Temel Kazısı ve İksa

Konu Anlatımı

Temel Kazısı ve İksa

Bir binanın temelini kazmadan önce toprağın bir kısmı çıkarılır ve çıkarılan yerin yerine altından yeni bir zemin yapılır. Bu değişiklik, ortaya çıkan boşluğun güvenli biçimde açık tutulmasını ve tabanın taşıyacağı yükü karşılayacak biçimde hazırlanmasını gerektirir. Kazı işleri bu nedenle bir yapının en sorumlu aşamalarından biridir: hem ölçüsü hem de yöntemi hatalıysa geri dönüşü olmayan zararlar bütün yapıya yayılır. Kazı hacmi, ölçüsü ve taban kademesinin kotu projoda bellidir; usta yalnızca bu bilgiyle kazı geometrisini kurar.

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu derste toprak sınıflarının kazma kolaylığı ve taşıma maliyetine nasıl etki ettiğini, kazı hacminin hangi geometrik formüllerle bulunduğunu ve kazı payının neden eklendiğini öğreneceğiz. Kazı derinliğine göre iksanın neden zorunlu hâle geldiğini, şev açısının kazı geometrisini nasıl değiştirdiğini öğreneceğiz. Dolgu sıkıştırma payı ve grobeton taban hazırlığının hesabını yapacağız. Öğrendiklerimiz kazı makinesi operatörlüğünde, şantiye ölçümünde ve metraj çıkarma işlerinde doğrudan kullanılır.

Ön bilgi

Zemin, yapının oturduğu ve ağırlığını taşıyan doğal tabakadır. Zeminin taşıma gücü, basınç uygulandığında verebileceği en büyük gerilmedir ve zemin sınıfı bu gücü belirler. Kumlu zeminler suyu çabuk geçirdiği için kazı kolaydır ama taşıma gücü düşüktür; killi zeminler su tutar ve kazıda zor çalışılır ama taşıma gücü yüksektir. Bu yüzden zemin bilgisi olmadan temel tipi seçilemez.

Kazı sırasında zemin dengesi bozulabilir. Kazı yüzeyinin arkasında yüklenen toprak, kendi ağırlığı dışında çevresindeki yükü de kazı yüzeyine iter. Bu yatay itki, kazı yüzeyinde açık kalırsa şevde göçmeye veya derin kazılarda kazının çökmesine yol açar. Toprağın kendi ağırlığından gelen ve özellikle yağışlarla artan bu etki, kazı payı bırakma ve iksa kurma sebeplerinin temelidir.

1. Toprak Sınıfları ve Kazı Kolaylığı

Kazı işleri, çıkarılacak toprağın niteliğine göre dört sınıfa ayrılır. Sınıf belirlenirken zeminin cinsine, kıvamına ve içinde taş bulunup bulunmadığına bakılır. Sınıf yalnızca kazma zorluğunu değil, çıkan toprağın nereye taşınacağını da belirler.

Kazı sınıfı, iş makinesi seçimini de belirler. I. ve II. sınıfta kazıcı, kazma kürek ve el ile çalışılabilir; III. sınıfta kırıcı kullanımı gerekir; IV. sınıfta ise kazı işlemi ancak hidrolik kırıcı veya patlatma ile yürütülebilir. Bu nedenle kazı öncesinde zemin etüdü alınmadan makine planlanmamalıdır.

Çıkan toprağın değerlendirilmesi de sınıfa bağlıdır. Bitkisel toprak ve humuslu katman her zaman ayrılır; geri kalan kısım ancak zemin etüt raporunda uygun görülürse dolgu malzemesi olarak kullanılabilir. Bu ayrım yapılmazsa yapının altına organik malzeme gömülmüş olur ve zamanla oturma ile çatlaklar ortaya çıkar.

2. Kazı Hacmi Nasıl Bulunur?

Düz tabanlı ve dik kenarlı bir kazıda hacim, taban alanı ile derinliğin çarpımıdır: V = A · h. Bu en basit durumdur ve genellikle kabul yaklaşımıyla yapılır. Kazı kenarları şevli ise taban alanı ile üst alan farklı olacağından ortalama alan yöntemi kullanılır: V = (A_taban + A_üst) / 2 · h.

Daha hassas sonuç, prizmatik (piramidal) formülle bulunur: V = h / 6 · (A_taban + 4 · A_orta + A_üst). Burada A_orta, ara derinlikteki kesit alanıdır. Bu yöntem şevli kazılarda gerçek hacmi en iyi yaklaşan yöntemdir ve uzun kazılarda fark belirginleşir.

Örnek olarak 10 m × 6 m ölçülü, 1,20 m derinliğinde bir kazı düşünelim. Taban alanı 10 × 6 = 60 m²'dir. Düz tabanlı kabul edilirse hacim 60 × 1,20 = 72 m³ olur. Kazıcı kova genişliği nedeniyle taban bu ölçüde temiz çıkmayacağından bu değer eksik kalır; bu yüzden kazı payı eklenmesi zorunludur.

3. Kazı Payı ve İksa İhtiyacı

Kazı payı, projedeki temel ölçüsü ile fiilen kazılacak alan arasındaki farktır. Amacı, kazıcının kol açıklığının sığmayabileceği payı tamamlamaktır. İki tarafta 0,50 m ve tabanda 0,30 m pay bırakılması yaygın bir uygulamadır. Bu durumda kazı boyu ve eni temelden her yana 0,50 m genişler.

İksa, kazı yüzeyinin dik kalmasını ve kaymasının engellenmesini sağlayan yapıdır. 2,00 metre üzerindeki kazılarda iksa zorunludur. En yaygın yöntem direkli iskele ya da kazı paletidir; bu yöntemde çelik kazıklardan oluşan bir perde, kazı yüzeyinin önüne yerleştirilir ve kendi ağırlığıyla kazıyı tutar.

Daha derin kazılarda konsol duvar veya ankrajlı konsol duvar kullanılır. Konsol duvar betonarme veya çelik taşıyıcılarla zemine çivilenerek sabitlenir; ankrajlı sistemde yüzeye ek olarak yatay bağlantılar ve kazı yüzeyinin dışına uzanan ankraj kolları ilave edilir. Zeminin taşıma gücü düşükse kazı öncesi çimento karıştırması yapılarak zemin güçlendirilir.

4. Şevli Kazı ve Şev Açısı

Şevli kazıda yatay açılım, derinlik ve şev açısı arasındaki bağıntıyla bulunur: y = h / tan(α). Burada h kazı derinliği, α şev açısıdır. En sık kullanılan açı 45 derecedir ve bu açıda tan(45°) = 1 olduğundan yatay açılım derinliğe eşit çıkar. Toprağın cinsine göre 30 ile 45 derece arası güvenli kabul edilir.

45 derecelik şevle kazılan 10 m × 6 m, 1,20 m derinliğindeki boşlukta üst açıklık ölçüleri 10 + 2 × 1,20 = 12,4 m ve 6 + 2 × 1,20 = 8,4 m olur. Üst alan 12,4 × 8,4 = 104,16 m²'dir. Ara derinlikte kesit alanı ise 11,2 × 7,2 = 80,64 m² bulunur. Prizmatik formülle hacim h / 6 · (60 + 4 × 80,64 + 104,16) sonucuna ulaşılır.

Şev açısı küçüldükçe kazı alanı ve hacmi büyür; bu da hem fazla kazı hem fazla dolgu demektir. Dik kazıda alan küçük kalır ama iksa maliyeti artar. Bu nedenle karar, zemin cinsine, komşu yapılara ve kazı derinliğine göre verilir; dik kazı her zaman ekonomik değildir.

5. Dolgu ve Sıkıştırma

Temel tabanının altında kalan tabakalara grobu, geri kalan kısma dolgu adı verilir. Dolgu malzemesi katmanlar hâlinde serilir ve her katman ayrı ayrı sıkıştırılır. Bir katmanda serilecek malzeme kalınlığı, sıkıştırma ekipmanına göre 20 ile 30 cm arasında seçilir.

Sıkıştırma sırasında malzeme hacmi azalır ve bu azalma sıkışma payı ile hesaba katılır. Kum ve çakıl karışımı için bu pay yaklaşık %20, killi zemin için %25'tir. Örnek olarak 60 m² taban alanına 0,40 m kalınlığında dolgu planlanıyorsa ham hacim 60 × 0,40 = 24 m³ bulunur. Sıkışma payı eklendiğinde serilecek malzeme 24 × 1,20 = 28,8 m³ olur.

Sıkıştırılmış dolgunun kontrolü sıralama deneyi ile yapılır. Kazılan zeminden alınan numune, laboratuvarda aynı enerjiyle sıkıştırılarak Proctor deneyi eğrisi çizilir; kazıda kullanılacak optimum su miktarı ve karşılık gelen maksimum kuru yoğunluk belirlenir. Sıralama deneyi ile saha yoğunluğu karşılaştırılır. Sıralama olmadan kabul edilen bir dolgu, sonradan oturma ve çatlama riski taşır.

6. Taban Hazırlığı ve Grobeton

Kazı tabanı, kaba temizlikten sonra düzeltilir ve suyla islatılır. Üzerine 5 ile 10 cm kalınlığında grobeton (granüler tabaka) serilir. Grobetonun görevi yalnızca düz bir yüzey oluşturmak değildir; aynı zamanda nemin yukarı çıkarak yapıyı nemlendirmesini ve taban zeminin yumuşamasını önler.

Grobeton hazırlanırken kum ve çimento karıştırılır; kaba katman için yaklaşık 1 m³ başına 150 kg çimento ve 0,85 m³ kum düşer. Grobeton hacmi, taban alanı ile kalınlığın çarpımıdır. Hesapta ana eksen ölçüsü değil, kazı payıyla büyütülmüş taban ölçüsü kullanılır çünkü grobeton kazı tabanına serilir.

Şerit temellerde ise kazı, temel genişliği ile iki tarafta verilen çalışma payının toplamıdır. Kazı derinliği temel tabanının kotundan, malzeme ise taban kotundan belirlenir. İkisi arasındaki fark, dolgu tabakası olarak planlanır ve yine %20 sıkışma payı eklenir.

Basit örnek

Dik kenarlı, 8 m × 5 m ölçüsünde ve 1,00 m derinliğinde bir temel kazısı düşünelim. Önce taban alanını buluyoruz: 8 × 5 = 40 m². Sonra hacmi alan ile derinliğin çarpımı olarak hesaplıyoruz: 40 × 1,00 = 40 m³. Bu miktar, kazıcı kova payı dikkate alınmadan elde edilen asgari değerdir. İki tarafta 0,50 m ve tabanda 0,30 m pay bırakılırsa kazı ölçüleri 9 m × 6 m olur; paylı taban alanı 9 × 6 = 54 m² ve paylı hacim 54 × 1,30 = 70,2 m³ olur.

İleri örnek

Üç katlı bir binanın taban alanı 240 m² ve temel derinliği 1,40 m'dir. Kazı öncesi iki tarafta 0,50 m, tabanda 0,30 m pay öngörülmüştür. Paylı taban alanı 240 × 1,10 = 264 m² olur. Kazı hacmi 264 × 1,40 = 369,6 m³ bulunur. Bu toprak 10 m³ kapasiteli kamyonlarla taşınacaksa 369,6 / 10 = 36,96, yani 37 sefer gerekir. Tabanın altında 0,30 m dolgu planlandığına göre dolgu hacmi 264 × 0,30 = 79,2 m³ olur ve %20 sıkışma payıyla 79,2 × 1,20 = 95,04 m³ malzeme serilmelidir.

Adım adım çözülmüş örnek

45 derecelik şevle kazılacak 10 m × 6 m ölçüsünde, 1,20 m derinliğinde bir kazının tüm hacimlerini sırayla hesaplayalım. Birinci adımda taban alanı bulunur: 10 × 6 = 60 m². İkinci adımda 45 derecede tan(45°) = 1 olduğundan yatay açılım 1,20 / 1 = 1,20 m olur; üst ölçüler 12,4 m ve 8,4 m'ye çıkar. Üçüncü adımda üst alan 12,4 × 8,4 = 104,16 m², ara derinlikteki alan 11,2 × 7,2 = 80,64 m² bulunur. Dördüncü adımda prizmatik formül uygulanır: 1,20 / 6 × (60 + 4 × 80,64 + 104,16) = 0,2 × 486,72 = 97,344 m³. Beşinci adımda karşılaştırma için ortalama alan yöntemi de hesaplanır: (60 + 104,16) / 2 × 1,20 = 98,496 m³.

Kavram karşılaştırma tablosu

Sık Yapılan Hatalar

• Hata: Kazı hacmini temel ölçüsüyle hesaplamak. Doğrusu: Kazı payı eklenmiş ölçüler kullanılmalıdır.
• Hata: 2 metreden derin kazılarda iksa yapmadan dik kazı açmak. Doğrusu: Bu derinlikte iksa zorunludur ve denetim önceden alınır.
• Hata: Dolguyu sıkıştırmadan üstünü örtmek. Doğrusu: Katman katman serip her katmanı sıkıştırmak ve sıralama deneyi yapmak gerekir.
• Hata: Sıkışma payını hiç hesaba katmamak. Doğrusu: Kum ve çakılda %20, killi zeminlerde %25 pay eklenmelidir.
• Hata: Bitkisel toprak ve humusu dolguda kullanmak. Doğrusu: Organik katman ayrılır ve uzaklaştırılır.
• Hata: Kazı tabanında su birikmesini görmezden gelmek. Doğrusu: Taban suyu kazıyı ve taban taşımasını bozar, drenaj kurulmalıdır.
• Hata: Grobetonu temel ölçüsü üzerinden hesaplamak. Doğrusu: Grobeton kazı paylı taban alanı üzerine serilir.
• Hata: Zemin sınıfını bilmeden iş makinesi seçmek. Doğrusu: Zemin etüdü olmadan makine planlanmamalıdır.

Özet

Kazı işleri, zeminin taşıma gücüne ve toprağın niteliğine göre dört sınıfa ayrılır; sınıf kazma kolaylığını ve çıkan toprağın nereye taşınacağını belirler. Düz tabanlı dik kazıda hacim V = A · h, şevli kazıda ortalama alan yöntemiyle V = (A_taban + A_üst) / 2 · h, prizmatik yöntemle V = h / 6 · (A_taban + 4 · A_orta + A_üst) kullanılır. Kazı payı, kazıcı kol açıklığının sığdırılması için iki tarafta 0,50 m ve tabanda 0,30 m eklendiği paydır. Şev açısına bağlı yatay açılım y = h / tan(α) bağıntısıyla bulunur; 45 derecede açılım derinliğe eşittir. Dolgu sıkışma payı kum ve çakılda %20, killi zeminlerde %25'tir. Kazı derinliği 2,00 metreyi aştığında direkli iskele, konsol duvar veya ankrajlı yöntemlerden birine geçilmelidir.

Kendini dene

12 m × 9 m ölçüsünde, 1,80 m derinliğinde bir temel kazısı planlanmaktadır. İki tarafta 0,50 m ve tabanda 0,30 m kazı payı bırakılacaktır. Önce paylı taban ölçülerini ve alanını bulunuz, sonra kazı hacmini ortalama alan yöntemiyle hesaplayınız. Aynı kazıyı 45 derecelik şevle kazarsanız üst ölçüleri ve prizmatik hacmi de hesaplayıp iki sonucu karşılaştırınız. Son olarak 10 m³ kapasiteli kaç kamyon seferi gerektiğini bulunuz. Kendi cevabınızla kitaptaki örnek çözümü karşılaştır; ölçü ve alan hesabı doğruysa 6 puan, hacim hesapları doğruysa 6 puan, karşılaştırma yorumu doğruysa 3 puan verin.