Zemin çivisi, kazı takviye uygulamalarında ve şev stabilitesinin desteklenmesinde zemine yük aktarımını sağlayan bir yapı elemanıdır. Zemin çivileri genellikle çelik veya fiber donatılardan oluşmaktadır, ancak zemine yük transferini geliştirmek ve paslanmaya karşı koruma sağlamak amacıyla genellikle etrafı çimento enjeksiyonu ile kaplanmaktadır. Aynı zamanda, çivi etrafındaki enjeksiyon çevre alanını büyüterek birim boyda mobilize olan çevre kuvvetini arttırmaktadır. Ayrıca zemin çivili dayanma yapılarında daha sonra değinilecek olan kaplama önemli bir yapıdır. Kaplama, aktif bölgenin stabil kalmasında etkin bir rol oynamaktadır. Zemin çivisi çok basit bir tabirle zemine tesis olmuş pasif ankraj olarak da tanımlanabilir.
Zemin Çivisi Kavramı
Zemin çivisi yöntemi, mevcut zemini takviye etmek veya güçlendirmek amacıyla şev ve kazılarda “çivi” olarak adlandırılan çelik çubukların yukarıdan aşağıya doğru zemine yerleştirilmesi işlemidir. Bu işlemle kendisini tutabilen kararlı bir zemin kesiti oluşturulmaktadır. Çiviler genel olarak çekmeye çalışmakla birlikte kayma yüzeyi civarında çivilerde eğilme ve kesme tesir kuvvetleri de oluşmaktadır. Takviye elemanları yatay veya kısmen yatay biçimde, zemindeki ana çekme gerilmesinin doğrultusuna takriben paralel olarak yerleştirilirler. Bu şekilde yerleştirmenin temel amacı, dengeyi bozan kuvvetlere doğrudan doğruya direnç göstererek ve kısmen normal gerilmeleri ve bunun sonucu olarak potansiyel kayma yüzeylerindeki kesme direncini arttırarak zeminin desteklenmesine katkıda bulunmaktır . Zemin çivisi uygulaması ile zeminin stabilitesinin arttırılması aşağıdaki şekilde gerçekleşmektedir:
a) Kohezyonsuz zeminlerde potansiyel kayma yüzeyi boyunca normal kuvveti ve buna bağlı olarak kayma direncini arttırarak,
b) Kohezyonlu-kohezyonsuz zeminlerde potansiyel kayma yüzeyi boyunca kaydırıcı kuvveti azaltarak zeminin stabilitesi attırılmaktadır.
Zemin çivili dayanama yapılarında, iksa yüzeyinin genellikle kaplanması gerekmektedir ve bu kaplama tipik olarak hasır çelik donatı ile takviye edilmiş püskürtme beton şeklindedir . Zemin çivileri kayma eğilimi gösteren aktif-hareketli zemin kütlesini bu birim arkasındaki pasif-durağan kütleye bağlayarak kararlı bir zemin kütlesi oluşturur. Bu kararlı yapı arkasındaki zemin için bir nevi ağırlık yapısı olarak çalışmaktadır. Zemin çivisi metodunun kullanım alanı ayrışmış ve sağlam kayalara kadar değişik zemin türlerini içeren geniş bir yelpazeye yayılmıştır. Zemin çivisi tekniğini cazip kılan başlıca unsurlar ekonomik oluşu, yapım elastikiyeti, bilhassa kentsel ortama uygun küçük yapı teçhizatı ile uygulanabilme kabiliyeti ve özel uygulamalara uyumlu olma özelliğidir.
Zemin Çivisi Yönteminin Avantajları
Zemin çivisi yöntemi, diğer geleneksel istinat yöntemlerine göre teknik ve ekonomik üstünlüklere sahiptir. Bu üstünlükler, aşağıda sıralananlarla sınırlı kalmamakla birlikte, şu ana başlıklar altında toplanabilir.
Zemin çivilerinde kaplama, ankrajlara oranla daha kısa, ince ve esnek olarak inşa edilmekte ve püskürtme beton tabakası veya beton kaplamalı olarak teşkil edilmektedir. Dolayısıyla toplam imalat maliyeti daha düşük olmaktadır.
Sistemin uygulama açısından esnek olması değişik zemin ve kazı koşullarına kolayca adapte edilmesini sağlamaktadır. Tasarım değişiklikleri ve bu durumun şantiye koşullarına uygun hale getirilmesi uygulama esnasında rahatlıkla yapılabilmektedir.
Çivilerin tesisi için hafif ve basit ekipmanlar kullanılmaktadır. Ulaşımın zor olduğu şantiyeler için bu durum önemli olmaktadır. Bu tür ekipmanların kullanılması maliyetin düşmesi sağlayan diğer bir husustur.
Sistemde çok sayıda çivi kullanıldığından bir çivinin taşıma özelliğini kaybetmesi geleneksel ankraj sisteminde aynı olayın gerçekleşmesine göre tüm sistemin stabilitesi için önemli bir kayba neden olmamaktadır.
Bloklu, çakıllı ve ayrışmış kaya birimleri içeren heterojen zeminlerde, çivilerin tesisi için küçük bir çap ve kısa bir delik uzunluğu yeterli 8 olmaktadır. Dolayısıyla asker kazık tesisine ve getirisi olan maliyet artışına gerek kalmamaktadır.
Zemin çivili yapılar geleneksel rijit yapılara göre daha esnek bir özelliğe sahiptir. Bu tür yapılar, çevre zemin ile daha kolay etkileşime girerler ve tüm doğrultularda, daha büyük toplam ve diferansiyel zemin hareketlerini karşılarlar.
Sistemde meydana gelen deformasyonlar, ilave çivilerin tesisi ile kontrol altına alınabilmektedir.
