İstinad Duvarı | 20

İstinad Duvarı

Eğimli arazilerde araziden faydalanmak amacı ile zemini mevcut şev açısından daha dik açı ile tutmak, arkasında duran zeminin kayma ve göçmesini engellemek, en temelde yanal yükleri karşılamak amacıyla inşa edilen yapılar istinad duvarı (Şekil 1) olarak tanımlanmaktadır.

istinad duvarı türleri
Şekil 1. İstinad duvarı örnekleri

İstinad duvarları ağırlık, yarı ağırlık, konsol ve payandalı olmak üzere dört farklı türde kullanılmaktadır. İstinad duvarlarının türleri ve yanal yüklere direnç gösteren diğer yapıları dayanma yapıları yazımda ele almıştım. Dayanma yapıları türleri hakkında daha detaylı bilgi edinmek için on dokuzuncu yazımı okuyabilirsiniz.

İstinad duvarları, dayanma yapısı türlerinden en yaygın bilinenidir. Bu yazımda istinad duvarları tasarımını, duvara etkiyen yükleri, bu yükler altında istinad duvarları stabilitesinin sağlanması için hangi kontrollerin yapılması gerektiği ve yanal toprak basınçları konularına değineceğim.

İstinad Duvarı Tasarımı

Bir istinad duvarı tasarımında boyutlandırma yapmadan önce duvarın yapılacağı arazi bölgesinin topografyası incelenir. Arazide erozyon riski olup olmadığı, don derinliği, yer altı su seviyesi ve deprem esnasında zemin davranışının nasıl olacağı gibi ön durumlar belirlenmelidir.

Araziye dair gerekli ön bilgiler elde edildikten sonra istinad duvarı üzerine gelebilecek yükler (Şekil 2) doğru ve eksiksiz olarak belirlenmeli, büyüklükleri hesaplanmalıdır. Gerekli büyüklükler belirlendikten sonra istinad duvarının devrilmeye karşı güvenliği, kaymaya karşı güvenliği, temel taşıma gücü kontrolü, oturma kontrolü ve toptan göçme tahkikleri yapılmalıdır.

Şekil 2. İstinad duvarı üzerine etkiyen yükler

Şekil 2 de gösterilen Pas, zeminden kaynaklı oluşan statik aktif yanal toprak kuvvetini, Qas dış yük (sürsaj) den kaynaklı statik aktif yanal kuvveti, Pad, depremden kaynaklı zeminin oluşturduğu dinamik yanal toprak kuvvetini, Qad, depremden kaynaklı sürsaj yükünün oluşturduğu dinamik aktif kuvveti, Ppd ise depremden dolayı perde üzerine etkiyen yatay kuvveti ifade etmektedir.

İstinad yapılarının tasarımda en belirleyici durum, bünyelerine etkiyen zemin basıncıdır. Etkiyen bu zemin basınçları yanal toprak basıncı olarak tanımlanmaktadır. İstinad duvarı tasarımında stabilite kontrollerine geçmeden yanal toprak basınçları hakkında daha detaylı bilgiler öğrenelim.

Yanal Toprak Basıncı

Zemin kütlesinde var olan veya dışardan gelen herhangi bir dış yük ile gelişebilen yanal toprak basıncı; malzemenin, dayanım, gerilme-şekil değiştirme gibi mühendislik özelliklerine bağlıdır. İstinad duvarı üzerine etkiyen yanal toprak basınçları; aktif toprak basıncı, pasif toprak basıncı ve sükûnetteki toprak basıncı olmak üzere üç türden oluşmaktadır.

Aktif toprak basıncı: Yanal gerilmenin minimum değere ulaştığı toprak basıncı olarak tanımlanmaktadır. Aktif toprak basıncında istinad duvarı dolgudan dışarıya doğru küçük yer değiştirme hareketi yapar. Bu yer değiştirme hareketi anında zeminin göçtüğü anda oluşan basınç değeri de aktif toprak basıncı olarak tanımlanmaktadır. Aktif yanal toprak basıncı Eşitlik 1 ile hesaplanmaktadır.

Eşitlik 1. Aktif yanal toprak basıncı

Eşitlik 1 de Ka: aktif toprak basıncı katsayısını, c zeminin kohezyon değerini, u ise boşluk suyu basıncı değerini ifade etmektedir. Aktif toprak basıncı katsayısı Rankine ve Coulomb tarafından araştırılmış ve belirli kabuller yapılarak sayısal olarak tanımlanmıştır. Rankine ve Coulomb teorileri ve yapılan kabuller yazının devamında verilmiştir.

Pasif Toprak Basıncı: Yanal gerilmenin maksimum değere ulaştığı toprak basıncı olarak tanımlanmaktadır. Pasif toprak basıncında istinad duvarı zemin geri dolgusuna doğru küçük yer değiştirme hareketi yapar. Bu yer değiştirme hareketi anında zeminde kabarma oluşur. Kabarmayı oluşturan yanal basınç da pasif toprak basıncı olarak tanımlanmaktadır. Pasif yanal toprak basıncı Eşitlik 2 ile hesaplanmaktadır.

Eşitlik 2. Pasif yanal toprak basıncı

Eşitlik 2 de verilen Kp: pasif toprak basıncı katsayısını, c zeminin kohezyon değerini, u ise boşluk suyu basıncı değerini ifade etmektedir. Aktif ve pasif toprak basıncı dağılımları Şekil 3 de gösterilmiştir.

Şekil 3. İstinad duvarında aktif ve pasif durum

Sükûnetteki Toprak Basıncı: Bu toprak basıncında zeminde ve duvarda herhangi bir hareket gözlenmez. Stabil durumdaki toprak basıncı olarak tanımlanır. Sükûnetteki toprak basıncı Eşitlik 3 ile hesaplanmaktadır.

Eşitlik 3. Sukünetteki yanal toprak basıncı

Eşitlik 3 de verilen Ko toprak basıncı katsayısı olup Eşitlik 4 de verilen değerler ile hesaplanır. Eşitlik 4 de 1. durum zemin kuru kum iken, 2. durum zemin normal konsolide kil iken, 3. durum ise zemin aşırı konsolide kil iken kullanılır. Eşitlik 4 de verilen O.C.R zeminin aşırı konsolidasyon oranını ifade etmektedir.

Eşitlik 4. Sukünetteki toprak basıncı katsayısı

Rankine Teorisi

Aktif ve pasif yanal basınç katsayısının belirlenmesinde en temel kullanılan teoridir. Rankine yanal basınç teorisinde; duvar ile zemin arasında sürtünme olmadığı ve duvarın rijit, dik olduğu, zemin yüzünün yatay olduğu, duvar arakasındaki zeminin homojen, izotrop bir malzeme olduğu ve zeminde meydana gelecek göçmenin üçgen kama şeklinde olduğu kabullerini yapmıştır (Şekil 4). Bu kabuller altında duvar arakasında oluşan gerilmeler birer asal gerilme olmakta ve aktif gerilme küçük asal gerilmeyi oluştururken, düşey gerilme göçme anındaki büyük asal gerilmeyi oluşturmaktadır (Şekil 5).

Şekil 4. Rankine teorisi
Şekil 5. İstinad duvarında aktif ve pasif durum kırılma zarfı

Rankine teorisine göre aktif ve pasif yanal toprak basıncı katsayıları Eşitlik Eşitlik 5 ile hesaplanmaktadır. Eşitlik 5 de eğer zemin ortamında yer altı suyu varsa efektif parametre değerleri kullanılmalıdır. Ka değeri aktif yanal toprak basıncı katsayısını, Kp değeri de pasif yanal toprak basıncı katsayısını ifade etmektedir.

Eşitlik 5. Rankıne aktif ve pasif toprak basıncı katsayısı

Coulomb Teorisi

Yanal toprak basıncının belirlenmesinde kullanılan Coulomb teorisi daha geniş bir istinad yapısını kapsamaktadır. Rankine teorisinin aksine, Coulomb teorisinde duvar ile zemin arasındaki sürtünme kuvveti, duvarın arka yüzeyinin eğimli olması, duvar arkasında birden fazla zemin olabileceği durumları göz önünde bulundurulmuştur (Şekil 6). Bunların yanında Coulomb teorisinde eğer ortamda belirli bir yer altı suyu varsa zeminin tamamen doygun olduğu kabul edilir.

Şekil 6. Coulomb teorisi

Coulomb teorisine göre aktif ve pasif yanal basınç katsayıları Eşitlik 6 ile hesaplanmaktadır.

Eşitlik 6. Coulomb aktif ve pasif toprak basıncı katsayısı

İstinad Duvarı Stabilite Tahkikleri

İstinad duvarlarında en temel tasarım koşulu gelen yanal basınçların doğru olarak belirlenmesi ve su basıncının hesaba katılmasıdır. Gerekli tüm yanal basınçlar belirlendikten sonra istinad duvarlarında yaklaşık bir ön boyutlandırma yapılır (Şekil 7). Yapılan ön boyutlandırma üzerinden devrilmeye karşı güvenlik sayısı, kaymaya karşı güvenlik sayısı ve temel taşıma gücü kontrolleri yapılır. Bu kontrollere ek olarak toptan göçme tahkiki de yapılarak duvarın nihai boyutları elde edilmeye çalışılır.

Şekil 7. Istinad duvarı ön boyutlandırma

Devrilmeye Karşı Güvenlik: Ön ampatman alt ucuna göre alınan devrilmeye karşı direnen momentlerin, deviren momentlere oranı, devrilmeye karşı güvenlik sayısını verir (Şekil 8). Yapılan birçok çalışma neticesinde granüler zeminler için devrilmeye karşı güvenlik sayısı statik yükler altında en az 2.0, dinamik yükler altında en az 1.3 olmalıdır.

Şekil 8. Devrilmeye karşı güvenlik

Kaymaya Karşı Güvenlik: Kaymaya karşı duran kuvvetlerin, kaydıran kuvvetlere oranı kaymaya (ötelenme) karşı güvenlik sayısını vermektedir (Şekil 9). Granüler zeminlerde kayma güvenlik sayısı statik yükler altında en az 1.5, dinemik yükler altında en az 1.1 olmalıdır.

Şekil 9. Kaymaya karşı güvenlik

Şekil 9 da Ca değeri genelde taban zemini kohezyon değerinin 2/3 ü olarak alınır.

Temel Taşıma Gücü Kontrolü: İstinat duvarlarının tabanda oluşturdukları düşey basınçlar, zemin nihai taşıma gücüne göre de kontrol edilmelidir. İstinat duvarı tabanındaki gerilme dağılımı ön ampatmanda en büyük, arka ampatmanda en küçük olacak şekilde dağılım göstermektedir. İstinat duvarlarında oluşan maksimum ve minimum gerilmeleri hesaplayabilmek için dış merkezliği tanımlamak gerekir. Dış merkezlik (e), taban genişliğinin yarısı (B/2) ile tabana gelen düşey kuvvetlerin toplamının etki ettiği nokta (x) arasındaki farktır (Şekil 10).

Şekil 10. Temel taşıma gücü

İstinad duvarları tasarımında zeminde çekme gerilmesi oluşması istenmediğinden e değerinin B/6 değerinden küçük olması gerekmektedir. Bu kuralın sağlanacağı şekilde yapılan boyutlandırma neticesinde istinad duvarı tabanındaki maksimum ve minimum gerilmeler hesaplanır. Hesaplanan maksimum gerilme zemin nihai taşıma gücünden küçük olmalı ve minimum gerilme sıfırdan büyük olmalıdır.

Ön ampatman: İstinad duvarı temelinin gövdeden önde kalan kısmı olarak tanımlanır.
Arka ampatman: İstinad duvarı temelinin gövdenin arkasında kalan kısmını ifade etmektedir.

Toptan Göçme Kontrolü: Istınad duvarı tasarımında toptan göçme kontrolü için link 1 e tıklayabilirsiniz.

Istinad duvarı tasarımına değinmeye çalıştığım yazımı okuduğunuz için teşekkür ederim.

Sevgiyle kalın 🙂

No Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir