tÜnellerİn sİsmİk tasarimina gİrİŞ - yapı merkezi · 2019. 1. 7. · sağlayan sismik...
TRANSCRIPT
-
1
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
TÜNEL DERSİ
Bölüm 6’
TÜNELLERİN SİSMİK TASARIMINA GİRİŞ
Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU
Yapı Merkezi AR&GE Bölümü
2015/İstanbul
-
2
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
AÇIKLAMA NOTU
Bilgi föyünün hazırlanmasında ülkemizde tünel mühendisliği konusunda büyük bilgi birikimi ve deneyimleri olan Yapı Merkezi
İnşaat A.Ş.’ nin arşivlerinden ve yayınlarından geniş ölçüde istifade edilmiştir.
Çalışmanın dijital ortamda hazırlanmasında büyük emeği geçen Yük.Müh. Fatma Sevil MALCIOĞLU, Dr. Müh. Burak GÖKÇE ve
Prof. Dr. Müh. Ali Osman YILMAZ’ a teşekkür edilir.
Bu çalışma kamusal yarar gözetilerek hazırlanmıştır.
Çalışmada kullanılan bilgi föyleri, sunu malzemesi vs. kaynak gösterilmek kaydıyla kullanılabilir.
Bilgi föyü kapsamında yapılan bütün çıkarımlar, değerlendirmeler ve görüşlerden Ergin ARIOĞLU sorumludur. Çalıştığı
kurumu bağlamaz.
“Bu ülkede, okumaya karşı istek artmadıkça,
gaflet ve bu gafletten doğacak felaket azalmaz” (Benjamin FRANKLIN)
Tünelle ilgili çeşitli konularda daha geniş bilgi almak isteyenler Yapı Merkezi web sitesi olan www.yapimerkezi.com.tr adresi,
“Ar – Ge Yayınları” bölümünden temin edebilirler.
-
3
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
DEPREM VE TEMEL GEOMETRİK BOYUTLARI Deprem
En genel tanımı ile yerin altında gevrek/masif kaya kütlelerinin yer hareketleri (sıkışma, açılma, bindirme) sonucunda
kırılarak biriktirdikleri "deformasyon enerjisi" ‘ nin , "sismik enerji" ‘ ye dönüşmesidir. Kırılma noktasına gelmesini
sağlayan sismik moment (Mo) diğer bir anlatımla bir fay kırığınıda depolanan enerjinin boyutu şu faktörlere bağlıdır:
• Fayın-yırtılan kırık- kayma alanı (Af) (Yüzeyde gözlenen kırık uzunluğu (L)xArtçı şokların ortalama derinliği), m2
• Ortalama yerdeğiştirme miktarı (D), m
• Fay alanı içinde yer alan kayanın kayma modülü, N/m2. Örneğin, yüzey kırıklarında bu değer, µ=3 x 1010 N/m2
alınabilir (Day, 2002).
Sismik Moment:
𝑴𝒐 = 𝝁 ∙ 𝑨𝒇 ∙ 𝑫, 𝑵 ∙ 𝒎
Kaynak: FHWA,2011’den değiştirilmiştir.
-
4
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
DEPREM VE TEMEL GEOMETRİK BOYUTLARI Deprem
Kanamori, 1977 ve Hanks ve Kanomari, 1977, deprem büyüklüğü (Mw) için aşağıdaki beğıntıyı önermişlerdir:
𝑴𝒘 = −𝟔. 𝟎 + 𝟎. 𝟔𝟕𝒍𝒐𝒈 𝑴𝒐 = −𝟔. 𝟎 + 𝟎. 𝟔𝟕 ∙ 𝒍𝒐𝒈 𝝁 ∙ 𝑨𝒇 ∙ 𝑫 , 𝒃𝒐𝒚𝒖𝒕𝒔𝒖𝒛
Dünyada kaydedilen en büyük depremler,
• 1960 Şili Mw=9.5,
• 1964 Alaska, Mw=9.2’dir (Day, 2002).
Ülkemizde ise en büyük deprem, Kuzey Anadolu Fay sistemindeki 1938 Erzincan Mw≈Ms=7.8 depremdir. (Kuzey
Anadolu Fay (KAF) sisteminin en doğusunda aletsel dönemde gözlenen depremi olup, 40 bin can kaybı olduğu rapor
edilmektedir.)
-
5
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
DEPREM VE TEMEL GEOMETRİK BOYUTLARI Deprem
Bayrak ve Yılmaztürk, 1999 (Türkiye ve civarında oluşan 310 deprem verisinin alındığı) çalışmasında sismik moment,
Mo ile yüzey dalga büyüklüğü, Ms arasında,
𝒍𝒐𝒈 𝑴𝒐 = 𝟏. 𝟑𝟑𝟑 ∙ 𝑴𝒔 + 𝟏𝟕. 𝟑𝟐, 𝑴𝒔 ≥ 𝟓
Regresyon ifadesini vermiştir. Örneğin, Ms=7.8 için,
𝒍𝒐𝒈 𝑴𝒐 = 𝟏. 𝟑𝟑𝟑 × 𝟕. 𝟖 + 𝟏𝟕. 𝟑𝟐,= 𝟐𝟕. 𝟕𝟏𝟕
𝑴𝒐 = 𝟓. 𝟐𝟏𝟕 × 𝟏𝟎𝟐𝟕 𝒅𝒚𝒏𝒆 ∙ 𝒄𝒎
Fayın yırtılması sırasında boşalan enerji, sismik enerjini büyüklüğü ise, McCarhy, 1998’e göre,
𝑬 = 𝟏𝟎𝟒.𝟖+𝟏.𝟓𝑴𝒔 , 𝑱𝒐𝒖𝒍𝒆
olmaktadır. Deprem büyüklüğündeki "bir" ‘lik artış boşalacak enerjiyi 31.5 kat arttırmaktadır (Arıoğlu, Ergin ve diğ.,
2000).
-
6
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
TÜNEL SİSMİK ANALİZİNDE İZLENECEK AŞAMALARA AİT GENEL BİR AKIŞ DİYAGRAMI
Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006.
-
7
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMOLOJİYE GENEL BAKIŞ : ORTAMDA DALGA YAYILIMI
Sıkışma
Genişleme
P Dalgaları
S Dalgaları
Love Dalgaları
Dalga uzunluğu
Çift genlik
Rayleigh Dalgaları
Cis
im D
alg
ala
rı
Yü
ze
y D
alg
ala
rı
Deprem Dalgası Ö z e l l i k l e r i
Cis
im d
alga
ları
“P” Dalgaları
P dalgaları yayılma sırasında kayaları ileri-geri itip-çekerek dalgaların ilerleyiş yönüne paralel hareketler yaparlar. Tıpkı bir ucu sabit olan bir spiral yayı gerip de bıraktığımızdaki salınımı gibi hareket ederler. Yayılma hızları saniyede yaklaşık 8 km’dir. Deprem ölçüm merkezine en önce gelen bu dalgaların en önemli özelliklerinden birisi de her türlü ortamda -katı, sıvı ve gaz- ilerleyebilmeleridir
“S” Dalgaları
Deprem istasyonuna ikinci sırada ulaşan dalgalar olup, hızları saniyede yaklaşık 4.5 km kadardır. Gerek P gerekse S dalgaları-nın yayılma hızları geçtikleri jeolojik birimlerin özellikleri ile-katman kalınlığı, çatlak yapıları, porozite vb-yakından ilişkilidir.Bu dalgalar sadece katı ortamlarda ilerleyebilmekte ve cisimleri aşağıya-yukarıya ve sağa-sola doğru hareket ettir-mektedir. Dalgaların arasında en “tahripkar” olanıdır.
Yü
zey
dal
gala
rı Love Dalgaları
Yüzey dalgalarını en hızlısı olup, yeri sadece yatay düzlemde hareket ettirir .
Rayleigh dalgası
Bir göl veya denizin üzerinde yuvarlanan dalga salınımı gibi yer üzerinde hareket eder. Deprem sırasında hissedilen sallantıların çoğu, diğer dalgalardan çok daha büyük genlikli olan bu dalgalardan kaynaklanmaktadır.
Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006.
-
8
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMOLOJİYE GENEL BAKIŞ : ORTAMDA DALGA YAYILIMI
DEPREM DALGALARINA İLİŞKİN İFADELER
P Birincil-basınç-
dalgasının hızı 𝑽𝒑 =𝑲 +
𝟒𝟑𝝁
𝝆=
𝝀 + 𝟐𝝁
𝝆=
𝟏 − 𝝂 .𝑬
𝟏 + 𝝂 𝟏− 𝟐𝝂 𝝆
S İkincil- kayma-
dalgasının hızı 𝑽𝒔 =𝝁
𝝆=
𝑬
𝟐 𝟏+ 𝝂 𝝆
Lame değişmezi 𝝀 = 𝑲 −𝟐𝝁
𝟑=
𝝂𝑬
𝟏 + 𝝂 𝟏 − 𝟐𝝂
Bulk modülü -
Hacimsel modül- 𝑲 =
Gerilme değişimi
Hacimsel birim şekil değiştirme=
𝜟𝝈
𝜟𝑽 𝑽
Kayma modülü
𝝁 =𝑲𝒂𝒚𝒎𝒂 gerilmesi
𝑩𝒊𝒓𝒊𝒎 kayma şekil değiştirme=
𝝉
𝜸
Bazı kaynaklarda “ ” yerine “G” notasyonu kullanılmaktadır. Maksimum değeri – çok küçük birim kayma şekildeğiştirmede
𝛾 ≈ 10−6 − 10−5 :
𝝁𝒎𝒂𝒌 𝑮𝒎𝒂𝒌 = 𝝆. 𝑽𝒔𝟐
olarak ifade edilir.
Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006.
-
9
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMOLOJİYE GENEL BAKIŞ : ORTAMDA DALGA YAYILIMI
P - Dalgaları S - Dalgaları Yüzey dalgaları
İvm
e
İvm
e
İvm
e
S - Dalgaları Yüzey dalgaları
Yüzey dalgaları
1. Episantır yakınındaki istasyon
2. Episantırdan uzak istasyon
Zaman
Zaman
Zaman 3. Episantırdan çok uzak istasyon
Episantıra yakın bölgede alınan kayıtta ilkin P, sonra S dalgaları ve daha sonra yüzey dalgaları
sıralanmaktadır. S dalgalarının frekansları daha düşük buna karşın genlikleri P dalgasına kıyasla daha
büyüktür. Bu yüzden ki S dalgaları çok daha tahripkardır. Ayrıca, etkime süresi daha uzundur.
Episantırdan uzak bir istasyonda alınan kayıtta ise P dalgası sönümlendi-ğinden ötürü gözlenmemektedir.
Özellikle S dalgalarının varlığı nedeniyle depremin “tahripkar” özelliği halen devam etmektedir. (Cisim
dalgalarının genlikleri odaktan itibaren artan R -odak uzaklığı- ile azalmaktadır.)
Episantırdan çok uzak bulunan bir istasyona sadece yüzey dalgaları ulaşmaktadır.
Deprem dalgalarının (ivme-
zaman) kayıt sisteminde geliş
süre ve genlikleri bazındaki
görünümleri Şekilde (Filratrault,
1998) şematik olarak
gösterilmiştir.
-
10
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
TÜRKİYENİN 1900-2003 DÖNEMİ DEPREMLER (Ms≥5) VE MEVCUT SİSMİK BOŞLUKLAR (*)
Türkiye ve yakın civarının sismotektonik yapısı (Deprem Araştırma Dairesinin haritası üzerine işlenmiş ilave
deprem büyüklükleri ve bazı fay sistemi ilaveleri ile birlikte) ve 20.yüzyılda kırılmadan kalmış mevcut sismik
boşluklar
* (Gediz ve B.Menderes hariç diğer tüm sismik boşluklar Demirtaş, Erkmen,2000 kaynağından alınmıştır)
Kaynak: Arıoğlu, Ersin, 2005.
1900-2003 DÖNEMİ DEPREMLER (Ms 5) VE MEVCUT SİSMİK BOŞLUKLAR (*)
EGE GRABEN SİSTEMİ
(EGS)
HELENİK KIBRIS YAYI
(HKY)
Adana-Kilikya havzasıRodos
havzası
Geyveboşluğu
Yedisu boşluğu
Argıthanı boşluğu
Aksu boşluğu
Antalya körfezi boşluğu
Zafer boşluğu
Andırın boşluğu
Türkoğluboşluğu
Marmaraboşluğu
Vanboşluğu
Hazar (Palu –Sincik)boşluğu
Yüksekovaboşluğu
Ardahanboşluğu
Çayırlı-Aşkaleboşluğu
Gökova körfezi boşluğu
Gediz boşluğu
B.Menderes boşluğu
25 Eylül 2003’de hazırlanmıştır.
ARABİSTANPLAKASI
AFRİKA PLAKASI
AVRASYA PLAKASI
-
11
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
6
Deprem Büyüklükleri :
Kaynak: Arıoğlu, Ersin, Sözen, Gülkan, 2005.
TÜRKİYE’NİN DEPREMSELLİĞİ (1903 – 2005)
-
12
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
20. YÜZYILDA KUZEY ANADOLU FAY SİSTEMİ (KAF)
Kaynak: Arıoğlu, Ersin, Sözen, Gülkan, 2005.
40
39
38
Düzce
27 29 31 33 35 37 39 41
1967(M = 7.2)
1957(M = 7.1)
1944(M = 7.2)
1943(M = 7.2)
1942(M = 7.0)
1939(M = 7.9)
1967(M = 7.2)
1957(M = 7.1)
1944(M = 7.2)
1943(M = 7.2)
1942(M = 7.0)
1939(M = 7.9)
1953(M = 7.4)
1964(M = 7.0)
1953(M = 7.4)
1964(M = 7.0)
1912(M = 7.3)(M = 7.3)
1999a(M = 7.4)
1999b(M = 7.2)
1999a(M = 7.4) 1951
(M = 6.9)1951
(M = 6.9)
1992(M = 6.8)
1992(M = 6.8)
19491949
1966(M = 6.9)
1966(M = 6.9)
Gölcük BoluHavza
Erzincan200 km
K A R A D E N İ Z
Bursa
MARMARA
Ankara
İstanbul
Kaynak: Barka ve Arkadaşları (2000) Erzincan.................. ~ 33.000 Can Kaybı Niksar – Erbaa......... ~ 3.000 Can Kaybı Ladik....................... ~ 3.000 Can Kaybı Bolu – Gerede......... ~ 4.000 Can Kaybı Kurşunlu................. ~ 60 Can Kaybı Bolu – Abant........... ~ 100 Can Kaybı Adapazarı-Akyazı.... ~ 100 Can Kaybı Kocaeli-Gölcük........~ 20.000 Can Kaybı Düzce..................... ~ 850 Can Kaybı
KAF 1999 Depremleri ile Kırılan faylar
.....
-
13
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Ege Graben Sistemi (EGS)
• Faylanma türü: Normal (düşey)
• Deprem sayısı : 35 adet (Ms 5.5) • Odak derinliği : 4-70 km
• Maksimum magnitüd : 7.1 (Gediz, 1970)
- Can kaybı =1086, yıkık+ağır hasar= 9452
• Deprem başına can kaybı : 86 (ort.)
• Yaralı / can kaybı : 7 (6 deprem)
• Toplam yıkık+ağır hasar sayısı : 33473 ad. (32 deprem)
Kuzey Anadolu Fay Sistemi (KAF)
• Faylanma türü: Doğrultu atımlı (yatay)
• Deprem sayısı : 36 adet (Ms 5.5) • Odak derinliği : 4-80 km
• Maksimum magnitüd : 7.9 (Erzincan,1939)
- Can kaybı=32962, yıkık+ağır hasar=116720
• Deprem başına can kaybı : 2693 (ort.)
• Yaralı / can kaybı : 3.2 (12 deprem)
• Toplam yıkık+ağır hasar sayısı : 353093 ad. (30 deprem)
Bitlis Bindirme Kuşağı (BBK)
• Faylanma türü: Ters fay (bindirme)
• Deprem sayısı : 2 adet (Ms 5.5) • Odak derinliği : 32-70 km
• Maksimum magnitüd : 6.9 (Lice, 1975)
- Can kaybı =2385, yıkık+ağır hasar= 8149
Doğu Anadolu Fayı (DAF)
• Faylanma türü: Doğrultu atımlı (yatay)
• Deprem sayısı : 10 adet (Ms 5.5) • Odak derinliği : 3-60 km
• Maksimum magnitüd : 6.7 (Bingöl, 1971)
- Can kaybı =878, yıkık+ağır hasar= 5617
• Deprem başına can kaybı : 176 (ort.)
• Yaralı / can kaybı : 2.5 (4 deprem)
• Toplam yıkık+ağır hasar sayısı : 14110 ad. (6 deprem)
Kaynak: Arıoğlu, Ersin,2005.
TÜRKİYEDEKİ FAY ZONLARININ GENEL ÖZELLİKLERİ
-
14
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi
Bir depremde, yapıların (tüneli köprü, bina,baraj, vs.) maruz kalacağı sismik yüklerin şidetinin belirlenmesinde ve
dalgaların yol açacağı yapısal hasarlarınn tanımlanmasında "kuvvetli yer sarsıntısı " kayıtlarından yararlanılır. Bunlar
yer ivme, hız ve yerdeğiştirme kayıtlarıdır. Şekilde sözkonusu yer sarsıntı parameterelerinin deprem süresi boyuna
değişimleri maksimum değerleriyle birlikte görülmektedir.
Kaynak: FHWA,2011’den değiştirilmiştir.
İvm
e (
g)
Hız
(m
/sn
)
Yerd
eğiş
tirm
e (m
)
Süre (sn)
Maksimum yer ivmesi = 0.528 g Maksimum yer hızı = 0.525 m/sn
Maksimum yer değştirmesi = 0.15 m
Süre (sn)
Süre (sn)
-
15
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi
Yukarıdaki temel parametrelerin yanı sıra özellikle şev, portal şevi stabilite değerlendirmelerinde kullanılan diğer
büyüklükler şunlardır:
• Arias Şiddeti, IA
𝑰𝑨 =𝝅
𝟐𝒈 𝒂(𝒕) 𝟐𝒕𝒅𝟎
𝒅𝒕 , (𝑨𝒓𝒊𝒂𝒔, 𝟏𝟗𝟕𝟎)
• Yer hareketinin süresi, td
𝒕𝒅 ≅ 𝟕. 𝟓𝑰𝒐
𝒂𝒎𝒂𝒙𝟐
Burada,
g = yer çekimi ivmesi,
a(t)=ivme-süre kaydı,
td=yer hareketinin süresi,
amax=maksimum pik yatay yer ivme değeri (Kimi literatürde PGA (Peak Ground Acceleration) ile ifade edilir ).
𝑰𝒐 =𝟐𝒈
𝝅× 𝑰𝑨
Kaynak: FHWA,2011’den değiştirilmiştir.
-
16
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi
• İvmenin Karesinin Ortalamasının Karekökü, RMSA
𝑹𝑴𝑺𝑨 =𝟏
𝒕𝒅 𝒂(𝒕) 𝟐𝒕𝒅𝟎
𝒅𝒕𝟎.𝟓
, (𝑯𝒐𝒖𝒔𝒏𝒆𝒓, 𝟏𝟗𝟕𝟓)
veya Arias Şiddeti, IA cinsinden,
𝑹𝑴𝑺𝑨 =𝟐𝒈 × 𝑰𝑨𝝅 × 𝒕𝒇
Arias Şiddeti [cm/s] veya [m/s] olarak ifade edilir. RMSA büyüklüğü ise yer ivme birimindedir yani [cm/s2]’dir.
• Eşik İvme Süresi, Db
Özellikle hasarlar açısından önemli bir parametre
olan süre, sismolojide çeşitli biçimlerde ifade
edilir. Örneğin, Bolt, 1973 tarafından önerilen eşik
ivme süresine- bracketed duration- göre (ivme-
zaman kaydında ±a =0.050 g eşik ivme değerinin
ilki ile sonu arasında kalan süre olarak
alınmaktadır. Süre (m)
İvm
e (
g)
+0.05g
-0.05g
-
17
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi
Yukarıdaki şekilde ivme değeri, a=0.050 g değerine ilk olarak t=3.3 sn’de ulaşmıştır. Son olarak ise t=18.6 sn’de,
a=0.05g değeri kaydedilmiştir. Bolt, 1973’e göre eşik süre değeri,t aşağıdaki şekilde bulunur.
𝑫𝒃 = 𝟏𝟖. 𝟔 − 𝟑. 𝟑 = 𝟏𝟓. 𝟑 𝒔𝒏
Dikkat edilirse, Arias Şiddetinde kullanılan süre ise, td=40 sn’dir Bu süre hareketin başlangıcı ile sonu arasındaki
zaman aralığını tanımlamaktadır.).
• Bazı regresyon ifadeleri
İtalya’daki kuvvetli yer sarsıntılarının oluşturduğu veri tabanının alındığı bir çalışmada (Romeo, 2000),
𝑰𝑨 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 × 𝒂𝒎𝒂𝒙, 𝒄𝒎/𝒔𝒏
(10 cm/sn2 < amax < 350 cm/sn2)
𝑹𝑴𝑺𝑨 = 𝟎. 𝟒𝟑𝟓 × 𝒂𝒎𝒂𝒙𝟎.𝟕𝟕𝟓, 𝒄𝒎/𝒔𝒏 𝟐
(10 cm/sn2 < amax < 350 cm/sn2)
regresyon ifadeleri rapor edilmiştir.
-
18
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi
Örneğin, amax=200 cm/sn2’lik bir maksimum yatay yer ivmesinin oluşturacağı Arias Şiddeti IA=30 cm/sn ve RMSA=30
cm/sn2 olarak eğriden kesitirlebilir.
Maksimum Yer İvmesi, amax (cm/sn2)
Ari
as Ş
idd
eti,
I A (c
m/s
n)
İvm
ele
rin
in K
are
sin
in O
rtal
amas
ının
Kar
ekö
kü, R
MSA
, (c
m/s
n2) 𝑹𝑴𝑺𝑨 = 𝟎. 𝟒𝟑𝟓 × 𝒂𝒎𝒂𝒙𝟎.𝟕𝟕𝟓
R=0.94
𝑰𝑨 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 × 𝒂𝒎𝒂𝒙𝟏.𝟔𝟔𝟖
R=0.91
-
19
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
BOORE, JOYNER VE FURNAL (1993, 1997) İVME AZALIM BAĞINTILARI
Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001.
-
20
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
BOORE, JOYNER VE FURNAL (1993, 1997) İVME AZALIM BAĞINTILARI
Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001.
-
21
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
BOORE, JOYNER VE FURNAL (1993, 1997) İVME AZALIM BAĞINTILARI
17 Ağustos 1999 Doğu Marmara depreminde ölçülen ivme değerlerinin Boore, Joyner, Furnal (1993) ivme
azalım bağıntı ve hata bantlarına göre, farklı zemin türleri için maksimum yer hızları-faya dik uzaklık
değişimleri aşağıda verilmektedir.
YUMUŞAK-GEVŞEK ZEMİN
Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001.
KATI-SIKI ZEMİN
Not: Vs= Yüzetden itibaren 30 m kalınlıktaki katman içinde ortalama kayma hızı, m/s,
Grafiklerdeki kısaltmalar ivme kayıt istasyonlarını ifade etmektedir.
-
22
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
YATAY VE DÜŞEY YER İVMESİ ARASINDAKİ İLİŞKİ
17 Ağustos 1999 Doğu Marmara depreminde maksimum yatay ivmesi (ay) ile maksimum düşey yer ivmesi (ad)
arasındaki ilişki 3 km < faya dik uzaklık, D < 150 km için aşağıda verilmektedir. Ayrıca, Aydan1997 tarafından
türetilen bağıntı ile Arıoğlu ve diğ., 2001 bağıntısı karşılaştrılmıştır.
Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001.
Not: 𝑎 = ivme değerlerinin aritmetik ortalaması, n= veri sayısı, r= regresyonun korelasyon katsayısı,
Grafiklerdeki kısaltmalar ivme kayıt istasyonlarını ifade etmektedir.
-
23
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
YATAY YER İVMESİNİN DEPREM ŞİDDETİ VE FAYA OLAN DİK UZAKLIK İLE DEĞİŞİMİ
17 Ağustos 1999 Doğu Marmara
depreminde maksimum yatay yer
ivmesi (ay) ile takdir edilen
değiştirilmiş Mercalli deprem
şiddeti, I arasındaki ilinti elde
edilmiştir.
Aynı şekilde, maksimum yatay yer
ivmesi (ay) ile faya dik uzaklık, D
arasında ilişki, kaya (Vs > 750
m/sn), Yumuşak zemin (180 m/sn
Vs < 360 m/sn) ve katı,sıkı zemin
(360 m/sn < Vs < 750 m/sn) için
verilmiştir.
Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001.
Not: n= veri sayısı, r= regresyonun korelasyon katsayısı,
Grafiklerdeki kısaltmalar ivme kayıt istasyonlarını ifade etmektedir.
-
24
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMOLOJİK BÜYÜKLÜKLERİN TESPİTİ İÇİN SAYISAL ÖRNEK
Problemin Tanımı
Deprem üretme olasılığı taşıyan yüzey uzunluğu (L) 90 km olan doğrultu atımlı aktif faya dik uzaklığı (D) 25
km’de bulunan bir yörede tünel inşaatı yapılacaktır. Ön geoteknik araştırmalar sonucunda zeminde ölçülen
ortalama kayma dalga hızı (Vs) 200 m/sn olarak belirlenmiştir. Olası bir depreme ait sismolojik büyüklükleri
kesitiriniz.
Problemin Çözümü
• Depremin Büyüklüğü (Mw)
Aşağıda verilen Wells ve Coppersmith (1994) (Arıoğlu, Ergin, Yılmaz, 2000) bağıntısı kullanılarak, depremin
moment büyüklüğü elde edilebilir.
𝑴𝒘 = 𝟓. 𝟏𝟔 + 𝟏. 𝟏𝟐𝒍𝒐𝒈𝑳
L= fayın uzunluğu, km
L= 90 km için, moment büyüklüğü, Mw
𝑴𝒘 = 𝟓. 𝟏𝟔 + 𝟏. 𝟏𝟐𝒍𝒐𝒈 𝟗𝟎 = 𝟕. 𝟑𝟓 ≅ 𝟕. 𝟒
olarak elde edilir.
Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001.
-
25
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMOLOJİK BÜYÜKLÜKLERİN TESPİTİ İÇİN SAYISAL ÖRNEK - devamı-
Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001.
-
26
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMOLOJİK BÜYÜKLÜKLERİN TESPİTİ İÇİN SAYISAL ÖRNEK - devamı-
ad=198.5 cm/sn2
ay=230 cm/sn2
Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001.
-
27
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMOLOJİK BÜYÜKLÜKLERİN TESPİTİ İÇİN SAYISAL ÖRNEK - devamı-
I=8.4
ay=230 cm/sn2
Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001.
-
28
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
CİSİM (BASINÇ, KAYMA) VE YÜZEY (RAYLEIGH) DALGALARININ OLUŞTURDUĞU DEFORMASYONLAR VE EĞRİLİK
Dalganın İlerleme Yönü
Zeminin eksenel yerdeğiştirmesi
Zeminin enine yerdeğiştirmesi Deprem dalgası
Tünel ekseni
Tünel ekseniyle “ 𝜙 ” açısı yapan basit harmonik-sinüs-
dalganın zeminde oluşturduğu boyuna “ux” ve enine “uy”
yerdeğiştirmeler (L=Dalga boyu)
Tünelde boyuna ve eğilme birim kısalmasına
yol açan deprem dalgaları (P, S, R) (𝜙 açısı
deprem dalgalarının tünel ekseniyle yaptığı
açıdır).
R dalgaları
S dalgaları
Tünel ekseni
P dalgaları
Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006.
-
29
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Dalga Boyuna deformasyon Normal deformasyon Kayma
deformasyonu
Eğrilik
P dalgası-basınç-
2
p
pb cos
C
V
0 ,C
V
p
pbm
2
p
pn sin
C
V
90 ,C
V
p
plm
cossinC
V
p
p
45 ,C2
V
p
pm
2
2p
pcossin
C
a1
16'35 ,C
a385.0
1
2p
p
mak
S dalgası-kayma-
cossinC
V
s
sb
45 ,C2
V
s
sbm
cossinC
V
s
sn
45 ,cossinC2
V
s
snm
2
s
s cosC
V
0 ,C
V
s
sm
32s
s cosC
aK
0 ,C
aK
2s
sm
Rayleigh Dalgası
Basınç bileşeni
Kayma bileşeni
2
R
RPb cos
C
V
0 ,C
V
R
RPbm
2
R
RPn sin
C
V
90 ,C
V
R
RPnm
sinC
V
R
RSn
90 ,C
V
R
RSnm
cossinC
V
R
RP
45 ,C2
V
R
Pm
cosC
V
R
RS
0 ,C
V
R
RSm
22R
RP cossinC
aK
16'35 ,C
a385.0K
2R
RPm
22R
RS cosC
aK
0 ,C
aK
2R
RSm
Zemin/Kaya kütlesinin Poisson oranı “m” ve dinamik elastik modülü “Em” ve Kayma modülü “Gm”, P ve S dalgalarının yayılma
hızından (Cp; Cs) hesaplanabilir:
1)C/C(
2)C/C(
2
1
2sp
2sp
m
; s
m
mp C.
)1(
)1(2C
;
)1(
)21)(1(CE
m
mm2pm
ve 2sm CG . =Zemin/Kaya kütlesinin mass
yoğunluğu, ivmesiYerçekim
ağırlık hacim Birim , m indisi ile belirtilen büyüklükler maksimum değere karşı gelmektedir.
129
CİSİM (BASINÇ, KAYMA) VE YÜZEY (RAYLEIGH) DALGALARININ OLUŞTURDUĞU DEFORMASYONLAR VE EĞRİLİK
Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006.
-
30
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Fay Tipi Parametre Kırılma Uzunluğu,
L (km) Kırılma Alanı,
S (km2)
Maksimum Yerdeğiştirme, Umax (cm)
Normal Faylanma
A 0,0014525 0,003 0,0003
B 1,21 1,50 1,6
Doğrultu Atımlı Faylanma
A 0,0014525 0,001 0,00035
B 1,19 1,70 1,6
Ters Faylanma A 0,0014525 0,0032 0,0014
B 1,25 1,50 1,6
FAY KIRILMA UZUNLUĞU VE ALANININ DEPREM BÜYÜKLÜĞÜ İLE DEĞİŞİMİ
𝑳 = 𝑨 × 𝑴𝒘𝒆𝑴𝒘𝑩
𝑺 = 𝑨 × 𝑴𝒘𝒆𝑴𝒘𝑩
𝑼𝒎𝒂𝒙 = 𝑨 × 𝑴𝒘𝒆𝑴𝒘𝑩
Temel Bağıntı
Depremin moment büyüklüğü, Mw ile kırılma uzunluğu, L, kırılma alanı, S ve maksimum yerdeğiştirme, Umax
arasında fay tipine bağlı olarak ilişkiler Aydan, 2007 tarafından elde edilmiştir. Genel bağıntılar aşağıda verilmiş
olup, regreyon katsayıları (A ve B) aşağıdaki tabloda her bir fay tipi için verilmiştir.
Kaynak: Aydan., 2014’den değiştirilmiştir..
-
31
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
FAY KIRILMA UZUNLUĞU VE ALANININ DEPREM BÜYÜKLÜĞÜ İLE DEĞİŞİMİ -TERS FAY ÖRNEĞİ-
Kaynak: Aydan., 2014’den değiştirilmiştir..
Fay
Kır
ılma
Uzu
nlu
k (L
), k
m
Fay
Kır
ılma
Ala
nı,
km
2
Deprem Büyüklüğü, Mw Deprem Büyüklüğü, Mw Sayısal Örnek:
Sismik bakımdan aktif bir bölgede yer alan ters fay özellikli kırığın olası uzunluğu 60 km olduğu bilinmektedir. Beklenen
moment büyüklüğü grafikten farklı üç yaklaşımın ortalaması moment büyüklüğünü 7.2 olarak tanımlamaktadır.
Ters Fay Ters Fay
𝑳 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟒𝟓𝟐𝟓 × 𝑴𝒘𝒆𝑴𝒘𝟏.𝟐𝟓
𝑺 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟐 × 𝑴𝒘𝒆𝑴𝒘𝟏.𝟓
L=60 km km
Mw=7.2
-
32
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
FAYIN KIRILMA SÜRESİ İLE DEPREM MOMENT BÜYÜKLÜĞÜ ARASINDAKİ AMPİRİK İLİŞKİ
Deprem Büyüklüğü, Mw
Fay
Kır
ılma
Süre
si (
Ts),
sn
𝑻𝒔 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟏𝑴𝒘 × 𝒆𝒙𝒑 𝟏. 𝟏 × 𝑴𝒘
2011 Büyük Doğu Japonya
depremi ve gözlemsel
veriler kulanılarak, deprem
moment büyüklüğü ile fay
kırılma süresi arasında bir
ilişki olduğu görülmektedir.
Artan deprem büyüklüğü ile
fay kırılma süresi
artmaktadır.
Kaynak: Aydan., 2014’den değiştirilmiştir..
-
33
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
am
ax –
ze
min
-g
Önerilen eğri
Kayıt ve
hesaplanan
değerlere göre kabul
edilen sınır zarfı
D - MOD adlı programla hesaplanmış ivme değerleri
Idriss 1991’e göre Loma Prieta depremine ait değişim aralığı
Kayıt alınmış körfez çamur sahaları Kayıt alınmış derin sık zeminler SHAKE 91 ile hesaplanmış ivme değerleri
a
amax – kaya-g
İvme büyütme özellikle kayada kaydedilen küçük ivme
değerlerinden çok şiddetli olmaktadır. 1989 Loma Prieta
depreminde temel kayada ölçülen 0.1 g, yumuşak zemin
koşullarında 0.32 g değerine kadar büyümüştür. İvme
büyütme oranı kabaca 0.32 g/0.1g 3 olmaktadır. Artan
maksimum yatay yer ivme-kayada- değerlerinde zemin
büyütme etkisini büyük ölçüde yitirmektedir. Bu sonuç
proje mühendisliği açısından yorumlandığında yırtılan
faydan çok uzakta bulunan bir zemin katmanında inşa
edilecek yapı/tünel/şevler “büyültme”den ötürü önemli
eylemsizlik kuvvetlerine maruz kalabilir. Bu koşulları
içeren projelerin dinamik analizleri büyük özenle
yapılmalıdır.
ZEMİNLERDE İVME BÜYÜTMESİ
NOT: Özellikle tünel portallarındaki kaya kütleleri zayıf dayanımlı /kırıklı ve ayrılmış durumdadır. Bu özellikleri ile, bu
gibi formasyonlar zemin gibi davranış gösterirler. Yukarıdaki abaktan hareketle, zemin için maksimum yatay yer ivmesi
kestirilebilir. Örneğin, zeminde amax = 0.2g olan durumda, kaya da yaklaşık 0.3g olmaktadır. Görüldüğü gibi bu gibi
formasynlarda ivme büyümüştür.
Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006.
-
34
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
BOYUNA DALGA HIZININ, Vp, KAYA KÜTLE FAKTÖRÜ, Q İLE İLİNTİSİ
Temel Bağıntı
25 m tünel aks derinliğinde ölçülen ortalama Vp hızı ile normalize edilmiş kaya kütle faktörü Qc arasında,
𝑽𝒑 ≈ 𝟑. 𝟓 + 𝒍𝒐𝒈 𝑸𝒄
regresyonu vardır. Normalize edilmiş kaya kütle faktörü Qc ise ,kaya kütle faktörü, Q cinsinden,
𝑸𝒄 =𝑸 ∙ 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃
𝟏𝟎𝟎
İle tanımlanmaktadır (Barton, 2002). Burada, 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃 [MPa], sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımını
ifade etmektedir. Böylece, kaya kütle faktörü, Q ve sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃 bilindiği
takdirde, P dalgası hızı aşağıdaki ekilde bulunabilmektedir.
𝑽𝒑 ≈ 𝟑𝟓𝟎𝟎 + 𝟏𝟎𝟎𝟎𝒍𝒐𝒈𝑸 ∙ 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃
𝟏𝟎𝟎, 𝒎/𝒔𝒏
Kayma, Vs ve Rayleigh, VR Hızları
𝑽𝒔 ≈ 𝟎. 𝟓𝟕𝟕𝑽𝒑 ≈ 𝟐𝟎𝟐𝟏 + 𝟓𝟕𝟕𝑸 ∙ 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃
𝟏𝟎𝟎, 𝒎/𝒔𝒏
𝑽𝑹 ≈ 𝟎. 𝟗𝟐𝑽𝒔 (Tshering, 2011)
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
-
35
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
BOYUNA DALGA HIZININ, Vp, KAYA KÜTLE FAKTÖRÜ, Q İLE İLİNTİSİ
Sayısal Örnek
Kaya kütle kalitesi, Q faktörü = 0.1
Sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃=5 MPa (Zayıf Kaya Kütlesi)
Yaklaşık 25 m tünel derinliğinde boyuna ve kayma Vp ve Vs hız değerleri sırasıyla
𝑽𝒑 ≈ 𝟑𝟓𝟎𝟎 + 𝟏𝟎𝟎𝟎𝒍𝒐𝒈𝟎. 𝟏 ∙ 𝟓
𝟏𝟎𝟎≈ 𝟏𝟐𝟎𝟎 𝒎/𝒔𝒏
𝑽𝒔 ≈ 𝟎. 𝟓𝟕𝟕𝑽𝒑 = 𝟎. 𝟓𝟕𝟕 × 𝟏𝟐𝟎𝟎 = 𝟔𝟗𝟐 𝒎/𝒔𝒏
olarak kestirilir. Kayma hızının dalga boyu ise,
𝝀 =𝑽𝒔𝒇
genel bağıntısından hareketle istenen frekans, f değeri için belirlenebilir. Örneğin, f= 10 Hz için kayma hızının
dalga boyu, aşağıdaki şekilde hesaplanabilir.
𝝀 =𝟔𝟗𝟐
𝟏𝟎≈ 𝟔𝟗 𝒎
Hatırlatılmalıdır ki, boyuna/kayma dalga hızları, artan tünel aks derinliği ile artmaktadır. Vp=f(Q) değişimi derinlik
ve kaya kütlesinin porozite değeriyle değişimi, takip eden sayfadaki Barton (2002) abağında görülmektedir. Bu
abak yardımıyla verilen derinlik, porozite ve Qc (Q) değerleri için boyuna basınç dalga hızı kestirilebilir.
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
-
36
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
KAYA KÜTLESİNİN Q FAKTÖRÜNDEN P SİSMİK HIZINI/SU GEÇİRGENLİĞİNİN KESTİRİMİ
Not: 1Lugeon = 10 -7 m/sn, Q=Q kaya kütle sınıflandırma sisteminde faktör
Qc=Normalize edilmiş Q faktörü, σci=sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı, MPa
𝑸𝒄 = 𝑸 ×𝝈𝒄𝒊𝟏𝟎𝟎
1 Lugeon, 1 MPa (10 bar)’lık basınç
altındaki 1 metrelik sondaj logunun,
dakikada litre cinsinden su kaybı olarak
tanımlanmaktadır. Sol’da verilen abak,
Lugeon değeri, normalize Q faktör (Qc)
ve sismik P dalgası hızı arasındaki
ilişkiyi vermektedir. Bu ilişkinin
tanımlanmasında iki farklı düzeltme
yapılması gerekebilir.
• Derinlik Düzeltmesi
Bilindiği gibi, geçirgenlik, K, artan
derinlikle azalmaktadır. Böylece, Lugeon
değerlerinin tünel üzerindeki örtü
tabakasının kalınlığına bağlı olarak
düzeltilmesi gerekmektedir.
• Porozite düzeltmesi
• Kaya kütlesinin porositesi %1’den büyük
ise, Lugeon değerine ve normalize Q
faktörüne porosite düzeltmesi
uygulanması gerekir.
Kaynak: Barton, 2002 ve Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
Qc
Vp
-
37
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMİK YÜKLEMEDE TEMEL KAYA BASINCININ HESAPLANMASI
Genel
Barton, 1984’e göre deprem sırasında, Q faktörü içinde yer alan SRF (Gerilme Azaltım Faktörü)
değişmektedir. Sismik yüklemede sözkonusu faktör,
𝑺𝑹𝑭 𝒔 ≈ 𝟐 × 𝑺𝑹𝑭
olmaktadır. Bu kabul temel alındığında sismik yüklemede kaya kütle faktörü,
𝑸 𝒔𝒊𝒔𝒎𝒊𝒌 ≈ 𝟎. 𝟓 × 𝑸
olmaktadır. Yukarıdaki bağıntıda, statik durumda kaya kütle faktörü Q ile ifade edilmiştir.
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
-
38
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMİK YÜKLEMEDE TEMEL KAYA BASINCININ HESAPLANMASI
Hatırlanacağı üzere uzun süreli tünel projelerinde Q faktörüne bağlı olarak düşey kaya basıncı –
statik yükleme-
𝑷𝒅 =𝟐𝟎
𝑱𝒓𝑸 −𝟎.𝟑𝟑𝟑, 𝒕/𝒎𝟐
bağıntısı ile belirlenebilir ve sismik yükleme durumunda ise düşey kaya basıncı,
𝑷𝒔𝒊𝒔𝒎𝒊𝒌 =𝟐𝟎
𝑱𝒓𝟎. 𝟓 × 𝑸
−𝟎.𝟑𝟑𝟑= 𝟏. 𝟐𝟓 ×
𝟐𝟎
𝑱𝒓𝑸 −𝟎.𝟑𝟑𝟑
𝑷𝒅
≈ 𝟏. 𝟐𝟓 × 𝑷𝒅, 𝒕
𝒎𝟐
olmaktadır. Dikkat edilirse, dinamik yükleme durumunda, tünel kaya basıncı %25 artmaktadır.
Yukarıdaki bağıntılarda geçen, Jr, Q sisteminde çatlak pürüzlülük durumunu ifade eden faktördür.
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
-
39
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMİK YÜKLEMEDE TEMEL KAYA BASINCININ HESAPLANMASI
Daha güncel kaynakta (Bhasin ve Grimsad, 1996), Q< 4 için düşey kayma basıncı,
𝑷𝒅 =𝟒𝑩
𝑱𝒓𝑸 −𝟎.𝟑𝟑𝟑, 𝒕/𝒎𝟐
Burada B, metre cinsinden tünel kazı açıklığını ifade eder.
Sismik yükleme durumunda ise, düşey yükleme basıncı,
𝑷𝒔𝒊𝒔𝒎𝒊𝒌 ≈ 𝟏. 𝟐𝟓 × 𝑷𝒅 ≈𝟓𝑩
𝑱𝒓𝑸 −𝟎.𝟑𝟑𝟑,
𝒕
𝒎𝟐
olarak belirtilebilir.
Sayısal Örnek
B=8 m, Q=1 ve Jr=1 –çatlak prürüzlülük faktörü düzgün/düzlemsel durum için, sismik yükleme durumunda, düşey
yükleme basıncı aşağıdaki şekilde elde edilebilir.
𝑷𝒔𝒊𝒔𝒎𝒊𝒌 ≈𝟓 × 𝟖
𝟏1 −𝟎.𝟑𝟑𝟑 = 𝟒𝟎
𝒕
𝒎𝟐
Dikkat edilirse Bhasin ve Grimsad, 1996’ın ampirik düşey kaya basıncı ifadesinde, "tünel kazı açıklığı" yer
almaktadır. Bu açıdan orjinal Q sisteminde tanımlanan düşey basınç değernde çok farklıdır. Ders notunun mualifi
de zayıf dayanımlı kaya kütlelerinde tünel kazı açıklığının, düşey iksa basıncını olumsuz etkilediğini savunur.
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015.
-
40
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
ZEMİN/KAYA KÜTLESİ – TÜNEL İKSA ETKİLEŞİMİ
Esneklik – Flexibility- Oranı
• Deformasyon yapabilme yeteniği bakımından zemin/kaya kütlesi ile tünel iksa sistemi arasında önemli
farklılıklar vardır. Eğer rijit bir iksa sistemi (örneğin; betonarme kaplama) sözkonusu ise sismik yüklemeden
kaynaklanan deformasyonlara karşı direnç gösterir. Esnek bir iksa sistemi durumunda ise iksa
deformasyonlara uyum göstermek ister. Dairesel kesitli bir tünel için, sismik analizde kullanılan esneklik
oranı ,
𝑭 =𝑬𝒎 𝟏 − 𝝂𝒊
𝟐 𝑹𝟑
𝟔𝑬𝒊𝑰𝒊 𝟏 + 𝝂𝒌
Poisson oranı iksa ve kaya kütlesi için νi ≅ νk = 0.25 alındığında, yukarıdaki ifade aşağıdaki şekilde
yazılabilir.
𝑭 = 𝟎. 𝟏𝟐𝟓 ×𝑬𝒎𝑹
𝟑
𝑬𝒊𝑰𝒊
Burada,
Em=Kaya kütlesinin elastik modülü, MPa
Ec=Beton/püskürtme beton kaplamasının 28 günlük elastik modülü, MPa,
i=Beton püsürtme betonkaplamasının 1 m uzunluğu için atalet momenti (m4/m),
R=Tünel yarıçapı, m
-
41
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
ZEMİN/KAYA KÜTLESİ – TÜNEL İKSA ETKİLEŞİMİ
Esneklik – Flexibility- Oranı
• Fang, 1993 dikdörtgen bir tünel kesiti için esneklik oranı F’yi aşağıdaki şekilde tanımlar.
𝑭 =𝑮𝒎 × 𝑾
𝑺 × 𝑯
Burada,
Gm=Kaya kütlesi/zeminin kayma modülü,
W=Tünel açıklığı,
H=Tünel yüksekliği,
S=Yatay yönde birim öteleme için gerekli kuvvet,
Esneklik oranı, F’e göre tünel kaplama esneklşiği aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir (Pitilakis ve Tsisnidis, 2014),
F Değeri Tanımlama
F →0 Tünel kaplaması rijittir ve herhangi bir deformasyon göstermez.
F < 1 Tünel kaplaması ortamdan daha "sıkı" dır.
F=1 Tünel iksası ile ortam (zemin/kaya kütlesi durumunda) arasında, "sıkılık" (stiffness) aynı ölçüde paylaşılmaktadır. Tünel iksa sistemi, sismik kökenli deformasyonlarla uy umludur.
F>1 Yanal ötelemenin düzeyi büyüktür.
-
42
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
ZEMİN/KAYA KÜTLESİ – TÜNEL İKSA ETKİLEŞİMİ
Esneklik – Flexibility- Oranı
• Serfm ve Pereira, 1983, kaya kütlesinin elastik modülünü, RMR ≤ 50 için,
𝑬𝒎 = 𝟏𝟎𝑹𝑴𝑹−𝟏𝟎
𝟒𝟎 , 𝑮𝑷𝒂
(1 GPa = 1000 MPa)
ifadesiyle vermektedir. Beton/yaş yöntemle yerleştirilen püskürtme betonun elastik modülü, Eb
𝑬𝒃 = 𝟖𝟒𝟖𝟎𝜶𝜷𝒇𝒃𝟎.𝟑𝟑𝟑, 𝑴𝑷𝒂 (10 MPa < fb < 115 MPa için)
şeklinde ifade edilir.
Burada,
fb=betonun silindir dayanımı, MPa,
𝜶𝜷=Agrega faktörü,
𝜶𝜷 = 𝟎. 𝟏𝟒𝟖𝟓 𝑬𝒂𝟎.𝟓 (10 GPa < Ea < 115 GPa için)
(Gabierrez ve Granovas, 1995)
-
43
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
ZEMİN/KAYA KÜTLESİ – TÜNEL İKSA ETKİLEŞİMİ
Esneklik – Flexibility- Oranı
Ea= Agrega elestik modülü,
𝑬𝒂 = 𝟎. 𝟒𝟏 𝝈𝒃,𝒂𝟎.𝟗𝟑
, 𝑮𝑷𝒂 (15 MPa < 𝝈𝒃,𝒂 < 400 MPa için)
(Arıoğlu, Ergin, 1995)
(𝝈𝒃,𝒂=Agreganın basınç dayanımı, MPa)
Yukarıdaki bağıntılar yardımıyla, kaya kütlesinin ve betonun elastik modülü kestirilebilmektedir. Verilen
kaplama kesitinin atalet momenti, i için, esneklik oranı, F proje koşulları için tanımlanabilir.
-
44
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
KAYA KÜTLE KALİTESİNE GÖRE İKSA SEÇİMİ 1- Tahkimatsız
2- Nokta saplama, sb
3- Sistematik saplama, B
4- Sistematik saplama
(Güçlendirilmemiş püskürtme beton,
4-10 cm B(+S)
5- Lifle güçlendirilmiş püskürtme
beton (5-9 cm) ve saplama, Sfr+B
6- Lifle güçlendirilmiş püskürtme
beton (9-12 cm) ve saplama, Sfr+E
7- Lifle güçlendirilmiş püskürtme
beton (12-15 cm) ve saplama, Sfr+E
8- Lifle güçlendirilmiş püskürtme
beton (>15 cm) saplama ve çelik
çubuklarla güçlendirilmiş, Sfr, RRS+B
9- Yerinde beton kaplama, CCA
Not: Sismik yükleme durumunda ise,
Q ekseninden 1.25x Q alınmak
suretiyle uzun süreli iksa tasarımı
yapılabilir.
Saplam
a Uzu
nlu
ğu, ESR
=1
Açı
klık
yad
a Yü
kse
klik
, m
ESR
Kazı Çeşidi ESR Tavsiye edilen ESR A Geçici kazı açıklığı ca.2-5 ca. 2 - 5
B Kalıcı kazı açıklıkları,hidrogüç için su tünelleri(yüksek basınçlı borular hariç), servis tünelleri, geniş kazılar için galeriler.
1.6 1.6 - 2.0
C Yeraltı atık boşuları, su dağıtım şebekeleri, tali yollar ve demiryolu tünelleri, denge odası, ulaşım tüneli. 1.3 0.9-1.1 (depo boşlukları 1.2-1.3) D Enerji santralleri, anayollar ve demiryolu tünelleri, sivil savunma odaları, portal geçişleri 1.0 Anayollar-demiryolu tünelleri 0.5 to 0.8 E Yeraltı nükleer güç santralleri, demiryolu istasyonları, kamu ve spor tesisleri,fabrikalar. 0.8 0.5-0.8 1993 yılında yayınlanan ESR tablosu, 1970 ve 1980’lerde düzeltildi. Fakat, dünya çapında ve Norveçte güvenlik istemi artmaktadır. Özellikle de, 1970’lerde küçük kayaparçalarının düşmesinin kabul edildiği tali yol tünellerini kapsayan ulaşım tünnelerinin daha güvenli olması beklenmektedir ve bugünlerde, artık herhangi bir kaya parçasının düşüşüne izin verilmemektedir ve ESR = 1 olarak kabul edilmektedir. Yeraltı atık boşluklarından daha önemli olan ve pahalı ekipmanları içeren su dağıtım şebekeleri için ise ESR = 0.9-1.1 alınması tavsiye edilmektedir. Anayolar ve demiryolları için, ESR = 0.5-0.8 kabul edilmektedir.
Kaya Kütlesi Kalitesi Faktörü, Q
Kaynak: NFF, 2014’den değiştirilmiştir.
-
45
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
PORTAL ŞEV/DENGE ŞEVLERİNİN STABİLİTESİNİN NEWMARK KALICI YERDEĞİŞTİRMESİ İLE KESTİRİLMESİ Genel
Sismik yüklemeye maruz kalan bir şev,
𝑭 =𝑾
𝒈× 𝒂𝒎𝒂𝒙 = 𝒌𝒚 × 𝑾
ile tanımlanan yatay itkiye maruz kalır. Burada, W kayma
dairesinin ağırlığını ifade eder. amax ise kuvvetli yer
sarsıntısının oluşturduğu yatay yer ivmesi büyüklüğüdür. g
is yerçekimi ivmesini göstermektedir. ky ise sismik katsayı
olarak tanımlanır.
𝒌𝒚 =𝒂𝒎𝒂𝒙𝒈
, (𝒃𝒐𝒚𝒖𝒕𝒔𝒖𝒛)
Genellikle sismik yüklemem altında şevin stabilite analizi
psedo-statik yöntemle yapılır. Şevin kalıcı yerdeğiştirme
miktarı ise Newmark, 1965 tarafından geliştirilen blok
analizi yöntemi ile bulunur. Bu yöntem ile psedo-statik
çözümlemede güvenlik katsayısının FS=1 olma durumuna
karşı gelen kritik ivme ac’nin ve kalıcı yerdeğiştirme,D
belirlenir. Aşağıdaki şekilde bu prensip açıklanmıştır.
İvm
e (
g)
Hız
(cm
/sn
) Ye
rdeğ
işti
rme
(cm
)
Süre (sn)
Kaynak: Jibson, 2007.
-
46
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
PORTAL ŞEV/DENGE ŞEVLERİNİN STABİLİTESİNİN NEWMARK KALICI YERDEĞİŞTİRMESİ İLE KESTİRİLMESİ
Genel
(ac büyüklüğü kimi literatürde akma (yield) yatay yer ivmesi olarak kullanılır).En basit şekliyle ac,
𝒂𝒄 = 𝑭𝑺 − 𝟏 ∙ 𝒈 ∙ 𝒔𝒊𝒏𝜶
ile verilir.
Burada,
FS=statik yükleme koşulları altında şevin kaymaya karşı güvenlik katsayısı,
g=yerçekimi ivmesi (g=9.81 m/sn2, 981 cm/sn2),
α=Şevin eğimi,
Örneğin, FS=1.5 ve α=45⁰ olsun. BU udurmda sismik yükleme için kritik ivme büyüklüğü ,
𝒂𝒄 = 𝟏. 𝟓 − 𝟏 ∙ 𝒈 ∙ 𝒔𝒊𝒏𝟒𝟓 = 𝟎. 𝟓 × 𝟎. 𝟕𝟎𝟕 × 𝒈 = 𝟎. 𝟑𝟓𝒈
bulunur.
Kaynak: Jibson, 2007.
-
47
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
PORTAL ŞEV/DENGE ŞEVLERİNİN STABİLİTESİNİN NEWMARK KALICI YERDEĞİŞTİRMESİ İLE KESTİRİLMESİ Genel
• Geoteknik literatürde Newmark Kalıcı yerdeğiştirme beğıntıları,
o Ambrasseys ve Menu, 1988,
𝒍𝒐𝒈 𝑫𝑵 = 𝟎. 𝟗𝟎 + 𝒍𝒐𝒈 𝟏 −𝒂𝒄
𝒂𝒎𝒂𝒙
𝟐.𝟓𝟑𝒂𝒄
𝒂𝒎𝒂𝒙
−𝟏.𝟎𝟗
∓ 𝟎. 𝟑𝟎, 𝒄𝒎
(6.6 < Ms < 7.2)
amax= Analiz edilen şev bölgesindeki maksimum yatay yer ivme değeri,
o Jibson, 2007,
𝒍𝒐𝒈 𝑫𝑵 = −𝟐. 𝟕𝟏𝟎 + 𝒍𝒐𝒈 𝟏 −𝒂𝒄
𝒂𝒎𝒂𝒙
𝟐.𝟑𝟑𝟓𝒂𝒄
𝒂𝒎𝒂𝒙
−𝟏.𝟒𝟕𝟖
+ 𝟎. 𝟒𝟐𝟒𝑴𝒘 ∓ 𝟎. 𝟒𝟓𝟒, 𝒄𝒎
(5.3 < Ms < 7.6)
Mw= Moment büyüklüğü
Kaynak: Jibson, 2007.
-
48
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Genel
Newmark yerdeğiştirmesi ile kritik yatay yer ivmesinin, en büyük yatay yer ivmesine oranı arasındaki ilişkiyi,
Mw < 6.0, 6.0 < Mw < 7.0 ve Mw >7.0 için incelenmiştir.
Genellikle, kaya kütlelerinin oluşturduğu şevlerde izin verilebilir kalıcı yerdeğiştirme miktarı 5 cm alınabilir.
Aynı şekil kullanılarak verilen yerdeğiştirme "DN "ve maksimum yatay yer ivme " amax " değerleri için kritik
ivme büyüklüğü " ac " belirlenebilir ve şevin geometrik boyutları (şev açısı, yüksekliği) tahkik edilebilir.
PORTAL ŞEV/DENGE ŞEVLERİNİN STABİLİTESİNİN NEWMARK KALICI YERDEĞİŞTİRMESİ İLE KESTİRİLMESİ
Kaynak: Jibson, 2007.
-
49
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
EKSE
NEL
SIK
IŞM
A V
E A
ÇIL
MA
(x)
Tunnel Axis
Dal
ga İl
erl
em
e Y
ön
ü
BO
YU
NA
EĞ
İLM
E O
VA
LLEŞ
ME
/ Ö
TELE
NM
E Ovalleşme ve Ötelenme (Racking),
• Kayma dalgası tünel eksenine normal yada normale yakın şekilde yayıldığında, tünel kesiti dairesel tünellerde ovalleşme şeklinde, dikdörtgen kesitli tünellerde ötelenme (racking) şeklinde bir şekil değiştirme durumu meydana gelmektedir.
(Comp.) (Tension) (Comp.)
(Tension) (Tension) (Comp.) Tunnel
SİSMİK ETKİ NEDENİYLE TÜNELLERDE MEYDANA GELMESİ MUHTEMEL HASARLAR
Tünellerde eksenel şekil değiştirme Tünel/galeri eksenine paralel doğrultudaki dalga yayılımlarının yol açtığı şekildeğiştirmelerdir. Bunlar kaya kütlesinin kısalmasına (basınç), uzamasına (çekme) neden olur. Kaya kütlesinin özellikle çekme gerilmesi altındaki dayanımının çok düşük olduğu dikkate alınırsa, sarsıntı tünel cidarında kaya parçalarının (kavlaklar) dökülmesine yol açarlar. Şiddetli ve uzun süren sarsıntı durumunda cidarlardaki süreksizliklerin -çekme gerilmesi altında- açılmaları beklenmelidir.
Tünel ekseninin kıvrımlanması Tünel/galeri eksenine paralel ilerleyen dalgaların tünel eksenini kıvrımlanmaya zorlamasıdır. Şekilden görüleceği üzere negatif kıvrımlanmaya maruz kalan bölgede tünelin üst kısmı çekme gerilmesine çalışırken alt kısmı basınç gerilmesine maruzdur. Özellikle çekme gerilmesine maruz zonlarda kırılmalar-yenilmeler- gözlenir. Basınç gerilmesine maruz kalan zonlarda ise aşırı ölçüde basınç gerilmesi yoğunluğu sözkonusudur. Gerilme yoğunluğu düzeyine ve çatlaklılık parametrelerine bağlı olarak kaya kütlelerinde ve tahkimat sistemlerinde yenilmeler beklenmelidir.
Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006’dan değiştirilmiştir..
-
50
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Tipik tünel göçük mekanizmaları
Kemerin
yenilmesi
Arazi koşulları
Büyük ölçüde üniform formasyon örneğin kabaran çamurtaşı
(1)
Üniform
lulu
k
Aşırı süreksizlik düzlemleri olan ortam
Dayanı mı düşük - ayrışmış kaya kütleleri (fay breşleri, aşırı kırılmış zonlar )
(4)
Aşır
ı ayrı
şm
ış
kaya
kütlesi veya
kır
ılm
ış z
on
60 º kayma yenilmesi
Göçük zonu Yenilme zonu
Su geliri
Çok önemli Önemli Çok önemli değil Not
Üst Payanda Payanda
Göçük zonu
Göçük
Göçük
Basamak
tabanı
Üst
Kil içeren süreksizlik
(3)
Süre
ksiz
lik
Çamurtaşı katmanı
Ana kaya
özellikleri
Çatlak
Su geliri
Çatlak
Çatlak
Su geliri
Çatlak
Su geliri
Su geliri
Ana kaya
özellikleri
Ana kaya
özellikleri
Ana kaya
özellikleri
Basamak
tabanı
Basamak
tabanı
KLASİK MADENCİLİK (NATM) YÖNTEMİ İLE AÇILAN TÜNELLERDE OLASI GÖÇÜK MEKANİZMALARI VE OLUŞUM NEDENLERİ
Yeni Avusturya Yöntemi-NATM- ile açılan
tünellerde göçük türlerine ait kimi örnekler
çizelgede (JSCE, 2001) görülmektedir.
Limit denge konumunun çok yakınında
bulunan bu durumlar “kalıcı iksa”nın
yapılmadığı aşamada meydana gelen yakın
kaynaklı depremlerde potansiyel duraysızlık
zonlarıdır. Diğer kelimelerle bu tür zonlarda
geçici iksaların sismik yükleme altında içsel
dengelerinin yitirme olasılığı çok yüksektir.
Not: Statik yükleme durumunda stabilite
koşulları bakımından kritik olan tünel
kesimlerinde , herhangi bir kuvvetli sismik
yüklemede kolaylıkla yenilme davranışına
geçebilirler Bolu kara tüneli, bunun tipik bir
örneğidir.
Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006’da JSCE,2001.
-
51
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
MAKSİMUM YATAY DEPREM İVMESİ VE TÜNEL KAPLAMA TÜRÜNE GÖRE TÜNELLERDE DEPREM HASAR DURUM DİYAGRAMI
ay,ü =0.322 g
ay =0.192 g
Proje koşullarında değişim aralığı
Hasar Durumu
Yok Orta
Hafif Ağır
ay,ü =0.322 g
ay =0.192 g
Proje koşullarında değişim aralığı
Hasar Durumu
Yok Orta
Hafif Ağır
Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006’da MCEER 1999.
Yüzeydeki maksimum yatay yer
ivmesinden bağımsız olarak en
fazla hasar kaplamasız
tünellerde gözlenmektedir.
Betonarme kaplama da ise,
genellikle 0.5g’den itibaren
"hafif/orta derecede hasar"
beklenmektedir.
-
52
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Ortalama
Örtü derinliği [m] Kes
tiri
len
mak
sim
um
yata
y y
er i
vm
esi,
g %
Hasar yok Hafif Orta hasar Ağır hasar ay > 30 (%g) durumunda tünelin derinliği
yaklaşık ise %50 güvenirlikle tünelde
herhangi bir hasar beklenmeyecektir.
Kısaca, artan tünel derinliği ile deprem
kaynaklı hasar düzeyi azalmaktadır. Daha
açık bir deyişle merkez üssüne yakın derin
yeraltı mühendislik yapıları depreme karşı
dayanıklı davranış sergiler.
Tünelin portalları ve şevlerinde böyle bir
ivme durumunda hasara yol açacağı
unutulmamalıdır. Diğer anlatımla, tünellerin
portal ve şevlerinin tasarımı sismik
yüklemede özenle dikkate alınmalıdır.
Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006’da Sharma-Judd 1991 .
MAKSİMUM YATAY DEPREM İVMESİ VE TÜNEL KAPLAMA TÜRÜNE GÖRE TÜNELLERDE DEPREM HASAR DURUM DİYAGRAMI
Hasar değerlendirme diyagramından izlenileceği gibi
H = 30m derinlik için eğer ivmenin değeri, 𝑎𝑦 ≈ 14(%𝑔) =
140 cm/sn2 ise % 80 güvenirlikle incelenen tünel depremi
“hasarsız” atlatacaktır. Aynı derinlikte yerüstünde beklenen
ivmenin değeri 𝑎𝑦 ≥ 30(%𝑔) ≥ 300 cm/sn2 ise tünelde
gözlenecek hasarın düzeyi hafif/orta düzeyde olacaktır
-
53
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
TÜNEL HASARLARININ KUVVETLİ SARSINTI YER HIZ DEĞERLERİNE DAYANDIRILIMASI
Genel
Kuvvetli sarsıntı hız kayıtlarının çoklu regresyon analiziyle değerlendirilmesi sonucunda Theodulidis ve
Papazochos (1992) aşağıdaki ifadeyi teklif etmişlerdir:
𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝑴𝒔 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝑹 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝑺 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝑷 , 𝒄𝒎/𝒔
Ms = Deprem S-dalga büyüklüğü (Ms ≈ Mw)
R = proje noktası ile merkez üstü arasındaki uzaklık, km (Pratik hesaplamalarda proje lokasyonu ile deprem
üreten aktif fay arasındaki dik uzaklık olarak alınabilir)
S = zemin cinsini ifade eden faktör (Alüvyonel zeminde S=0, kayalarda ise S=1 kabul edilebilir)
P = olasılık katsayısı (%50 "orta değer için" P=0; %84 "orta değer + 1 standart sapma" için P=1 alınır)
Hasar Derecesi
Yüzeyde maksimum yer hızı -tanecik hızı- ölçütü temel alındığında tünel hasarı yaklaşık "V ≥ 25 cm/s"
durumunda gözlenmektedir. "25 cm/s < V < ~ 90 cm/s" aralığında ise hasarlar "orta" derecededir. V > 90 cm/s
durumunda ise portaller ve sığ tünellerde hasarın derecesi "ağır"'dır.
Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz, 2006.
-
54
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
TÜNEL HASARLARININ KUVVETLİ SARSINTI YER HIZ DEĞERLERİNE DAYANDIRILIMASI
Örnek
Deprem Büyüklüğü: Ms = 6.5
Merkez Üstü Uzaklığı: R =20 km
Zemin: Zayıf kaya birimi, S=1
Olasılık: Orta değer, P=0
için
𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝑴𝒔 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝑹 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝑺 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝑷 , 𝒄𝒎/𝒔
𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝟔. 𝟓 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝟐𝟎 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝟏 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝟎
𝒍𝒏 𝑽 = 𝟒. 𝟐𝟑
𝑽 = 𝒆𝟒.𝟐𝟑 ≈ 𝟔𝟖 𝒄𝒎/𝒔
Buna göre, hız değeri 68 cm/s ile "25 cm/s < V < ~ 90 cm/s" aralığında kalmaktadır ve tünelde oluşacak hasarın
"orta" derecede olacaktır.
-
55
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Merkez Üstü Uzaklığı, R (km)
0.1
1
10
100
1000
10000
Ku
vv
etl
i Y
er
Sa
rsın
tı Hızı, V
(c
m/s
)
%50 "orta değer için" P=0
Ms=7.5
Ms=7.0
Ms=6.5
Ms=6.0
Ms=5.5
ORTA HASAR
AĞIR HASAR
HAFİF HASAR/HASARSIZ BÖLGE
KAYA KÜTLELERİNDE (S=1) TÜNEL HASARLARININ KUVVETLİ YER SARSINTI HIZI DEĞERLERİNE DAYANDIRILIMASI
Depremin merkez üssünden uzaklaştıkça,
kuvvetli yer sarsıntısı hızı azalmaktadır.
Depremin büyüklüğündeki artış ile, yer
sarsıntı hızı beklenildiği gibi artış
göstermektedir. Örneğin; Ms=5.5
büyüklüğünde bir depremin meydana gelmesi
durumunda, deprem merkez üssüne 12 km
uzaklıktaki bir tünelde "orta şiddette hasar"
beklenirken, daha uzaklardaki tüneller bu
depremi hiç hasar almadan yada hafif hasarla
atlatabilir. Ms=7.5 büyüklüğünde bir depremin
oluşması durumunda ise, depremin merkez
üssüne 100 km uzaklıktaki bir tünelde dahi en
az "orta hasar" meydana gelmesi
beklenmektedir. 50 km’den daha yakın
tüneller ise böyle bir deprem altında " ağır
hasar" ‘a maruz kalacaklardır. 𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝑴𝒔 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝑹 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝑺 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝑷 , 𝒄𝒎/𝒔
-
56
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Merkez Üstü Uzaklığı, R (km)
0.1
1
10
100
1000
10000
Ku
vv
etl
i Y
er
Sa
rsın
tı Hızı, V
(c
m/s
)
%84 "orta değer +1 standart sapma için" P=1
Ms=7.5
Ms=7.0
Ms=6.5
Ms=6.0
Ms=5.5
ORTA HASAR
AĞIR HASAR
HAFİF HASAR/HASARSIZ BÖLGE
KAYA KÜTLELERİNDE (S=1) TÜNEL HASARLARININ KUVVETLİ YER SARSINTI HIZI DEĞERLERİNE DAYANDIRILIMASI
Kuvvetli yer sarsıntı hızı ile depremin merkez
üstünden olan uzaklık arasındaki ilişki %84
olasılıkla (orta değer + 1 standart sapma için)
incelendiğinde, örneğin Ms=5.5 olan bir
deprem için "hafif hasar/hasarsız bölge" -
"orta hasar" sınrının 12 km’den (%50 olasılıklı
durum), yaklaşık 30 km’ye (%84 olasılıklı
durum) çıktığı görülmektedir. Diğer bir deyişle,
%50 olasılıklı durumda, yüzey dalgası
büyüklüğü 5.5 olan bir depremden 25 km
uzaklıktaki bir tünel, depremi "hasarsız"
atlatırken, %84 olasılıklı durumda, en az "orta
hasara" maruz kalması beklenmektedir. Bu
durumda, hasar derecelendirmesi yaparken
güvenilir tarafta kalınması istenildiğinde, %84
olasılıklı eğrinin kullanımı daha gerçekçi
sonuçlar verecektir. 𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝑴𝒔 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝑹 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝑺 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝑷 , 𝒄𝒎/𝒔
-
57
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
TÜNEL PORTAL ŞEVLERİNDE YENİLMELERİN DEPREM BÜYÜKLÜĞÜ İLE İLİŞKİSİ
Deprem Büyüklüğü
Deprem Büyüklüğü
Hip
osa
ntı
r U
zakl
ığı,
km
H
ipo
san
tır
Uza
klığ
ı, k
m
Portal Hasarı
Şev ÇökmesiYenilme VAR
Yenilme VAR
Yenilme YOK
Yenilme YOK
Not: 𝑯𝒊𝒑𝒐𝒔𝒂𝒏𝒕𝚤𝒓 𝑼𝒛𝒂𝒌𝒍𝚤ğ𝚤 = 𝑶𝒅𝒂𝒌 𝑫𝒆𝒓𝒊𝒏𝒍𝒊ğ𝒊𝟐 + 𝑭𝒂𝒚𝒂 𝑫𝒊𝒌 𝑼𝒛𝒂𝒌𝒍𝚤𝒌𝟐 θ = fayın eğimi ve doğrultusundan kaynaklı saatin tersi yönündeki açı
Zayıf Kaya Kütlesi
Kırıklı Kaya Kütlesi
Kaynak: Aydan., 2014’den değiştirilmiştir..
Tipik Şev Yenilme Örneği
-
58
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMİK ETKİ NEDENİYLE TÜNELLERDE MEYDANA GELMESİ MUHTEMEL HASARLAR
Kaya Heyelanları ve Büyük Kaya Bloklarının Düşmesi Sonucunda Oluşan Hasarlar
2008 yılında Çin’de meydana gelen 7.9 moment büyüklüğündeki Wenchuan depremi sonrasında, tünel
portallarında meydana gelen hasar örnekleri aşağıda göresel olarak sunulmaktadır.
Kaya ve Toprak Parçalarının kayma yönü
Tünel Portalı
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015 (Fotoğraflar, Wang and Zhang, 2013’den değiştirilmiştir).
• Deprem sonrası kaya ve toprak parçalarının
kayması, tünel portal girişinin kapanmasına neden
olmuştur.
Düşen Kaya Parçaları
Kaya kütlelerinin düşmesi sonucu oluşan portal hasarı
• Deprem sonrasında düşen büyük kaya parçaları,
portal giriş yapısında hasara neden olmuştur.
-
59
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMİK ETKİ NEDENİYLE TÜNELLERDE MEYDANA GELMESİ MUHTEMEL HASARLAR
Sığ Tünellerde Eğilme (Çekme) Çatlakları
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015 (Fotoğraflar, Wang and Zhang, 2013’den değiştirilmiştir).
Hasar Mekanizması
Wenchuan Depremi sonrası oluşan çatlaklar
• 2008’de meydana gelen Wenchuan depremi,
sonrasında, özellikle sığ tünellerde eğilme
diğer bir deyişle çekme çatlaklarının oluştuğu
gözlenmiştir.
• Depremden kaynaklı oluşan yer hareketi
sonucunda tünel kaplamalarına etki eden
yatay kuvvet, özellikle kemer şeklindeki
yapının üst bölgelerinde eğilme-çekme-
gerilmelerine neden olmaktadır.
-
60
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMİK ETKİ NEDENİYLE TÜNELLERDE MEYDANA GELMESİ MUHTEMEL HASARLAR
Zayıf Jeolojik Formasyanlarda Açılan Tünellerde Kesme Çatlakları
Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015 (Fotoğraflar, Wang and Zhang, 2013’den değiştirilmiştir).
• Özellikle zayıf jeolojik formasyonlarda açılan tünellerde, tünellerin üst bölgelerinde kesme çatlakları ve
dökülmeler oluşmaktadır.
Kesme Çatlakları
Zayıf Jeolojik Formasyon
-
61
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SIVILAŞMA OLAYI VE KRİTİK SIVILAŞMA UZAKLIĞININ KESTİRİLMESİ Genel
Zeminin sıvılaşması olayı, suya doygun ince daneli kum ve silt gibi katmanların, deprem dalgalarının etkisiyle
"boşluk suyu basıncı (u)" ‘ nın artması sonucunda efektif basıncın, σ’ sıfıra doğru yaklaşımıdır ve bu durumda
zeminin nihai taşıma kapasitesi tamamen veya büyük ölçüde kaybolmuştur. Daha açı deyişle, başlangıçta katı
fazda olan geomateryal "sıvı" gibi davranış gösterir.Sıvılaşma olayına etki eden belli başlı faktörler şunlardır:
• Depremin büyüklüğü ve süresi
• Kumlu zeminin granülometrik bileşimi
• Yeraltı su seviyesinin derinliği
• Çökellerin drenaj koşulları
• Çökellerin jeolojik yaşı
• Çimentolaşma derecesi
• Yükleme –bina temelleri- durumu
-
62
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SIVILAŞMA OLAYI VE KRİTİK SIVILAŞMA UZAKLIĞININ KESTİRİLMESİ Sıvılaşma Olayının Gözlendiği Kritik Uzaklık
Literatürde kullanılan deprem büyüklüğü Ms=f(uzaklık)ilintileri topluca aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Fark edildiği gibi artan yüzey dalga büyüklüğü, Ms ile sıvılaşma olayının gözlenebileceği uzaklık (L) artmaktadır.
Ayrıca, Ambrasseys, 1988 ile Wakamatsu,1993 Ms=f(uzaklık) ifadelerinin merkezüstü ile sıvılaşma bölgesi arasındaki
uzaklığı tanımlayan (L) 8 km – 100 km aralığı için uyumları dikkat çekicidir. Örneğin, Ms=6.5 için kritik uzaklık yaklaşık
L=40 km olmaktadır. Eğer satüre kumlu katmanlar sismik enerji üretecek merkez/fay hattından L ≥40 km ise
"sıvılaşma riski " ’ nin olmadığı söylenebilir. Proje sahası ile olası deprem bölgesi arasında uzaklık 40 km’den az
olması durumunda ise "sıvılaşma riski " ’ nin varlığından söz edilebilir.
Merkez Üssü Uzaklığı, L (km)
Yüze
y D
alga
sı B
üyü
klü
ğü, M
s
-
63
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Sayısal Örnek:
Aşağıda sismik, geoteknik özellikleri ve geometrik boyutları belirtilen bir tünel projesi (6,8 m)
“sıvılaşma riski” taşıyan kumlu seviyede açılacaktır.
a) Sıvılaşma riskini hesaplayınız.
b) Sıvılaşmadan ötürü tünelin olası düşey oturmasını belirleyiniz.
c) Alınabilecek teknik önlemleri açıklayınız.
o Beklenen deprem büyüklüğü Mw= 7,5
o Aktif faya dik uzaklık ve beklenen yatay yer ivmesi,
Ld= 15 m; a= 0,4g
o Ortalama SPT – N60= 12 (0 – 16,8 m kumlu zemin)
o Ortalama ince madde içeriği – ağırlıkça – (0,076 mm)
FC= %25 Tünel
h=10 m
k= 1,6 t/m3
s= 1,8 t/m3
Z
hsu=1,5 m
D=6,8 m
TÜNELLERDE SIVILAŞMA RİSKİNİN HESABI
-
64
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Genel
• Sıvılaşmaya karşı güvenlik katsayısı:
Mw7,5’ de ortalama sismik yükleme:
1 Atmosfer efektif gerilmesi z’= 10 t/m2 için zemin dayanımı
Efektif gerilme + ince madde düzeltilmesi yapılmış SPT – N değeri:
σ=1 σ α σ=1 σ α
M=7,5
CRR .K .K CRR .K .KZemin dayanımıGK = = =
CSRSismik yükleme CSRMSF
maxz dz
aσCSR = 0,65. . .r Seed ve Idriss,1971
σ' g
2 3 4
1 1 1 160cs 60cs 60cs 60csσ=1
N N N NCRR = exp + - + - 2,8 Idriss ve Baulanger,2006
14,1 126 23,6 25, 4
21 1 1 N 60 1 60 1 z60CS 60 60 60 60z
10 tN = N + Δ N = C .N + Δ N = .N + Δ N ; σ ' boyutundadır.mσ '
-
65
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
İnce madde “FC” düzeltmesi:
FC= İnce madde miktarı – ağırlıkça – %
K= İncelenen noktadaki efektif gerilmenin z’= 10 t/m2’ den büyük olması durumunda dikkate alınan düzeltme
faktörü. z’ 10 t/m2 için K 1 alınır.
K= Eğimli tabaka durumu gözeten düzeltme faktörü. Yatay tabaka için K=1’ dir.
z= İncelenen noktaya etkiyen toplam düşey basınç
z’= İncelenen noktadaki düşey efektif gerilme. z’= z-u’ dir.
u= İncelenen noktadaki boşluk su basıncı
amak= Maksimum yatay yer ivmesi – yerçekimi cinsinden –
rd= Gerilme azaltım katsayısı. Derinliğe ve deprem büyüklüğüne bağlıdır (bknz. Gerilme azaltım katsayısı,rd –
derinlik ilişkisi,Z (syf.49) Idriss ve Boulanger, 2006). (Uygulamada 20 m derinliğe kadar sıvılaşma olgusu”
gözlenmiştir. Z>20 m’ den sonra rd=f(Z, Mw) eğrileri çok dikkatli şekilde kullanılmalıdır).
;
2
1 60
9,7 15,7Δ N = exp 1,63 + - ; %5 < FC < %60 Idriss ve Baulanger,2006
FC + 0,1 FC + 0,1
-
66
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
d wlnr = α Z + β Z .M
Zα Z = -1,012 - 1,126.sin + 5,133 Derinlik Z 34m için geçerlidir
11,73(Idriss ve Boulanger, 2006)
ZZ = -0,160 + 0,118.sin + 5,142
11,28
Mw= Deprem büyüklüğü – moment –
rd= 0,12.exp(0,22Mw)
-
67
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
MSF= Moment deprem büyüklüğünü dikkate alan faktör. MW=7,5 için MSF= 1’ dir. MW7,5
durumunda değeri Idriss’ in ifadesinden
olarak hesaplanır. Örneğin Mw= 6 için büyüklük düzeltme faktörü MSF=1,48 bulunur.
wMMSF = 6,9.exp - - 0,0584
Değişim Aralığı Seed &Idriss, 1971
De
rin
lik,
Z, m
Gerilme azaltım katsayısı, rd
Derinliğin gerilim azaltım katsayısı, rd ve
deprem büyüklüğü, Mw ile değişimleri
(Idriss ve Boulanger, 2006)
Mw=5,5 Mw=6,5 Mw=7,5 Mw=8 Deprem büyüklüğü – moment, Mw
-
68
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Hesaplamalar
o h+D= 10+6,8= 16,8 m derinlik için güvenlik katsayısının hesabı
(u=su(h-hsu+D))
Gerilme düzeltmesi, K yapılması gerekir.
(Hynes ve Olsen 1999’ dan alıntılayan Finn, 2002).
f=f(Rölatif sıkılık) olup %40
-
69
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
o (Z= 16,8 m’ de) Sismik Yükleme
(g= Yerçekimi ivmesi)
o (Z= 16,8 m’ de) Dayanım – Sıvılaşmaya karşı direnç –
o Güvenlik katsayısı
makzd
z
aσ 29,94 0, 4gCSR = 0,65. . .r = 0,65. . .0,8 = 0, 42
σ ' g 14,64 g
2
1 60
9,7 15,7Δ N = exp 1,63 + - 5
25 + 0,1 25 + 0,1
1 60 160CS 60z
10 10N = .N + Δ N = x12 + 5 = 14,9 15
σ ' 14,64
3 42
σ=1atm
15 15 15 15CRR = exp + - + - 2,8 = 0,155
14,1 126 23,6 25, 4
σ=1 σ αCRR .K .K 0,155x0,9x1GK = = = 0,33 < 1CSR 0, 42
MSF 1
-
70
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
olduğu görülmektedir. Kısacası, incelenen derinlikte (Z= 16,8 m) ciddi bir “sıvılaşma riski” mevcuttur.
TBM’ lerde açılan tünellerde sıvılaşmadan kaynaklanan şu hasarlar sözkonusudur:
• Zeminin kayma dayanım parametreleri (c, ) sıvılaşmadan sonra büyük ölçüde azaldığından dolayı,
ciddi “farklı oturmalar” oluşur. Segmanların “çökme” toleransı dışında olması durumunda
“açılmalar” meydana gelir ve segmanların “yapısal bütünlüğü” bozulabilir.
• Sıvılaşmanın şiddetine bağlı olarak segmanlar önemli düzeyde yüzdürme kuvveti etkisi altında
kalabilir, sonuçta kum içinde yüzebilirler.
Sıvılaşan zemin kütlesi
Farklı oturmalar
Yüzdürme kuvveti
Kum içinde yüzen segmanlar Kum danecikleri
Sıvılaşma olayının tünel segmanlarına olası etkileri
-
71
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Kaynak: Day, 2002.
Hacimsel Birim Deformasyon, v, %
Gü
ven
lik K
atsa
yısı
, GK
1
2c1
Dr = %90
N = 30
q = 200kg/cm
1
2c1
Dr = %80
N = 25
q = 147kg/cm
21 c1
Dr = %70
N = 20; q = 110kg/cm
21 c1
Dr = %60
N = 14; q = 80kg/cm
21 c1
Dr = %50
N = 10; q = 60kg/cm
21 c1
Dr = %40
N = 6; q = 45kg/cm
21 c1
Dr = %30
N = 3; q = 33kg/cm
Oturma Hesabı
GK=f(Dr, (N1)60, v
Sıvılaşmadan kaynaklanan “oturma”’ nın
kestirilmesi Ishihara ve Yoshimine, 1992
çalışmasında rapor edilen güvenlik katsayısı,
GK=f(Rölatif sıkılık, Dr, N1) takip eden sayfadaki
abakdan yararlanarak yazılır (orijinalinden
alıntılayan Day, 2002) (Abakta N1(N1)60 olarak
alınabilir). Problem verileri (GK=0,33 , (N1)6010)
dikkate alındığında abaktan sıvılaşma sonrası
hacimsel birim deformasyon v%3,5 düzeyinde
elde edilir. (0 – 16,8) m arasındaki kum katmanının
tamamının sıvılaştığı göz önünde tutulursa olası
düşey oturma miktarı
=Hxv= 16,8x0,035=0,58 m
olarak hesaplanabilir. Görüldüğü gibi önemli bir
düşey “oturma” oluşmaktadır. Sıvılaşma riskinin
teknik önlemlerle mutlaka en az düzeye getirilmesi
gerekmektedir.
-
72
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
Teknik Önlemler
Zeminin sıvılaşmaya karşı direncini arttırmak, daha açık deyişle kayma dayanım özelliklerini
iyileştirmek için “ikincil çimento enjeksiyonu” önerilmektedir (Chou vd., 2001). (İkincil enjeksiyon,
segmanlardan zeminin içine doğru yapılan enjeksiyonu ifade etmektedir). Japon uygulamasında
genellikle iyileştirilen zeminin tek eksenli basınç dayanımının 1,0 kgf/cm2’ den büyük olması
öngörülmektedir.
-
73
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
12 KASIM 1999 DÜZCE DEPREMİNDE (MW = 7.1) OLUŞAN YÜZEY KIRIKLARI, ARTÇI DEPREMLERİN DIŞ MERKEZLERİ VE BÖLGEDEKİ ALETSEL DEPREMLER-YÜZEY KIRIKLARI-
Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz, 2006’da Utkucu, Çetin ve Alptekin, 2003.
-
74
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
BOLU TÜNELİNİN CİVARINDA YER ALAN KAF SİSTEMİNDE OLUŞAN DEPREMLER VE KESTİĞİ AKTİF FAYLAR
Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006’da Dalgıç, 2002..
Tünel geçkisinin bulunduğu ortam,
tektonik kuvvetlerin etkisinde
kalmış, aşırı ölçüde ezilmiş/kırılmış
ve birbirinden çok farklı davranış
sergileyen birimlerden oluşmuştur.
Bu nedenledir ki 1993 yılında
Asarsuyu ve 1994’de ise Elmalık
portalından inşaatı başlayan Bolu
tünellerinin açılımları çok yavaş bir
tempo ile yapılmıştır.
-
75
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
SİSMİK BAĞLANTILARIN İŞLEVİ
Genel
• Sismik aktivitesi yüksek olan demiryolu/karayolu tünellerinde deprem sonrası, tünelin performansının
sürekliliğini sağlamak için kayma gerilmelerinin deformasyonlarının maksimum olduğu kesimlerde deprem
kökenli deformasyonların sistem içinde sönümlenmesi için özel malzemelerden imal edilen "sismik
bağlantılar" yerleştirilir.
• Genellikle, sismik lokasyonun yeri nümerik analiz sonucunda, verilen proje koşulları (deprem büyüklüğü,
deprem dalgasının genliği ve frekans içeriği, topoğrafik şartlar, dalganın yayıldığı ortamın geoteknik
büyüklükleri) gözönünde tutlarak belirlenebilir. Bununla beraber, ampirik gözlemlere göre de genel de,
sağlam kütleden, zayıf kaya kütlesine geçiş yada zeminden, sağlam kaya kütlesine geçişlerde "sismik
bağlantı" yerleştirilebilir. Avrasya karayolu tüneli inşaatında, tünelin nümerik analizi sonucunda, iki
lokasyonda sismik bağlantı konulma gereği çıkmıştır ve bunlar söz konusu proje de başarı ile
yerleştirilmiştir. Takip eden sepya da ise Bolu karayolu tünel projesinde yerleştirilen sismik bağlantının yeri,
jeolojik kesiti ile birlikte verilmiştir.
-
76
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İnşaat Mühendisliği Bölümü
TÜNEL DERSİ Ergin ARIOĞLU
TÜNELLERDE SİSMİK BAĞLANTI - BOLU TÜNEL ÖRNEĞİ -
Kaynak: Russo ve diğ., 2002’den değiştirilmiştir.
TÜNEL ARINI
Sismik Bağlantı
• Bolu tüneli projesi (Gümüşova – Gerede Karayolu kesimi) , Bakacak fayı geçişinde sismik bağlantı
Bakacak Fayı
Zekidağı Fayı Yükseklik Yükseklik İstanbul Yönü