Boru Destekler

Yanal destek elemanlarını kendi içerisinde, dıştan destek sağlayan ( ankrajlar, zemin çivisi vb.) ve içten destek sağlayan ( boru destek vb.) elemanlar olarak ikiye ayırmak mümkündür. Ankrajlar ve zemin çivileri iksa sistemini, kazı çukuru dışındaki sağlam zemin tabaksından aldıkları kuvvetle tutmaktadır ve bu nedenle dıştan destek elemanlar olarak da anılırlar. İçten destekli elemanlar ise reaksiyon kuvvetlerini iksa sisteminin içerisindeki, karşı veya komşu düşey destek elemanlarından alarak birbirlerine aktarırlar. İçten destek elemanlar için; kafes kirişler, farklı tipte profiller veya boru profiller kullanılabilir. Yerleştirilebilirlikleri, her iki eksendeki atalet momentinin eşit olması yani zayıf ekseninin bulunmaması, kaynak işçiliğinin kolaylığı ve uygulama tecrübesinin yoğunluğu sebebiyle boru destekler tercih edilir.

İçten destekli sistemlerde, yatay yöndeki destek elamanı üzerine gelen basınç yükü altında burkulmaya zorlanmaktadır. Yatay destek olarak kullanılan profiller iki ucundan mesnetlidir ve bundan dolayı her iki eksende de burkulma boyları birbirine eşit olacaktır. Bu nedenle; burkulma direncinin oluşmasında, kullanılan malzemenin her iki eksendeki atalet momenti çok önemlidir.

Örneğin, Çizelge 1 ’de özellikleri verilen boru profil ile Çizelge 2 ‘de verilen  ve aynı kalitede malzemeyle üretilmiş HE900A tipi profilin birim uzunluktaki ağırlıkları birbirine yakındır. Eksenel yüke maruz kalan HE900A profilinin zayıf eksendeki atalet momenti, boru profilin atalet momentine oranla yaklaşık  30 kat daha düşüktür.

Boru atalet momenti = 399849.667 cm⁴

Profil zayıf yöde atalet momenti = 13550 cm⁴

399849.667 cm⁴ / 13550 cm⁴ = 29,5 kat

Boru destekler; zayıf kayma mukavemetinin ankraj imalatına izin vermediği zeminlerde, su seviyesinin altındaki kazılarda ve delgi yapmanın mümkün olmadığı şartlarda kazı yapılması halinde, yatay destek elemanı olarak tercih edilirler.

Genellikle 12-14 m boylarında üretilip taşınırlar. Birkaç parça boru kaynakla veya bulonla birleştirilip boyları artırılabilir. 2 boru parçasının alın kaynağı ile birleştirilmiş hali Şekil 4 ‘de görülmektedir. Her ne kadar boyları artırılabilse de, uzun borular kendi ağırlıkları altında aşırı eğilme momentlerine maruz kalmalarının yanında yerleştirilirken de sıkıntı yaratırlar.

Boru destekler genellikle, spiral kaynaklı borulardır. 219 mm ila 2540 mm arası çaplarda (dıştan dışa), 4.0 mm ila 23 mm arası değişen et kalınlıklarında üretilebilirler. Genellikle St 33, St 37, St 42, St 52, X-60, X-65 ve X-70 gibi farklı çelik kalitelerinde üretilirler (Borusan Mannesmann, 2007).

Dizayn esasları

Borulara, kendi ağırlıklarından kaynaklanan eğilme momenti ve yanal kuvvetlerden kaynaklanan normal kuvvet altında, eğilme+normal kuvvet etkisi altında çalışan bir kolon gibi düşünülüp, boyutlandırılabilirler (FHWA-RD-75-130, 1976).

Boru destekler yerleştirilmeleri ile birlikte iki ucu mesnetli serbest bir kiriş gibi kendi ağırlığı altında eğilmeye zorlanır. Bu nedenle, boyu artan boru bir müddet sonra iksa sisteminden gelen yüklerden ziyade kendi zati yükü altında daha çok zorlanacaktır. Yanal yükün hesabı ise ankraj hesaplarında kullanılan Alan ve Mafsal metodları ile yapılabilir. Bunlardan, Mafsal Metodu daha fazla tercih edilir.

Hesaplamalarda ortaya çıkan normal kuvvet ve eğilme momenti etkisine göre boru karelajı ve özellikleri belirlenir. Boru karelajını belirlerken, borular arasında hafriyata müsaade edecek mesafelerin gözetilmesine dikkat edilmelidir.

Kazı taban kotu altında bir miktar soketlenmiş, boru destekli duvarlarda,  soketlenmiş bölgenin kazı içine bir miktar hareket etmesi ile birlikte, nihai durumdaki toprak itkisi kemerlenmiş aktif toprak itkisi gibi oluşur ve parabolik bir dağılım gösterir (FHWA-RD-75-129, 1976). Hesap kolaylığı sağlanması amacı ile bu parabolik dağılım, trapez dağılım gibi kabul edilebilir ve destekli sistemler için verilen toprak basıncı teorileri ile hesaplanabilir (BS 8002, 1994).

Boru destekli sistemlerdeki deplasman artışları, genellikle, boru destek seviyelerinin arasında ve göbeklenme şeklinde olmaktadır. Çünkü boru desteğin yerleştirilmesi ve yük taşır hale gelmesi ile birlikte borunun temas ettiği noktada deplasmanlar, ankraj ve zemin çivilerinin aksine, zamanla sünme ve yük boşalması gözlenmeyen rijit bir elemanla önlenmiş olur. Bu deplasmanlar genellikle kademe kazıları esnasında oluşur. Bu da şunu göstermektedir; boru destekli sistemlerde yatay deplasman oluşma olasılığı, ankrajlı ve zemin çivili dıştan stabilite sağlayan sistemlere göre çok daha düşüktür. Fakat deplasmanların daha az olmasına güvenilerek yapılabilecek kontrolsüz kademe kazıları düşey destek elemanlarının aşırı derecede yüklenmesine ve hatta taşıma kapasitelerini kaybetmelerine yol açabilmektedir.

Boru destekli kazılarda deplasmanlar açısından dikkat edilmesi gereken bir konu da, kazının tamamlanmasından sonra boru sökümü esnasında oluşacak deplasmanlardır. Boru desteklerdeki nihai ve en büyük deplasmanlar boruların sökümü anında oluşur. 1962 yılında Norveç’in Oslo kentinde yumuşak kilde yapılan bir kazıda, boru desteklerin alınması ile birlikte, ekstradan 10 cm yatay deplasmanın oluştuğu gözlenmiştir (FHWA-RD-75-130, 1976).

Aralarına boru destek yerleştirilmiş karşılıklı veya komşu iki duvarın arkasındaki zeminle yaptığı reaksiyonun kaybolması ve/veya diğerine göre çok daha düşük olması halinde, sistem güçsüz tarafa doğru kaymak isteyecektir. Bu durumda, bir taraftaki deplasmanlar kazı içine doğru artarken karşı taraftaki deplasmanlar aksi istikamette oluşacaktır.  Buna ilaveten, boru desteklerin yerleştirildiği cephelerden birinin diğerine göre farklı davranış sergilemesi ile boru desteklerde dönme, burulma ve burkulma gibi problemler oluşabilir.

Kaynak: Derin kazıların incelenmesi ve derin kazı uygulaması üzerine bir örnek:  harbiye kongre merkezi derin temel kazısı – Mustafa DAYIOĞLU , FHWA-RD-75-130, 1976

Hazırlayan: İnş. Müh. Ahmet DAŞ

Linkedin: https://www.linkedin.com/in/ahmet-da%C5%9F-049b16133/