Proje Özeti

Ülkemizin geniş bir coğrafyası deprem etkisi altında olup periyodik olarak şiddetli depremlere maruz kalmaktadır. Bununla birlikte nüfus artışına bağlı, zayıf temel zeminine sahip bölgelerde yapı inşası kaçınılmaz hale gelmektedir. Bu tür zeminlerde depreme dayanıklı yapı tasarımı için Kazıklı Radye Temel (KRT) sistemi yaygın olarak kullanılmaktadır. KRT sistemi, kazıklar ile radye temel arasındaki rijit bağlantı sayesinde temel taşıma kapasitesinin artırılmasını, toplam ve farklı oturmaların azaltılmasını sağlamaktadır. Kazıklar oturmayı azaltıcı olarak kullanıldığında, KRT tasarımının amacı, kazık taşıma kapasitelerini tam olarak kullanırken kazık sayısını en aza indirerek ekonomik bir temel sistemi elde etmektir. Ancak, kazıklar ile radye temel arasındaki rijit bağlantı nedeniyle, KRT sistemine ait kazık başlığında (radyede) yüksek kesit tesirleri (kesme kuvveti, eğilme momentleri) ile eksenel kuvvetler kaçınılmaz olarak yoğunlaşır. Bu tür temele sahip yapılarda, deprem etkisi altında kazık-zemin-yapı arasında etkileşim söz konusudur. Bu etkileşim sonucunda; deprem dalgaları zemini, zemin kazıkları, kazıklar radye temeli, radye temel de üst yapıyı kinematik etkileşime maruz bırakır. Üst yapı salınımından dolayı eylemsizlik davranışı ortaya çıkarak kazıklar tekrar zorlanır. Bu zorlanma neticesinde radye temel (temel tabanı) büyük kesme kuvvetlerine ve devrilme momentlerine maruz kalır. Neticesinde de bu etkileşimden dolayı öngörülemeyen şiddetli depremlerde üst yapı büyük yatay kuvvetlere maruz kalmaktadır. Ayrıca KRT sistemlerinin çözümü Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğinde (TBDY, 2018) açıklandığı gibi ayrık sistem çözümünde çok zaman alıcı, kompleks ve yorucu olup bütünleşik sistem çözümünde ise çok güçlü bilgisayarlara ihtiyaç duyulur.

Bu çalışmada incelenen temel sistemi, radye temel ile kazıklar arasındaki rijit bağlantının ortadan kaldırıldığı, iki yapısal eleman arasında iletilen kesme kuvvetleri ile momentleri sınırlayan bir yastık tabakadan (cushion) oluşmaktadır. Bu tür temel sistemleri, bağlantısı kesilmiş kazıklı radye (disconnected piled raft foundation) (BKRT) veya rijit kazık kompozit temel (rigid-pile composite foundation) olarak anılır. Bir radyenin kazıkları arasındaki etkileşim, yastık malzeme tabakası yerleştirilerek kazıkların radyeden ayrılmasıyla ve deprem yüklerini sönümlemesi ile azaltılabilir. Yastık, üst yapıdan gelen yüklerin doğrudan kazıklara iletilmesini engeller; dolayısıyla, bağlantısı kesilen kazıklar saf yapı elemanlarından ziyade zemin güçlendirilmesi olarak işlev görür. Bu tür çalışmalar son yıllarda araştırma konusu olmuştur. Bu çalışmada, deprem yükleri altında BKRT sistemleri için yapı ağırlığı, yastık malzemesi türü ve yastık tabakası kalınlığı gibi parametrelerin üstyapı ve temel davranışlarına etkileri deneysel ve sayısal çalışmalarla belirlenerek, uygulamaya yönelik ampirik bağıntıların ve/veya abakların geliştirilmesi bu çalışmanın özgün değeri olarak ifade edilebilir. Diğer özgün değer ise yastık tabakası için kompozit (çakıl+atık kauçuk) malzemelerinin deneysel ve sayısal olarak değerlendirilmesidir.

Bu çalışma kapsamında geleneksel kazıklı radye tasarımına alternatif bir yaklaşımın sunulması amaçlanmaktadır. Bu bağlamda deprem etkisinde farklı BKRT sistemleri ile KRT sistemi karşılaştırılarak deprem sönüm etki verimlilikleri değerlendirilecektir. Laboratuvarda mevcut sarsma masası kullanılarak, imal edilecek laminer kesme zemin tankı (laminar shear soil box) içerisindeki fiziksel modeller üzerinde deneyler gerçekleştirilecektir. Bu çalışmada, zemin-yapı sarsma masası deneyleri için kullanılan zemin tankının sınır etkisini en aza indirmek için çok katmanlı laminer kesme zemin tankı kullanılacaktır. Bu kapsamda 5 adet BKRT sistemleri için 1 adet KRT sistemi (referans) için olmak üzere toplamda 6 adet farklı temel sistemleri için deneyler gerçekleştirilecektir. BKRT sistemleri için yastık malzemesi olarak temel zemini, kum, çakıl, atık kauçuk ve kompozit (çakıl+atık kauçuk) kullanılacaktır. Deneysel çalışmalarda uygulanan dinamik etki sonucu üst yapıdaki her katta meydana gelecek yatay deplasmanlar ve ivmeler, radyeye gelecek ivmeler, radyede oluşacak yatay deplasmanlar ve oturmalar ile kazıklarda oluşacak kesit tesirleri her bir BKRT sistemleri ve KRT sistemi için belirlenecektir. Bu çalışmalar, 3 iş paketi olarak 1 yürütücü, 4 araştırmacı, 3 danışman ve 3 bursiyer tarafından planlanmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar, nümerik (sayısal) analiz sonuçları ile karşılaştırılarak, bu tür BKRT sistemleri için üstyapı ve zemin karakteristiklerini dikkate alan, tasarım kriterlerinin oluşturulması, saha uygulamalarına ve literatüre kazandırılması amaçlanmaktadır.

Bu çalışma, atık malzemelerin ekonomik olarak değerlendirilmesiyle düşük maliyetli çevre dostu zemin iyileştirme yöntemlerinin geliştirilmesi, inşaat sektöründe çevresel etkinin artırılması ve sürdürülebilirlik bilincinin geliştirilmesi, afet risklerinin azaltılmasına yönelik yapı-zemin-kazık etkileşimi sistemleri ve zemin iyileştirme uygulamalarının geliştirilmesi ile 12. Kalkınma Planı’nın “Sürdürülebilir ve güvenli yapılı çevre oluşturmak ve teknolojik kabiliyeti yüksek bir inşaat sektörü oluşturmak” amaçlarına hizmet edecektir.