Upload
phungquynh
View
330
Download
25
Embed Size (px)
Citation preview
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
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.