Zemin Ankrajı Nedir? Ankraj Kısımları, Sınıfları, Tendonlar

Zemin ankrajı

Zemin ankrajı, üzerine uygulanan çekme yükünü, kayma tabakasının arkasında bulunan taşıyıcı zemine aktaran yatay destek elemanıdır.

Derin kazılarda perde arkasındaki zeminin stabilitesini artırarak ve hareketini en az seviyeye getirerek kazının güvenliği sağlanır.

Zemin Ankrajı kısımları

Çeşitli makineler ile açılan delgiler sonucu imalatı yapılan zemin ankrajı, üç ana kısımdan meydana gelmektedir.

Bu kısımlar;

• Ankraj kafası,
• Serbest ankraj boyu,
• Ankraj kökü olarak sıralanabilir.

Ankraj kafası

Açılan delgilere ankraj halatları (tendon) yerleştirildikten sonra ankraj kök bölgesine enjeksiyon doldurulur. Daha sonra halatlara hidrolik kriko ile öngerme uygulanır. Öngerme işleminin yapıldığı kısım “ankraj kafası” olarak adlandırılır. Perdeye gelen yükler ankraj kafası vasıtası ile ankraj kökünde oluşacak direnç kuvvetine aktarılır.

Ankraj kafası ve diğer bileşenleri, ankrajın perdeye bağlanmasına yarayan ankrajın son kısmını meydana getirir. Ankraj kafasının bileşenleri germe kafası, sıkıştırıcılar (kama, grib), germe boyu için ankraj halatlarının uzantısı ve taşıyıcı plakadan oluşur.

Çelik halat demetleri (tendon) delgi kuyusunun sonuna kadar uzatılır ve ankraj kafa kısmından 80 ile 100 cm arası kuyu dışında serbest kalacak biçimde kesilir. Ankraj kafasından sonra dış kısımda serbest olarak bulunan halat uzantısına ankraj germe boyu adı verilir. 80-100 cm’lik serbest halatlar hidrolik krikoya geçirilerek “ankraj öngermesi” yapılır.

Ankraj serbest boyu

Ankraj kafası ve kök kısmı arasında kalan kısıma “ankraj serbest boyu” adı verilir. Bu bölümde bulunan halatların etrafı koruyucu yaka adı verilen plastik bir malzeme ile sarılıdır. Koruyucu yakanın görevi ankraj delgisine gönderilen enjeksiyonun serbest boydaki halatlara bulaşmadan kök kısıma ulaşmasını sağlamaktır. Böylece serbest boy içindeki halatlar enjeksiyona maruz kalmamış olur.

Öngerme uygulanan serbest boydaki halatlar elastik sınırda uzama yaparak yük transferini gerçekleştirir. Yükün iletilmesi ankrajın kök kısmında meydana gelen direnç kuvvetinin öngerme yapılan halat ile perdeye aktarılması şeklinde gerçekleşir.

- Sponsor-

Ankraj serbest boyu kayıcı zemin tabakası içinde kalır.

Ankraj kökü

Delginin son kısmı ile serbest boy arasında kalan kısım “ankraj kökü” olarak adlandırılır. Bu bölümdeki halatların etrafı enjeksiyon ile doldurularak gövde oluşturulur.

Perdeye gelen yükler ankraj kafası ve serbest boydaki öngermeli halatlar vasıtası ile ankraj kök kısmına aktarılır. Ankraj kök kısmındaki yük ise çimento ile oluşturulmuş gövde ile sağlam zemin veya kayaya iletilir.

- Sponsor -

Ankraj kök kısmı kayma yüzeyinin arkasında sağlam zemin tabakası içinde imal edilir. Bundan dolayı ankraj kök kısmına yük iletilmesi sonucu perde, taşıyıcı zemine bağlanmış olur.

Ankrajların sınıflandırılması

Kullanım sürelerine göre ankrajlar

– Geçici ankrajlar

İnşaat bitiminde ankrajlara ihtiyaç duyulmaması veya yeni denge durumları oluşması halinde ankrajların yük taşıma işlevi ortadan kalkabilir. Geçici ankrajlar kısa süreli yük taşınması istenilen kazılarda kullanılır.

Ankrajın servis ömrü yanal zemin yüklerini karşılamak için imal edildiği an ile gerekliliğin ortadan kalktığı an arasındaki süre kadardır. Ankraj servis ömrü en fazla 2 yıl civarında ise geçici ankraj tasarımı yapılır.

Derin temel çukuru kazılarında iksa perdesini desteklemek için çoğunlukla geçici ankraj kullanılır.

– Kalıcı ankrajlar

75-100 yıl arasında servis ömrü olan kalıcı ankrajlar, kalıcı yapıların desteklenmesinde kullanılır. Bu tür ankrajların korozyona karşı korunması ve daima performanslarının gözlenmesi önemli ve gereklidir.

İmalat tekniklerine göre ankrajlar

Ankrajın kök şekillerinin farklılığı ve değişik ebatlarda yapılması durumuna göre farklı ankraj tipleri oluşur. Ankraj için uygulanan delginin veya enjeksiyonun doldurulma tekniği kök şekillerini belirler. Bu tip imalatlarda 4 farklı ankraj imal edilir.

A tipi zemin ankrajı

Kaya ve kohezyonlu katı zeminler için uygun olan bu yöntemin diğer bir adı “düz şaftlı ağırlık-enjeksiyonlu ankrajlar”dır. Rotary ve auger yöntemi kullanılarak ankraj kuyusunun delgisi gerçekleştirilir. Delgi çukurunun stabilitesine göre , ankraj imalatı sırasında muhafaza borusu kullanılabilir.

Kök bölgesi enjeksiyonu, düz şaftlı delgi çukuru içinde tiremi yöntemi ile yapılır. A tipi ankrajlarda kök bölgesinde oluşacak ankraj direnci, çimento gövdesi – zemin yüzeyi arasındaki sürtünme direncine bağlıdır.

B tipi zemin ankrajı

Zayıf kaya ve çakıllı zeminler için uygun olan bu yöntemin diğer bir adı “düz şaftlı basınç-enjeksiyonlu ankrajlar”dır. İyi boylanmış kohezyonsuz zeminlerde de B tipi ankraj uygulaması yapılabilir. Rotary ve auger yöntemleri ile ankraj çukurunun delgisi muhafaza borusu kullanılarak yapılabilir.

Bu tip ankrajların kök enjeksiyonu, kök bölgesine 0,35 MPa’dan fazla basınçlı çimentonun tatbik edilmesi ile yapılır. Enjeksiyon işlemi basınçlı yapıldığından dolayı kök bölgesinde basınç artar ve çevresindeki zemin malzemesi sıkışır. Netice itibari ile kök bölgesi radyal olarak genişler. Bu teknikle üretilen ankrajların kök direnci, tiremi yöntemi ile gerçekleştirilen enjeksiyonlu köklere nazaran daha fazladır.

C tipi zemin ankrajı

İlk olarak kohezyonsuz zeminlerde ve buna ilave olarak katı kohezyonlu zeminlerde uygulanabilir. Diğer bir adı ise “ikincil enjeksiyonlu ankrajlar”dır. Bu ankraj sisteminde ilk önce ağırlık-enjeksiyonu ile kök gövdesi meydana getirilir. İlk enjeksiyonun yapılmasından 1-2 gün sonrasında tendonlara daha önceden yerleştirilmiş özel tüpler içinden yüksek basınçlı ikincil enjeksiyon yapılır. İkincil enjeksiyon neticesinde, çimento zeminde mikro kırıklar meydana gelerek düzensiz bir şekilde ilerler. Sonuçta zemine doğru ankraj kök bölgesinde genişleme olur.

D tipi zemin ankrajı

Sert kohezyonlu zeminlerde uygulanan bu ankraj tipinin diğer bir adı ise “delgi içinde genişletilmiş ankrajlar”dır. Ankrajın kök bölgesi özel aletlerle genişletilir ve enjeksiyon tiremi yöntemi kullanılarak yapılır. Bu teknikle imal edilen ankrajlarda, çimento gövdesi – zemin yüzeyi arasındaki kesme direncine ilave olarak uç direnci de ankraj kök direncine dahil olmaktadır.

Zemin Ankrajı malzemeleri

Enjeksiyon malzemeleri

Enjeksiyonun görevi ankrajların kök bölgesinde bulunan tendonlarla birleşerek yükleri zemine aktaracak yapının oluşturulmasıdır. Bu yapıya daha önceden ankraj kök gövdesi denildiği açıklanmıştı.

Ankrajlarda kullanılan enjeksiyonun özellikleri aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır.

• Çimento seçimi öngermeli halatlar ile uyumlu olmalı ve TS EN 206-1’e uygun olmalıdır.
• Çevrede karbonik asit veya sülfat gibi zararlı maddelerin varlığı göz önünde bulundurulmalıdır. Böyle bir durumda sülfata dayanıklı çimento kullanılmalı, enjeksiyon harcı EN 445, EN446 ve EN 447’ye uygun olmalıdır.
• Su/çimento ağırlık oranı 0,40 ile 0,60 arasında değişebilir ve kohezyonlu zeminlerde bu oran mümkün olduğu kadar düşük tutulmalıdır.
• Önce katkı maddeleri ve su miksere atılmalı ve sonra çimento atılarak en az 3 dakika karıştırılmalıdır.
• Enjeksiyondan alınan küp numunelerin 28 günlük basınç dayanımı en az 40 Mpa olmalıdır.
• Öngerme yapıldığı esnada enjeksiyon basınç dayanımı en az 21 Mpa olmalıdır.
• Enjeksiyon içerisindeki sülfat miktarı çimento miktarının %4’ ünü, klorit miktarının ise %0.1’ i geçmemesi gerekir.
• Katkı maddelerinin kullanım amacı sadece işlenebilirliliğ ve duraylılığı iyileştirmek, terleme ve büzülmeyi azaltmak ve priz hızını artırmak için olmalıdır.
• Enjeksiyon hazırlanırken kullanılacak su, bakteri içermeyen her türlü temiz su olabilir.

Tendonlar

Tendon, ankraja verilen öngerme yükünü ankraj kök bölgesine iletir. Bunlar; yüksek yük taşıma kapasitesine sahip ve elastik uzama kabiliyeti olan çelik donatı çubuklarından, öngermeli tel halatlardan veya öngermeli sarmal tel halatlardan oluşabilir.

Çelik donatı çubukları; düşük ankraj uzunluğuna sahip ve düşük ankraj yükü gerektiren proje noktalarında kullanılması ekonomik olarak daha uygundur. Çubuklar 26, 32, 36, 45, 64 cm. çaplarında olabilmektedir.

Öngermeli tel halatları; genellikle soğuk dökme düz karbon çelikten üretilir. Tel çapları, 5-8 mm. arasında değişebilir. 5mm. çapa sahip bir öngermeli tel halat genel olarak, 1670 N/mm çekme direncine ve 184000 N/mm elastisite modülüne sahiptir. Bir ankraj delgisinde sayısız adet öngermeli tel halat kullanılabilir.

 Öngermeli sarmal tel halatları; 4 ile 20 arasındaki tel halatların bir araya getirilip, bükülerek sarmal form kazanması ile elde edilir.

Tendon merkezleyiciler ve aralayıcılar

• Aralayıcılar ve merkezleyicilerin görevi enjeksiyonun kolaylıkla yapılabilmesini sağlamak ve tendon demetinin delginin merkezinde kalmasını sağlamaktır.
• Paslanmaz malzemeden imal edilen bu araçlar 6-13 mm aralığında enjeksiyon boşluğu meydana getirir.
• Ankrajın serbest ve kök boy kısmında kullanılırlar. Serbest boydaki kısımda halatların bir düzen içerisinde bulunmasını ve birbiri ile karışmamasını, etkileşim içerisine girmemesini sağlarlar. Kök kısmında ise enjeksiyonun rahat ilerlemesini gerçekleştirirler.
• Ayrıca halatların istenilen geometride kalmalarını muhafaze ederler.
• Çoğunlukla halat boyunca 3 m aralıklı mesafelerde kullanılırlar.
• Merkezleyicler tendonun delgi içerisinde merkezde kalmasını sağlayarak 13 mm enjeksiyon boşluğu oluştururlar. Bu sayede tendon demeti etrafında üniform bir kalınlık elde edilir.
• Merkezleyicilerin istenilen bir şekilde yerleştirilmemesi durumunda tendonların etrafı delgi içerisinde zemin malzemesi ile örtülebilir. Bu durumda, sistem sağlıklı çalışmaz ve yeterli yükü taşıyamaz.

Şekil 4’de öngermeli sarmal tel halat demetinden oluşmuş ankraj tendonunda merkezleyici ve aralayıcılar görülmektedir.

Zemin Ankrajı imalat esasları

Ankraj imalatı 4 aşamadan meydana gelmektedir.

• Ankraj delgisi
• Ankraj tendonunu yerleştirilmesi
• Enjeksiyon yapılması
• Öngerme yükünün verilmesi

Ankraj delgisi

• Şekil 5′ de gösterildiği gibi ankraj delgisine başlamadan önce, karotla betonarme perde üzerinde delik açılır. Kazıklı perdelerde ise kazıkların arasından direkt olarak zemin yüzeyinden yapılır.

• Delgi yöntemi, delgi sırasında çevre zeminde minimum örselenmeye sebep olabilecek ve ankraj taşıma kapasitesini azaltmayacak, delgi kuyusunda çökmeyi engelleyecek sekilde seçilmelidir.
• Ankraj delgisinde rotary, darbeli ve iki teknik bir arada kullanılabilir. Kullanılan teknikte zemini fazla bozmamalı, delgi sırasında çukurun stabilitesi sağlanmalıdır.
• Delgi yapılırken çıkan malzeme kontrol edilmeli göçme olup olmadığı kontrol edilmelidir. Planlanan hacimden daha çok malzeme çıkıyorsa göçme söz konusudur.
• Kendini tutabilen zeminlerde rotary sisteme bağlı auger (burgu) tekniği kullanılabilir.
• Sert kayalar için darbeli delgi tekniği kullanılması uygun olur. Sık ve ani darbeler kayanın ayrışmasını sağlayarak delgi hızını artırır.
• Rotary sistem yumuşak zeminler için tavsiye edilir.
• Muhafaza borusu göçebilen killi zeminlerde kullanılmalıdır.
• Ankraj delgileri projesinde belirtilen çap, uzunluk ve açıda olmalıdır.
• Delikler hava kompresörü ile temizlenir ve gerekli durumlarda tekrar delgi yapılır.

Ankraj tendonunu yerleştirilmesi

• Tendonlar delgi öncesi projede belirtilen ölçülerde hazırlanmalıdır ve vakit kaybedilmeden delgi içine yerleştirilmelidir.

• Ankraj tendonun hazırlanmasında ilk aşama, ankraj kök boyu, ankraj serbest boyu ve germe boyunun toplamı kadar halatın kesilmesi veya çelik çubuğun birleştirilmesi ile başlar. (Şekil: 6)
• Şekil:7’de gösterildiği gibi kesilen halatlar merkezleyiciler ve aracılar vasıtası ile projeye uygun geometride bir araya getirilirler.

• Ankraj halatların planlanan servis süresi boyunca korozyondan korunması gerekir. Serbest bölgede paslanmaya karşı dirençli ve klorür üretmeyen HDPE kılıf içine alınması gerekir. (Şekil: 8) Kullanılacak plastik kaplama standartlara uygun olmalı, depolama, taşıma sırasında zarar görmemesine dikkat edilmelidir. Kullanılacak HDPE boru TS EN 1537 standartında ve en az et kalınlığı 1mm olmalıdır.

• Şekil 9′ da gösterildiği gibi kök bölgelerinin birleşim kısımları conta veya zift yardımı ile sızdırmaz olacak şekilde yalıtılır.
• İzolasyon sağlandıktan sonra polietilen enjeksiyon hortumu (tüpü) montajı yapılır. Enjeksiyon hortumu serbest boyda kaplama borusunun dışında kalırken, kök boyunda merkezleyicilerin içerisinden geçirilir (Şekil 10).

• Ankraj delgisi sonrası kuyu temizlenip en fazla 8 saat içinde ankraj halatlarının kuyu içerisine yerleştirilmesi yapılmalıdır. Projede belirtilen uzunluktaki halat sorunsuz bir şekilde kuyu içerisine sürülebiliyorsa kuyuda göçük olmadığı kabul edilir. Eğer halatın bir kısmı dışarıda kalmışsa ya da zorlukla ilerliyorsa halat dışarı çıkarılıp tekrar temizliği yapılır. İkinci kuyu temizliği sonrası halatın yerleştirilmesinde problem çıkarsa tendonlar dışarı çıkarılır ve delgisi tekrarlanır. Sekil 11’de kuyu içerisine ankraj halatı yerleştirilmesi gösterilmektedir.

Enjeksiyon Yapılması

Ankraj tendonları delgi içerisine yerleştirildikten hemen sonra kuyu ağzındaki enjeksiyon hortumu ile kök bölgesine enjeksiyon yapılır.

Enjeksiyon sırasında dikkat edilmesi gereken hususlar daha önceden anlatılmıştı.

Şekil 12’de enjeksiyonu tamamlanmış ankrajlar görülmektedir.

Öngerme yükünün verilmesi

Enjeksiyon yapıldıktan 10 gün sonra ankrajlara öngerme yapılabilir. Bu süre priz hızlandırıcı katkı maddeleri ile 6 güne düşürülebilir.

Ankraj öngermesi demek ankraja servis yapacağı yükün verilmesidir ve bu testlerle birlikte yük taşıma performansı ölçülür.

Germe makinesinin gövde ve çekme kafası olmak üzere iki bölümü vardır. Tendonlar germe makinesinin gövde kısmından geçirilerek germe başlığı içine yerleştirilir ve gribler aracılığı ile sıkıştırılır. (Şekil 13).

Sonrasında ankraj kademeli olarak gerilir ve uzama miktarları ölçülerek ankraj testleri gerçekleştirilir.

Germe işlemi sonrası yeterli ankraj performansı sağlanmış ise germe boyunu oluşturan tendonlar kesilir.

Şekil 13 : Ankraj tendonlarının germe makinesine yerleştirilmesi.