İSTİNAT YAPILARI TASARIMI

İstinat Duvarı Tasarım Kriterleri ve

Tasarım İlkeleri

Yrd.Doç.Dr. Pelin ÖZENER

İnşaat Mühendisliği Bölümü

Geoteknik Anabilim Dalı

Duvar Tasarımı için Yükler

Toprak basınçları

Ölü veya canlı sürşarj yükleri

Duvar ağırlığı

Isı ve büzülme etkileri

Deprem yüklerini

Duvar Tasarımı

Klasik duvarların

Ağırlık (taş) duvarları

Yarı ağırlık duvarları (beton)

Konsol (betonarme)

olmak üzere başlıca üç türü vardır.

Duvar Tasarımı

Konsol duvarlarda yüksekliğin fazla olması halinde daha ekonomik kesitlerle çözüm oluşturmak amacıyla duvar arkası veya önünde duvarın gövde ve taban plağını birleştiren üçgen şekilli payandalar oluşturabilir.

Payandalar en az 2.5 m aralıklarla (yüksekliğin ’ü arasında) düzenlenir.

Gövde plağındaki momentin daha iyi bir dağılımı için gövde plağı arkasında bir konsol oluşturularak yanal gerilmeler azaltılabilir.

1 2~

3 3

Duvar Tasarımı

Klasik duvarlar aşağıda gösterilmektedir.

Ağırlık Tipi İstinat Duvarları

Ağırlık tipi duvarlar bilinen en eski dayanma yapılarıdır.

Betondan veya kaya molozlarından taş duvarlar şeklinde inşa edilirler.

Duvar arkasındaki dolgu yükleri duvarın kendisi ağırlığı ile taşınır.

Yapısı nedeniyle, duvar arkası yükler nedeniyle çekme gerilmeleri genellikle oluşmaz veya çok düşük değerlerde oluşurlar.

Bu nedenle bu tip duvarlarda genellikle çelikle güçlendirme yapılmaz.

3 m yüksekliğe kadar ekonomiktir.

Beton veya taş

duvar

Harç

Taş

Konsol Tipi İstinat Duvarları • Konsol istinat duvarları betonarme olarak inşa

edilirler

• Tipik olarak yatay bir temel ve düşey bir duvardan

oluşurlar.

• Topuk altındaki zemin kütlesinin ağırlığı duvarın stabil

kalmasını sağlar.

• Konsol duvarlar 10 m yüksekliğe kadar ekonomiktir.

Zemine sabitlenmiş düşey konsollar gibi çalışırlar.

İstinat Duvarlarının Tasarım Kriterleri

Duvar tasarımında yüksekliğe bağlı olarak aşağıdakine

benzer bir ön boyutlama düşünüp daha sonra güvenlik

araştırmalarına göre gerekiyorsa boyutları küçültmek ya da

büyütmek yoluna gidilmektedir.

Payandalı duvarların yükseklikleri 7-8 m’ yi bulabilmektedir.

Gövde

Gövde

Duvar arkası

malzemesi

Duvar arkası

malzemesi

GÜVENLİK ARAŞTIRMALARI

Bir duvarın güvenli olarak tasarlandığı

Öne doğru topuk etrafında devrilmeye

Taban boyunca öne ötelenmeye

Tabanda taşıma gücüne ve oturmalara karşı yeterli güvenlikte olduğunun gösterilmesiyle incelenir.

Bunun yanı sıra duvarın oluşturulduğu yamaçta, duvarı da içerisine alacak biçimde toptan bir yamaç göçmesine karşı yeterli güvenliğin olduğu gösterilmelidir.

Bir istinat duvarı aşağıdaki tüm durumlarda stabil olmalıdır.

A- Dönmeye zorladığında B- Kaymaya zorladığında C- Taşıma gücü problemlerinde

D- Derin yüzeyli kayma

göçmelerine karşı E- Aşırı oturmalara karşı F- Duvar tabanına bir normal

kuvvet etkimesi halinde

Klasik Duvarlara Gelen Zemin İtkisi

Bu duvarlar, arkadaki zemin itkisi ile öne

doğru ötelenme ve dönme türünde yer

değiştirme yaptıklarından arka tarafta

doğan zemin itkisinin aktif zemin itkisi

olduğu varsayılabilir.

Duvarın türüne göre Rankine veya

Coulomb yanal itki kavramlarından

yararlanılarak zemin itkisi hesaplanabilir.

Klasik Duvarlara Gelen Zemin İtkisi

Klasik Duvarlara Gelen Zemin İtkisi

Ağırlık türü duvarlarda duvar arkasında toplam

itki (a)’da gösterildiği üzere Coulomb yanal aktif

itki katsayısı göz önüne alınarak duvarın H

yüksekliği için hesaplanabilir.

Diğer bir seçenek olarak arka topuktan geçen

aa' sanal bir yüzeyin duvar tarafındaki kalan

zeminin duvarla birlikte hareket ettiği

düşünülerek H' yüksekliğinde düşey duvara

gelen itki bulunabilir.

Bu durumda eğik zemin yüzeyi için değiştirilmiş

Rankine çözümü ile aktif itki katsayısı bulunup

toplam itki H' yüksekliği için hesaplanmalıdır.

Klasik Duvarlara Gelen Zemin İtkisi

Benzer çözüm (c)’de görüldüğü üzere

konsol duvarlar için de yapılabilir. (b) ve

(c) çözümlerinde duvarla birlikte hareket

ettiği varsayılan zemin kütlesi ağırlığı Ws

duraylılık analizlerinde duvar ağırlığı yanı

sıra ayrıca göz önüne alınmalıdır.

Çizgisel Yük Etkisi

Duvar arkası aktif zemin itkisinin yanı sıra

zemin üzerine etkime olasılığı olan çizgisel

bir yükün duvara yapacağı etkiyi

belirlemek için,

400 lik açı ile duvar arkasına etkitilerek yeri

belirlenir ve büyüklüğü

PaQ=Q x Ka

Çizgisel ve yayılı yük etkisi

Pa1

Pa2

q.Ka .H.Ka

Pa3

q=7 kN

W2W1

W3

Yayılı Yük Etkisi

2

2

Devrilmeye Karşı Güvenlik

Devrilmeye Karşı Güvenlik Wi’ler duvar ölü ve topuk üzeri zemin ağırlıklarıdır.

Duvarın arkasında aktif, önünde pasif gerilmelerin doğduğu varsayılmıştır.

Duvar arka dolgusu granüler nitelikte olduğu düşünülüp aktif itki bileşeninin H’/3’te etkidiği gösterilmiştir.

Gösterilen kuvvetlerden aktif itkinin yatay bileşeni duvarı devirici, diğer tüm kuvvetler devrilmeyi önleyici momentler doğurmaktadır.

Önleyici momentlerin devirici momentlere oranı devrilmeye karşı güvenlik sayısıdır.

Devrilmeye karşı güvenlik için 2.0 gibi bir değer yeterlidir.

Deprem yükleri altında güvenlik en az 1.3 olmalıdır.

Devrilmeye Karşı Güvenlik

Duvar önünde doğacağı varsayılan pasif itki erozyon ya da sonradan kazı olasılığı ile etkimeyebileceği düşünülürse güvenlik olarak göz önüne almamak daha doğru bir yaklaşımdır.

Rdevrilme

O

MFS

M

Ötelenmeye Karşı Güvenlik Duvarın OO' tabanında dışa doğru ötelenmeye karşı

güvenlik, ötelenmeye karşı duran kuvvetlerin öteleyici

kuvvetlere oranı olarak tanımlanır ve en az 1.5 güvenlik

sayısı aranır.

Depremli durumda en az 1.1 olduğu gösterilmelidir.

Ötelenmeye karşı direnen kuvvetler OO' boyunca doğan

kayma dayanımı direnci ile Pp pasif itkisidir. Tabanda

duvar-zemin sürtünme açısı 2, adezyon ca ile

gösterilirse ötelenmeye karşı güvenlik

2( )

cos

a p

kayma

a

v tg Bc PFS

P

Ötelenmeye Karşı Güvenlik (v) OO' üzerindeki tüm düşey kuvvetler olup Pa’nın

düşey bileşeni Pv de katılmalıdır.

Yukarıdakine benzer şekilde Pp fazladan bir güvenlik amacıyla göz önüne alınmayabilir.

2 sıkıştırılmış taban zeminine dökülecek beton nedeniyle zemin içsel sürtünme açısına eşit alınabilir

ca zemin kohezyonunun (0.5 ~ 0.7) katı kadar olduğu düşünülebilir.

Ötelenmeye Karşı Güvenlik •Ötelenmeye karşı güvenlik yeterli değilse duvar altında bir

diş oluşturulabilir.

•Dişin gövde donatısı uzatılarak elde edilmesi düşünülebilirse

de arka topukta oluşturulması daha etkin olabilir.

•Diş oluşturmak yerine

taban genişliğinin

artırılması daha

ekonomik olabilir.

Taşıma Gücü Yönünden Güvenlik Düşey bileşke (v)’nin etkime yeri O noktasına göre

moment alarak bulunabilir. Bu bileşkenin taban orta 1/3

sınırları içerisinde olması halinde tabanda trapez biçimli

ve her iki tarafta basınç gerilmeleri doğuracağı

mukavemet biliminin temel bilgilerindendir.

Taşıma Gücü Yönünden Güvenlik

Bu durumda simetri eksenine göre eksantirisite

e ise taban gerilmeleri

max,min

6(1 )

v eq

B B

0

2 6

RM MB B

Ve

Be x '

2

Taşıma Gücü Yönünden Güvenlik Düşey kuvvet bileşeni (b)’de gösterildiği gibi orta 1/3 çekirdeğinin

dışında etkiyorsa en az gerilme, çekme gerilmesi olup tabanın

zeminden ayrılması (negatif gerilmeler alınamayacağından) anlamına

gelecektir.

Bu tarafta gerilme sıfır olacağından (b) de gösterildiği gibi yeni bir

gerilme dağılımı olacaktır.

Bu durumda V kuvvetinin

çekirdek sınırına denk gelmesi

anlamına geleceğinden

gerilmenin etkidiği taban

olacaktır. Düşey kuvvet

dengesi yazılırsa

max3( ) .2 2

qBv e

Taşıma Gücü Yönünden Güvenlik

• Zeminin taşıma gücüne karşı güvenlik katsayısı aşağıdaki şekilde hesaplanabilmektedir:

• Eşitliklerde

• qall İzin verilebilir taşıma gücü,

• q max ise taban basıncını göstermektedir.

• qu Temelin birim alanı için son taşıma gücüdür.

uall

qq

F

max

allqF

q

Taşıma Gücü Yönünden Güvenlik

qu= c Nc + q Nq + ½ B N

Burada;

qu: Temelin birim alanı için son taşıma gücüdür.

c : Zeminin kohezyonu

Nc, Nq , N : İçsel sürtünme açısı ’ ye bağlı taşıma gücü faktörleri

: Zeminin birim hacim ağırlığı

B : Temel genişliği

q : temel düzeyindeki sürşarj gerilmesidir.

Taşıma Gücü Yönünden Güvenlik

Toptan Göçmeye Karşı

Güvenlik

Toptan Göçmeye Karşı

Güvenlik

Duvar Güvenliğinde Diğer Konular Duvarların güvenlik araştırmalarında duvar

yapımından sonra duvar arkasında inşaat malzemesi ve makine bulundurulmasının etkileri 15 kPa mertebesinde bir ek yayılı yük gözetilerek göz önüne alınabilir.

Sınırlı bir alanda duvar arkası dolgusunun sıkıştırılması aktif ve hatta sükunetteki zemin itkilerinden daha büyük gerilmeler doğuracağı göz önüne alınmalıdır.

Kil-silt yüzdesi %15’den fazla malzemeler genelde arka dolgu için uygun değildir.

Zorunlu halde kullanılmaları halinde drenajdaki zorluk nedeniyle zemin itkisi yanında su basınçlarının da göze alınması gerektiği açıktır.

Duvar Güvenliğinde Diğer Konular İnce dane oranı yüksek dolgu

kullanılacaksa şişme ve don etkisi olasılığı gözönünde bulundurulmalıdır.

Genelde CL, MH, ML, OL grubuna giren siltler ve killi siltler dona karşı, CH grubu killer şişmeye karşı duyarlı olduklarından atmosferik etki ve sudan korumak (zemin yüzünde geçirimsiz tabaka veya membran), duvar arkasında şişme basınçlarını sönümleyecek filtre malzemesi yerleştirmek iyi bir uygulamadır.

Duvar Güvenliğinde Diğer Konular Duvar arkasında topukta yatay drenaj borusu

yerleştirmek ve duvarda barbakan delikleri oluşturmak

drenaj için mutlak gereklidir.

Dolgu malzemesinin delik veya boruya doğru yıkanması

uygun bir filtre malzemesi veya geotekstil malzeme ile

önlenmelidir. Filtre malzemenin filtre koşulları adı ile

bilinen özelliklerde olması gerekmektedir.

Duvar Güvenliğinde Diğer Konular

Duvarların boyuna doğrultuda her 8-12 m

de düşey büzülme derzleriyle ayrılması

genel bir uygulamadır.

Dış kalıba düşey bir şerit yerleştirilerek

sağlanacak bu derzler ısı veya priz

nedeniyle olabilecek çatlakların görünümü

bozmasını engellemektedir.