Vidalı Kazık Kullanımının Avantajları

Ercan Caner, Sun Savunma Net, 23 Mart 2020

Geçmiş

Vidalı kazıklar 1830’lu yıllarda, yani yaklaşık olarak 200 yıl önce İngiliz mühendis Alexander Mitchell tarafından deniz fenerleri inşasında kullanılmak üzere geliştirilen, inşaat sektörüne yeni bir bakış açısı getiren, esnek, göreceli olarak daha maliyet-etkin, kullanılması kolay ve hızlı bir teknolojik yeniliktir.

İlk kullanılmaya başlanmasından günümüze kadar geçen sürede, teknolojideki gelişmelere paralel olarak vidalı kazıklar ve yerleştirilmesinde kullanılan donanım ile test ve ölçüm cihazları da büyük gelişmeler göstermiş ve günümüzde esnek ve çevre dostu olan vidalı kazıklar ulaşım, haberleşme ve mühendislik gibi birçok alanda maliyet etkin bir teknolojik çözüm haline gelmiştir.

Vidalı kazık teknolojisi, bir seri düşük açılı dairesel çelik tabakaların kaynak yöntemiyle galvaniz kaplı çelik bir şaft üzerine tutturulmasıdır. Vidalı kazıkların çapları ve uzunlukları değişkendir ve elde taşınabilen veya makineye monte edilmiş elektrik ve/veya hidrolikle çalışan sondaj makinaları kullanılarak toprağa vidalanırlar.

Vidalı kazıkların bir diğer özelliği de her inşaat alanındaki toprak yapısına uygun olarak imal edilebilmeleridir. Yerleştirme esnasında yeterli kapasitenin kullanıldığını doğrulamak maksadıyla tork değerleri kaydedilir. Yerleştirme esnasında kapasite ve doğru kullanımı teyit etmek maksadıyla gerektiğinde inşaat sahasında gerilim ve yük testleri yapılabilir.

Vidalı kazıkların yerleştirilmesi hızlı ve diğer birçok temel çözümlerine nazaran daha etkin olduklarından, meteoroloji ölçüm direkleri, trafik işaret direkleri ve yer adlarını gösteren tabelalar ile istinat duvarlarında maliyet-etkin bir şekilde kullanılabilirler. Otoban ve demiryolları inşasında zaman kısıtlamaları, çevresel sınırlamalar ve ulaşılması zor olan alanlardan kaynaklanan nedenlerle mühendisler giderek artan oranda vidalı kazık kullanımına yönelmektedirler.

Vidalı Kazık mı Yoksa Beton mu?

Vidalı kazıklar, üzerinde dış yüzeye kaynaklanmış bıçakları olan çelik bir şafttan ibarettir; çelik şaft vidalı kazığın toprağa girmesini kolaylaştırır ve şaftın bütün hareketlerine karşı bir mukavemet sağlar.

Beton, bir yüzeye dağılarak ve o yönde bir mukavemet sağlar. Vidalı kazıklar aslında bir yapıyı sağlam bir şekilde zemine demirlerken, beton sadece yapıyı zemine yapıştırmaktadır. Bunun anlamı da beton ile desteklenen bina ve yapıların, betonun basınç altında hasara karşı hassas olması nedeniyle, daha çok yapısal hasar riskine maruz kalmasıdır.

Beton aşırı yükleri çok iyi bir şekilde dağıtmaz ve şüphesiz bu faydalı bir özelliktir, fakat beton sadece düşük derinliklerde kullanılmalı ve genelde hava şartları değiştiğinde olduğu gibi sıklıkla meydana gelen zemin şartlarının değişmesi söz konusu ise, bina ve temelin hasara karşı hassas hale gelmesine neden olan temelde çatlaklar ve boşluklar oluşmasına neden olur.

Vidalı kazıkların yerleştirilmesi oldukça kısa zaman alır ve üzerine binen ağırlıkları zeminin çok derinliklerine dağıtma özelliğine sahiptirler. Kumlu, kuru ve ıslak zeminlerle taşkına maruz kalma riski fazla olan eğimli yüzeylerde kullanılabilir.

Vidalı Kazıkların Faydaları

• Beton temele nazaran yerleştirilmeleri kolaydır, zaman-maliyet tasarrufu sağlarlar,
• Kazı yapılmasına gerek yoktur, hafriyat çıkmaz,
• Özellikle zemin suyu sığ olan alanlarda etkindir,
• Beton dökülmesine ihtiyaç yoktur,
• Beton ve harcın kuruması için beklemeye gerek yoktur, zaman kazandırır,
• Geniş şantiye alanlarına ihtiyaç yoktur,
• Bütün zemin yapılarına uygundur,
• Esnek tasarımı mühendislere esnek çözümler sunar,
• Uzun bir kullanım ömürleri vardır,
• Geri dönüştürülebilir,
• Yerleştirilmeleri esnasında test edilebilirler,
• Sürdürülebilir çözümler – istenildiği zaman sökülerek tekrar kullanılabilirler,
• Soğuk bölgelerde kolaylıkla yerleştirilebilirler – betonda olduğu gibi bekleme sürelerine ihtiyaç yoktur,
• Geleneksel kazık temel yöntemlerinin çok pahalı ve beton uygulamalarının teknik olarak mümkün olmadığı yumuşak zeminlerde maliyet-etkin çözümler sunar,
• Yerleştirilmeleri esnasındaki gürültü seviyesi düşüktür ( 80 desibel altında),
• Minimum titreşim seviyesi (1-5 mm/s) sayesinde mevcut binalara bitişik alanlarda kullanılabilir.

İnşaat mühendisleri bazen, projelerinde geleneksel temel atma yöntemleri yerine vidalı kazık kullanımının faydalarını sorgulamakta ve vidalı kazık kullanımının sınırlamaları olup olamadığını merak etmektedirler.

Vidalı Kazık Kullanımın Potansiyel Avantajları

Süratli Yerleştirme

Vidalı kazıklar genellikle, uygun ebatlarda düşük süratli ve yüksek torklu hidrolik motorlar ile donatılmış araç üzeri veya mini ekskavatör gibi konvansiyonel inşaat makinaları tarafından yerleştirilirler. Konvansiyonel inşaat makinalarının taşınması kolaydır, büyük ve ulaşımı pahalı olan vinç, büyük sondaj şaftları ve kazık çakma donanımına ihtiyaç yoktur.

Bu özellikleri, ulaşım maliyetlerini düşürür ve yüklenicilerin müşterinin talep ettiği kullanım yerlerine süratle ve maliyet etkin bir şekilde ulaşmalarını sağlar. Bir operatör ve yardımcı çalışanın kullanılması yeterlidir ve göreceli olarak küçük yerleştirme donanımı ile büyük yük kapasiteleri elde edilebilir.

Yerleştirme oranları tipik olarak 6-10 RPM (Rotation Per Minute – dakikada devir adedi) arasındadır, bu 30 cm uzunluğundaki bir vidalı kazığın yerleştirilme süresinin 30 saniyede, 3 metre boyundaki vidalı kazığın ise yerleştirme süresinin 5 dakikada tamamlanması anlamına gelmektedir.

Zor İklim Şartları ve Vidalı Kazık Kullanımı

Kullanılan uzatma kısmına bağlı olarak mürettebat tarafından bir boru veya uzatma, 1 dakikalık bir süre içerisinde monte edilebilmektedir. Bunun anlamı 30 metre derinlikte bir vidalı kazık yerleştirme işleminin yaklaşık olarak 30-40 dakikada tamamlanmasıdır. Yerleştirme işlemleri meteorolojik şartlardan bağımsızdır, çok soğuk ve/veya sıcak ortamlarda dahi süratle ve maliyet-etkin bir şekilde kullanılmaları mümkündür.

Süratle Kullanılabilme Kabiliyeti

Vidalı kazıklar, birçok diğer temel ve ankraj sistemleri ile karşılaştırıldıklarında benzersiz özellikler taşımaktadırlar. Vidalı kazıkların en büyük özelliği yerleştirilmelerinin hemen sonrasında üzerlerine yük bindirilebilmesi ve arzu edilen her türlü inşaatın beklemeye gerek kalmadan derhal yapılabilmesidir. Beton ve harcın sertleşmesi için beklemeye gerek yoktur. Vidalı kazıkların bu özellikleri bazı projeler için çok önemli olabilir, örneğin inşaat süresinin çok kısa olduğu ve projenin başarısının temel atma faaliyetinin çok kısa sürede tamamlanmasına bağlı olduğu acil inşa projelerinde vidalı kazıklar çok büyük avantajlar sağlamaktadırlar.

Zamanla yaşlanma ve tiksotropi (Uygulanan bir kuvvet altında – karıştırma, pompalama, çalkalama veya kayma gerilimi ile – viskozitenin zamanla düzenli bir şekilde azalma gösterdiği ve kuvvetin kaldırılması durumunda yapının tekrar eski haline geldiği akış türüdür) etkisi nedeniyle birçok toprak ve zemin şartlarında vidalı kazıklar büyük avantajlar sağlamaktadır.

Vidalı Kazıklar Süratle Yerleştirilebilirler

Asgari İnşaat Sahası Rahatsızlıkları

Temel atmak için kullanılan diğer inşaat yöntemleri ile karşılaştırıldığında vidalı kazıklar, çok daha az inşaat sahası rahatsızlıklarına neden olurlar. Vidalı kazıkların yerleştirilmesi işlemi toprağın kazılmasını gerektirmediğinden inşaat alanı temiz kalır ve yerleştirme sonrasında hiçbir temizleme ve hafriyat işlemi gerektirmez. Bu özellikleri vidalı kazık kullanımını temel atma faaliyetlerinde maliyet etkin bir çözüm haline getirmektedir.

Vidalı kazıkların bir diğer avantajı da düşük gürültü seviyeleridir. Bazı projelerde titreşim ve sarsıntının önemi göz önüne alındığında düşük titreşim ve sarsıntı seviyeleri nedeniyle vidalı kazıklar mühendislere büyük avantajlar sağlamaktadır. İnşaat esnasında çevredeki diğer yapılara zarar verilmez. Bu özellikleri nedeniyle güçlendirme ve yenileme faaliyetlerinde vidalı kazıklar çok büyük avantajlar sunmaktadırlar ve çevredeki yapıların vidalı kazıkların yerleştirilmesi esnasında kullanılmaya devam edilmesinde hiçbir sakınca bulunmamaktadır. Vidalı kazıkların uygulanması kazı işlemi gerektirmediğinden ve hafriyat olmadığından kontamine toprak ile uğraşma problemi de bulunmamaktadır.

Yerleştirme Esnasında Yük Kapasitesinin Doğrulanabilmesi

Vidalı kazıkların sağladığı en büyük avantajlardan bir tanesi de uygulama esnasında yük kapasitelerinin teyit edilebilmesidir. Uygulama esnasında kullanılan bir Vidalı Kazık Test Cihazı vasıtası ile vidalı kazık toprağa gömülürken uygulanan tork hesaplanmaktadır. Yapılan birçok çalışma, uygulama torku ile yük kapasitesi arasında bir ilişki olduğunu ortaya koymuştur, bu da mühendislerin vidalı kazık uygulamaları esnasında yük kapasitesini anlık olarak doğrulayabilmelerine imkân sağlamaktadır. Birçok proje uygulamalarında tork-kapasite ilişkisi kullanılarak kapasite ölçüm ve doğrulamaları süratle ve inşaat sahasında yapılabilmektedir.

Vidalı Kazık Kullanımında Toprağın Kazılmasına Gerek Yoktur

Uygulama torkunun anlık olarak takip edilebilmesi, her yerleştirme sahasındaki toprak ve zemin durumunun doğrulanabilmesi ve değişken zemin altı özelliklerinin de anında değerlendirilebilmesine imkân sağlamaktadır. Uygulama torku devamlı olarak izlenerek tork kapasite ilavesi daha derine inilerek veya farklı bir vidalı kazık geometrisi kullanılarak artırılabilmektedir.

Uzak Bölgeler ve Ulaşılması Zor Olan Alanlarda Kullanım Kolaylığı

Vidalı kazık uygulamalarının ulaşım maliyetlerinin fazla olduğu uzak bölgeler, ulaşılması zor olan sahalar ve ulaşım maliyetlerinin fazla olduğu inşaat sahalarında kullanılması etkinlik ve maliyet açılarından mühendislere çok büyük avantajlar sağlamaktadır. Bazı inşaat sahaları temel atma faaliyetlerine uygun olmayabilir veya inşaat makinalarının bu sahalara ulaştırılması büyük zorluklar içerebilir. Güçlendirme ve yenileme uygulanan bazı yapılarda inşaat alanı dar ve kısıtlı olabilir. Vidalı kazıklar modüler bir yapıda üretildiklerinden ve gerektiği kadar uzatılabildiklerinden mühendislere esnek kullanım avantajı sağlamaktadırlar.

Çevreye Zarar Vermeden Kullanılabilme ve Dağlık – Ormanlık Arazide Vidalı Kazık Kullanımı

Yeraltı Su Seviyesinin Yüksek Olduğu Yerlerde Uygulanabilme

Vidalı kazıkların yerleştirilme ve uygulamalarında kazı yapılmasına gerek yoktur. Sadece mevcut bir yapının temeline ulaşma gerektiğinde, temeli ortaya çıkarabilmek maksadıyla asgari seviyede bir kazı çalışmasına ihtiyaç duyulabilir. Yeraltı su seviyesinin sığ olduğu alanlarda karşılaşılan problemlerle vidalı kazık uygulamaları esnasında karşılaşılmaz. Bu özelliği sayesinde inşaat faaliyeti süratle tamamlanabilir ve diğer temel atma faaliyetlerinde karşılaşılan yeraltı suyunu pompalama maliyetlerine gerek kalmaz.

Yumuşak Zeminlerde Uygulanabilme

Vidalı kazıklar genellikle zemine dikey olarak yerleştirilirlerse de inşaat sahasının özellik ve gereksinimlerine uygun olarak her türlü şekilde uygulanabilirler. Örneğin yumuşak zemin uygulamalarında vidalı kazıklar yatay olarak da yerleştirilerek ilave dayanıklılık elde edilebilmektedir. İstinat çalışmalarında yatay olarak uygulanan vidalı kazıklar hiç bir zorlukla karşılaşılmadan kolayca yerleştirilebilirler.

Yük Kapasitesini Artırabilecek Esneklik

Vidalı kazıkların bir diğer benzersiz özelliği de yük kapasitesini artırabilecek esnek bir yapıda olmalarıdır. Bu, bir ölçüde modüler yapıda olmaları ile sağlanırken, sarmal yapılarının sağladığı avantajlar sayesinde ilave vidalı kazıkların eklenmesi veya daha geniş çaplı vidalı kazıkların kullanılması, mühendislere çok büyük bir esneklik sağlamaktadır.

Yük kapasitesini artırmak maksadıyla yeni vidalı kazıkların tasarlanmasına ihtiyaç yoktur, zemin ve inşaat sahası özelliklerine uygun olarak mühendisler kolaylıkla esnek çözümler geliştirebilirler. Bu özellikleri, vidalı kazık teknolojisinin sağladığı en yararlı ve esnek avantajlarından bir tanesidir.

                    Islak ve Yumuşak Zeminlerde Vidalı Kazık Uygulaması

Geniş Zemin ve Yük Uygulama Avantajları

Vidalı kazıklar ve sarmal vidalar yumuşak zeminden sert kayalara ve gevşek kumlardan çok yoğun kum arazilere uzanan çok değişken yeraltı ve zemin şartlarında etkin ve verimli bir şekilde kullanılabilirler. Tasarım yükleri zemin şartlarına bağlı olarak değişkenlikler gösterir ve 650 kips (1 kip = 1000 libre)  kadar olabilir.

 Düşük Karbon Seviyesi ve Sürdürebilir Teknoloji

 Birçok vidalı kazık ve sarmal vida üreticisi üretimlerinde yüksek kaliteli ve yeniden kazanılmış çelik kullanmaktadırlar. Bu, doğal kaynakların korunması ve enerji tasarrufu açısından üreticiler ve insanlık için büyük avantajlar sağlamakta ve karbon seviyesinin artırılmasını engellemektedir. Vidalı kazık ve sarmal vidalar, kolaylıkla sökülebilmeleri ve yeniden kullanılabilmeleri nedeniyle özellikle geçici yapıların inşası için çok uygundurlar. Birkaç yıl boyunca bir yerde kullanılan vidalı kazıklar ihtiyaç duyulduğunda sökülerek başka bir inşaat sahasında kullanılabilirler.

Modüler Yapı

Vidalı kazıklar ve sarmal vidalar modüler bir yapıda imal edilirler Bunun anlamı gereksinim ve arzu edilen yük kapasitelerine uygun olarak uzunluklarının tork ve gerilim gereksinimlerine uygun olarak ayarlanabilmesidir.

Vidalı Kazık ve Sarmal Vidaların Potansiyel Sınırlamaları

Vidalı kazık ve sarmal vidalar mühendislere temel atma uygulamalarında birçok avantajlar sunmasına rağmen bütün diğer teknolojilerde olduğu gibi kullanımlarında bazı sınırlamalar da mevcuttur.

Vidalı kazıklar çakıllı arazi ve küçük taş parçalı toprak zeminlerde verimli olarak kullanılamazlar. Bazı durumlarda kullanılabilseler de kayalık arazilerde de vidalı kazık ve sarmal vidaların kullanılması uygun değildir.

 Vidalı Kazık Türleri

Vidalı kazıklar ve sarmal vidaların uygun şekilde yerleştirilmesi, müşteri tarafından talep edilen azami performansın elde edilmesi için çok önemlidir. Projede kullanılacak donanımın zemin şartlarına uygun olarak seçilmesi çok önemlidir. Yetersiz ve uygun olmayan donanımın seçilmesi ve kullanılması bütün projenin tehlikeye girmesine neden olabilir. Genel bir kural olarak, yerleştirme faaliyetinde kullanılacak makinenin ağırlığı, ihtiyaç duyulan her 1000 tork için 0,5 ton olmalıdır. Yani bir projede ihtiyaç duyulan azami tork 6500 feet – libre ise kullanılacak makinenin ağırlığı asgari 3 ¼ ton olmalıdır.

Bütün vidalı kazık ve sarmal vidaların üreticileri tarafından belirlenen bir yapısal limitleri mevcuttur. Bu bazen tork oranı olarak isimlendirilmektedir. Bunun anlamı; her bir vidalı kazığa uygulanabilecek torkun sınırlı olmasıdır. Yerleştirme esnasında, yerleştirmede kullanılan makinelerin tork kapasiteleri çok daha fazla olsa da, bu limitler asla aşılmamalıdır. Yerleştirme esnasında tork limitlerinin aşılması ve temel spesifikasyonlarının karşılanamaması durumunda farklı konfigürasyonlarda vidalı kazık ve sarmal vidalar kullanılmalıdır.

Belirtilen dezavantajlarına rağmen hızlı kurulumları, esnek özellikleri ve çok değişken zemin yapılarında etkin ve verimli olarak kullanılabilme özelliklerinin yanı sıra özellikle zaman ve maliyet avantajları göz önüne alındığında vidalı kazık ve sarmal vidalar bilinen bütün temel atma teknolojilerine oranla mühendislere ve proje sahiplerine büyük avantajlar sağlamaktadırlar.

Meydana gelen son depremler, depreme dayanıklı güvenli ve etkin yapılar inşa edilme ihtiyacını bir kez daha ortaya koymuştur. Vidalı kazıklar, inşaat sektöründe sağladığı büyük avantajlar nedeniyle, yeni yapıların inşa edilmesi ve mevcut yapıların sağlamlaştırılmasında giderek çok daha fazla popüler hale gelmektedir. Meydana gelen son depremlerdeki performansları göz önüne alındığında vidalı kazıklar deprem bölgelerinde uygun bir temel alternatifi olabilirler.