aktarılması işlemine 'kazıklı temeller' denir.  Kazıklı temeller, insanların mağaralardan dışarıda yaşamaya başlaması ile birlikte uygulanmaya başlanmıştır. İnsanlar evlerini suyun olduğu bölgelere kurmuşlardır. Bunun için de evlerini, suyun içine çaktıkları ahşap kazıkların üzerine inşa etmişlerdir. Su seviyesinde zamanla meydana gelen değişiklikler bu ahşap kazıkları çürüterek insanların tekrar göç etmesine sebep olmuştur. Ayrıca insanlar kazıklı temelleri düşmanlardan ve vandallardan korunmak için evlerini sığ göllerin üzerine inşa ederken de kullanmışlardır. Dünyanın ilk mühendislik toplumu olarak bilinen Romalılar, kazıkları ilk olarak köprü yapımında kullanmış ve inşa ettikleri bu köprülerle savaşçılardan korunmak adına uzak şehirler kurmuşlardır. Günümüzde tarihi yapılar çevresinde yapılan metro, tünel, kanalizasyon gibi çalışmalar, yeraltı su seviyesinde değişikliklere neden olmaktadır. Bu da temel altında kullanılan malzemelere zarar vermekte ve tarihi yapılarda hasara neden olmaktadır. Kazıklı temeller, yükleri taşıma şekillerine göre 'Uç Kazıkları' ve 'Sürtünme Kazıkları' olarak ikiye ayrılır. Kazık ucunun sağlam bir zemine oturması durumunda kazık ucunda bir uç direnci oluşur ve bu tip kazıklara 'Uç Kazıkları' denir. Eğer kazık sağlam bir zemine oturmuyorsa, kazık çevresinde kazığın oturmasından dolayı oturmanın aksi yönünde bir çevre sürtünmesi direnci oluşur. Bu tip kazıklara ise 'Sürtünme Kazıkları' adı verilir. Kazıklar genellikle kazık grupları şeklinde inşa edilirler. Kazıklar arası mesafenin yeterli (3D ~ 4D) olması durumunda kazık grubunun taşıma gücü, tek tek kazıkların taşıma gücü toplamına eşittir. Fakat genelde az aralıklarla uygulama yapıldığından kazık grubunun taşıma gücü tek tek kazıkların taşıma gücü toplamından daha azdır. Bunun sebebi ise grup etkisidir. Zemine tekil kazıklar tarafından aktarılan gerilmelerin birbiriyle çakışmasından dolayı taşıma kapasitesi azalmaktadır. Konsolidasyonunu henüz tamamlamamış veya kazık uygulaması yapıldıktan sonra üzerine dolgu gelen zeminlerde, çevre zeminin kazıktan fazla oturması durumunda kazığa pozitif yönde etki eden çevre sürtünmesi direnci, kazığa negatif yönde etki eder. Uç kazıklarında ise, kazıkta oturma olmayacağı ve çevre zeminde oturma olacağı için çevre zemin kazığa negatif yönde bir kuvvet uygular. Bu negatif etkiye 'Negatif Çevre Sürtünmesi' denir. Negatif çevre sürtünmesi, kazığa belirli bir nötr noktaya kadar etki eder ve bu nötr noktadan sonra çevre sürtünmesi kazığa pozitif etki yapar. Kazık servis yükü hesabı yapılırken kazığın toplam taşıma gücünden negatif çevre sürtünmesi değeri çıkarılarak kazığın nihai taşıma gücü hesaplanır. Negatif çevre sürtünmesinin kazıklar üzerindeki etkisini azaltmak için çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Bunlar, kazık boyutlarını değiştirmek, adezyonu azaltmak, kazık aralıklarını açmak ve koruyucu kazık uygulaması gibi yöntemlerdir. Bunların arasında en yaygın olarak kullanılan yöntem adezyonu azaltmaktır. Kazık üzerine uygulanan bitüm ve bentonit bulamacı ile ilgili çeşitli çalışmalar yapılmış ve olumlu sonuçlar alınmıştır. Negatif çevre sürtünmesinin hesaplanmasına yönelik bir çok bilim insanının önerileri olmuştur. Broms, Terzaghi – Peck, Bjerrum, Poulos ve Mattes, Van Der Vean, Vesic, Leung ve diğerleri, Fellenius – Eslami gibi bilim insanlarının çalışmaları bu tezde ele alınmıştır. Genel öneri olarak, sürtünme kuvveti hesabı yapılırken efektif gerilmelere bir azaltma faktörü uygulanması önerilmiştir. Bu tezde, kazıklı temeller ve negatif çevre sürtünmesi hakkında genel bilgiler verilmekte ve örnek bir zemin profili üzerinde bu bilim adamları tarafından geliştirilen ampirik bağıntılar yardımıyla negatif çevre sürtünmesi değerleri hesaplanarak elde edilen kazık nihai taşıma gücü değerleri karşılaştırılmaktadır.

Abstract:
Deep foundation is the type of foundation which is used to transfer the building loads from the soil that has low bearing capacity to the soil that has high bearing capacity. In accordance with this purpose, piled foundation is used as one type of deep foundation. Piled foundations began to be used as people began to live outside the caves. People have built their homes in the areas with water. For this reason, they built their houses on the wooden piles that they applied into the water. Changes in water level over time have caused these wooden piles to rot, and it caused people to migrate again. People have also used piled foundations to built their homes on shallow lakes to protect themselves from enemies and vandals. Known as the world's first engineering society, the Romans first used piles in bridge construction and built distant cities to protect them from warriors. Nowadays, works such as subway, tunnel and sewage around historical buildings, causes changes in groundwater level. And this, damages the materials used under the foundation and causes damage to historical buildings. There are two types of piled foundation which are called "Tip Piles" and "Friction Piles". If the tip of the pile falls into the hard soil, the tip resistance of pile starts to work for bearing capacity. If the tip of the pile does not fall into the hard soil, that means skin friction of pile starts to work and bearing capacity is supplied with skin resistance. Piles are generally constructed in the form of pile groups. If the distance between the piles is sufficient (3D ~ 4D), the bearing capacity of the pile group is equal to the bearing capacity of the single pile. However, the application is generally performed at small spacings, the bearing capacity of the pile group is less than the sum of bearing capacities of the single piles. The reason for this is the group effect. Bearing capacity decreases due to coincidence of stresses transmitted to the ground by single piles. If the settlement of the soil around the pile is more than the settlement of the pile, the pile will be affected by the negative skin friction. Due to the settlement of the soil around the pile, there will be a negative force affecting the pile. This negative force is called, "Negative Skin Friction". In order to define the bearing capacity of pile, negative skin friction is deducted from the total bearing capacity of pile. Several studies have been conducted to reduce the impact of negative skin friction on piles. These are methods such as changing pile sizes, reducing adhesion, increasing pile spacing and applying protection pile. The most commonly used method is to reduce adhesion. Various studies have been carried out on bitumen and bentonite applied on the pile and positive results have been obtained. There have been suggestions from many scientists for the calculation of negative skin friction. The works of scientists such as Broms, Terzaghi – Peck, Bjerrum, Poulos and Mattes, Van Der Vean, Vesic, Leung and others, Fellenius – Eslami are discussed in this thesis. As a general recommendation, it is proposed to apply a reduction factor to the effective stresses when calculating the friction force. In this thesis, general information about piled foundation and negative skin friction is given and negative skin friction values are calculated by using empirical methods developed by these scientists on a sample soil profile and compared to the final bearing capacity obtained.