YILDIZ TEKNK NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

AIK DERN KAZILARDA ZEMN

DEFORMASYONLARININ NMERK ANALZ

naat Mh. Oktay SEVENCAN

FBE naat Mhendislii Anabilim Dal Geoteknik Programnda

Hazrlanan

YKSEK LSANS TEZ

Tez Danman: Prof. Dr. .Kutay ZAYDIN (YT)

STANBUL, 2009

YILDIZ TEKNK NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

AIK DERN KAZILARDA ZEMN

DEFORMASYONLARININ NMERK ANALZ

naat Mh. Oktay SEVENCAN

FBE naat Mhendislii Anabilim Dal Geoteknik Programnda

Hazrlanan

YKSEK LSANS TEZ

Tez Danman: Prof. Dr. .Kutay ZAYDIN (YT)

STANBUL, 2009

ii

NDEKLER

SMGE LSTES ....................................................................................................................... iv

KISALTMA LSTES ............................................................................................................... vi

EKL LSTES ....................................................................................................................... vii

ZELGE LSTES .................................................................................................................. xii

NSZ .................................................................................................................................... xiv

ZET ........................................................................................................................................ xv

ABSTRACT ........................................................................................................................... xvii

1. GR ....................................................................................................................... 1

2. NCEK ALIMALAR ....................................................................................... 3

3. GENEL BLGLER ............................................................................................... 14

3.1 Destekli Kazlar ..................................................................................................... 14 3.1.1 Destekli Kaz Teknikleri ........................................................................................ 15 3.1.2 Destekli Kazlarda Gzlem .................................................................................... 21 3.1.3 Destekli Kazlara Etkiyen Yatay Toprak Basnlar .............................................. 24 3.1.4 Destekli Kazlara Etkiyen Toprak Basnlar ........................................................ 28

4. ARATIRMA ve METOD .................................................................................... 33

4.1 Otogar-Baclar H.R.S. inin stasyonu Diyafram Duvar Uygulamas .............. 34 4.2 Projenin Tanm ..................................................................................................... 34 4.2.1 Blge Jeolojisi ....................................................................................................... 34 4.3 Analiz Metodu ....................................................................................................... 53

4.3.1 Otogar-Baclar H.R.S. inin stasyonu Diyafram Duvar le Yukardan Aa naat Modeli ......................................................................................................... 55

4.3.2 Otogar-Baclar H.R.S inin stasyonu ok Sra Ankrajl Kazkl Perde Destek Sistemi Modeli ....................................................................................................... 78

4.3.3 Otogar-Baclar H.R.S inin stasyonu Diyafram Duvar le ten Destekli Perde Modeli .................................................................................................................... 94

5. SONULAR ........................................................................................................ 105

KAYNAKLAR ....................................................................................................................... 119

EKLER ................................................................................................................................... 122

Ek 1 Arazi Sondaj Lokasyonu ve Mhendislik Jeolojisi Haritas .......................................... 123

iii

Ek 2 Arazi Mhendislik Jeolojisi Kesiti ................................................................................. 124

Ek 3 Arazi Sondaj Loglar SB2 .............................................................................................. 125

Ek 4 Arazi Sondaj Loglar SB3 .............................................................................................. 128

Ek 5 Arazi nklinometre ve Piyozometre Lokasyonu ............................................................ 131

Ek 6 Arazi nklinometre lm Sonular Grafikleri ............................................................ 132

Ek 7 Arazi CIN02 nklinometre lm Sonular ................................................................. 134

Ek 8 Arazi CIN05 nklinometre lm Sonular ................................................................. 136

Ek 9 Diyafram duvar ile yukardan aa inaat metodu Plaxis modeli ekil deitirme grnm ................................................................................................................................ 138

Ek 10 ok sra ankraj destekli kazk sistemi Plaxis modeli ekil deitirme grnm ....... 139

Ek 11 Diyafram duvar ile iten destekli sistem Plaxis modeli ekil deitirme grnm ... 140

Ek 12 Zemin Numuneleri Toplu Deney Sonular ................................................................. 141

ZGEM ............................................................................................................................ 142

iv

SMGE LSTES

A Alan

CB Kuyu ap dzeltme faktr

c Drenajl kohezyon

CR Tij uzunluu dzeltme faktr

CS Numune alc dzeltme faktr

cu Drenajsz kohezyon

D Duvar zemin ii gmlme boyu

d Kazk ap

e Boluk oran

E Elastisite modl

EI Drenajl elastisite modl

Em ahmerdan etkinlii faktr

Eu Drenajsz elastisite modl

Ec Beton elastisite modl

Es elik elastisite modl

EI Eilme rijitlii

EA Eksenel rijitlik

Gs zgl arlk

H Kaz Derinlii

I Atalet momenti

K0 Sknetteki toprak basnc katsays

KA Aktif Rankine toprak basnc katsays

KAC Aktif Coulomb toprak basnc katsays

KP Pasif Rankine toprak basnc katsays

KPC Pasif Coulomb toprak basnc katsays

v

LL Likit limit

N30 Standart penatrasyon darbe says

N60 Prosedre gre dzeltilmi SPT darbe says

sel srtnme as

PI Plastisite indeksi

PL Plastik limit

s Destekler aras mesafe

Qa Ankraj ngerme kuvveti

q Serbest basn direnci

wn Doal su muhtevas

Doal birim hacim arlk

d Suya doygun birim hacim arlk

w Su iin birim hacim arlk

k Kuru birim hacim arlk

v Dey Yer Deitirme

x Yatay Yer Deitirme

Poisson oran

v Dey gerilme

h Yatay gerilme

v Dey efektif gerilme

h Yatay efektif gerilme

Pi sabiti

Kesme gerilmesi

(N60)1 Dey efektif gerilmeye gre dzeltilmi SPT darbe says

vi

KISALTMA LSTES

FS Gvenlik Katsays

H.R.S. Hafif Rayl Sistem

SPT Standart Penatrasyon Deneyi

TS Trk Standard

ULS Ultimate Limit State

vii

EKL LSTES

Sayfa

ekil 2.1 Kaz etrafnda gzlenen dey yer deitirmeler (Yldrm, 2004) ............................. 3

ekil 2.2 Duvar hareketleri tahmini iin dizayn erileri (Clough and ORourke 1990) ............ 4

ekil 2.3 Singapore Posta Merkezi yatay yer deitirme grafii ............................................... 5

ekil 2.4 Maksimum zemin yatay yer deitirme deerine duvar yzey alannn etkisi ........... 6

ekil 2.5 Kazdan uzaklk ile zemin yz dey yer deitirme ilikisi .................................... 7

ekil 2.6 Referans zm duvar yer deitirmesi ve eilme momenti grafikleri..................... 10

ekil 2.7 Referans zm zemin dey yer deitirmesi grafii .............................................. 10

ekil 2.8 Duvar srtnmesi dey yer deitirme etkisi .......................................................... 11

ekil 2.9 Duvar srtnmesinin yer deitirme ve eilme momenti zerindeki etkisi .............. 11

ekil 3.1 Diyafram duvar makinesi kesici eitleri .................................................................. 18

ekil 3.2 Diyafram duvar panel imalat sras ........................................................................... 19

ekil 3.3 Diyafram duvar panel imalat sras ........................................................................... 19

ekil 3.4 Ara kat kazsnn yapm ........................................................................................... 20

ekil 3.5 nklinometre lm Seti ........................................................................................... 22

ekil 3.6 Rankine aktif toprak basnlar.................................................................................. 26

ekil 3.7 Rankine pasif toprak basnlar ................................................................................. 27

ekil 3.8 ten destekli esnek duvarlarda gerilme dal (Yldrm, 2004) ............................ 29

ekil 3.9 Tschebotarioff (1973) gerilme dal diyagramlar ................................................ 30

ekil 3.10 Tabakal zeminlerde destekli kaz gerilme dal (Yldrm, 2004) ...................... 31

ekil 3.11 Terzaghinin idealize edilmi P-y analizinde kullanlan iliki (Hayta, 2005) .......... 32

ekil 4.1 SB 2den elde edilen SPT deerlerinin derinlik ile deiimi .................................... 38

ekil 4.2 SB 3den elde edilen SPT deerlerinin derinlik ile deiimi .................................... 38

ekil 4.3 Plastisite indeksi-isel srtnme as ilikisi (Terzaghi, Peck and Mesri, 1996) ..... 48

ekil 4.4 Arazi genel kesiti ve zemin zellikleri ...................................................................... 53

ekil 4.5 Diyafram duvar ile yukardan aa inaat metodu kesiti ......................................... 55

ekil 4.6 Dey yer deitirmelerin dalm ........................................................................... 58

ekil 4.7 Yatay yer deitirmelerin dalm ............................................................................ 58

viii

ekil 4.8 Sol diyafram duvarda yatay yer deitirmeler .......................................................... 59

ekil 4.9 Sol diyafram duvar yanndaki dey zemin kesitinde yatay yer deitirmeler ......... 59

ekil 4.10 Sol diyafram duvar analiz sonular ile inklinometre (CN05) lmlerinin

karlatrlmas ......................................................................................................................... 60

ekil 4.11 Sol diyafram duvar yannda dey zemin kesiti analiz sonular ile inklinometre

(CN02) lmlerinin karlatrlmas ..................................................................................... 61

ekil 4.12 Sa diyafram duvar yatay yer deitirme grafii .................................................... 62

ekil 4.13 Sol taraf zemin yzeyinde dey yer deitirme deiimi ...................................... 63

ekil 4.14 Sa taraf zemin yzeyinde dey yer deitirme deiimi ..................................... 64

ekil 4.15 Kaz taban kabarmas(Referans zm) ................................................................. 64

ekil 4.16 Gmlme boyunun (D) taban kabarmasna etkisi ................................................... 65

ekil 4.17 Zemin elastisite modl deiiminin yatay yer deitirmeler zerindeki etkisi (sol

duvar) ........................................................................................................................................ 66

ekil 4.18 Zemin kayma mukavemeti as deiiminin yatay yer deitirmeler zerindeki

etkisi (sol duvar) ....................................................................................................................... 67

ekil 4.19 Zemin elastisite modl deiiminin yatay yer deitirmeler zerindeki etkisi (sa

duvar) ........................................................................................................................................ 68

ekil 4.20 Zemin kayma mukavemeti as deiiminin yatay yer deitirmeler zerindeki

etkisi (sa duvar) ...................................................................................................................... 69

ekil 4.21 Zemin elastisite modl deiiminin duvar eilme momenti zerindeki etkisi (sol

duvar) ........................................................................................................................................ 70

ekil 4.22 Zemin kayma mukavemeti as deiiminin duvar eilme momenti zerindeki

etkisi (sol duvar) ....................................................................................................................... 71

ekil 4.23 Zemin elastisite modl deiiminin duvar eilme momenti zerindeki etkisi (sa

duvar) ........................................................................................................................................ 72

ekil 4.24 Zemin kayma mukavemeti as deiiminin duvar eilme momenti zerindeki

etkisi (sa duvar) ...................................................................................................................... 73

ekil 4.25 Zemin elastisite modl deiimi ile dey yer deitirme ilikisi (sol taraf) ........ 74

ekil 4.26 Zemin kayma mukavemeti as deiimi ile dey yer deitirme ilikisi (sol taraf)

.................................................................................................................................................. 74

ekil 4.27 Zemin elastisite modl deiimi ile dey yer deitirme ilikisi (sa taraf) ....... 75

ix

ekil 4.28 Zemin kayma mukavemeti as deiimi ile dey yer deitirme ilikisi (sa

taraf).......................................................................................................................................... 75

ekil 4.29 Zemin elastisite modl deiimi ile kaz taban kabarma ilikisi .......................... 76

ekil 4.30 Zemin kayma mukavemeti as deiimi ile kaz taban kabarma ilikisi ............. 76

ekil 4.31 Zemin profilinde alt tabakann kil olmas halinde gmlme boyunun (D) kaz

taban kabarmasna etkisi.......................................................................................................... 77

ekil 4.32 Ankrajl kazkl perde destek sistem modeli ........................................................... 80

ekil 4.33 ok sra ankraj destekli kazkl perde sistemi dey yer deitirme dalm ........ 82

ekil 4.34 ok sra ankraj destekli kazkl perde sistemi yatay yer deitirme dalm ......... 82

ekil 4.35 ok sra ankraj destekli kazkl perde sistemi sol-sa yan kazk yatay yer

deitirme grafii ...................................................................................................................... 83

ekil 4.36 ok sra ankraj destekli kazkl perde sistemi sa yan zemin yz dey yer

deitirme grafii ...................................................................................................................... 84

ekil 4.37 ok sra ankraj destekli kazkl perde sistemi sol yan zemin yz dey yer

deitirme grafii ...................................................................................................................... 84

ekil 4.38 ok sra ankraj destekli kazkl perde sistemi kaz taban kabarma grafii ............ 85

ekil 4.39 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi kazk ap deiimi ile yatay yer

deitirme ilikisi (sa kazk) ................................................................................................... 86

ekil 4.40 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi ankraj ngerme kuvveti deiimi ile

yatay yer deitirme ilikisi (sa kazk) ................................................................................... 87

ekil 4.41 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi kazk ap deiimi ile yatay yer

deitirme ilikisi (sol kazk) .................................................................................................... 88

ekil 4.42 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi ankraj ngerme kuvveti deiimi ile

yatay yer deitirme ilikisi (sol kazk) .................................................................................... 89

ekil 4.43 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi kazk ap deiimi ile moment

deiimi ilikisi (sol-sa kazk) ................................................................................................ 90

ekil 4.44 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi ankraj ngerme kuvveti deiimi ile

moment deiimi ilikisi (sol-sa kazk) .................................................................................. 91

ekil 4.45 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi ankraj ngerme kuvveti deiimi ile

dey yer deitirme ilikisi ..................................................................................................... 92

x

ekil 4.46 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi kazk ap deiimi ile dey yer

deitirme ilikisi ...................................................................................................................... 92

ekil 4.47 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi ankraj ngerme kuvveti deiimi ile

kaz taban kabarma ilikisi ...................................................................................................... 93

ekil 4.48 ok sra ankraj destekli kazkl destek sistemi kazk ap deiimi ile kaz taban

kabarma ilikisi ......................................................................................................................... 93

ekil 4.49 ten destekli diyafram duvar modeli ...................................................................... 95

ekil 4.50 800/15.7 elik boru destek eleman ile iten destekli tasarmda meydana gelmesi

beklenen dey yer deitirme dalm ................................................................................... 97

ekil 4.51 800/15.7 elik boru destek eleman ile iten destekli tasarmda meydana gelmesi

beklenen yatay yer deitirme dalm .................................................................................... 97

ekil 4.52 800/15.7 elik boru destek eleman ile iten destekli tasarmda sa duvar yatay

yer deitirme grafii................................................................................................................ 98

ekil 4.53 800/15.7 elik boru destek eleman ile iten destekli tasarmda sol duvar yatay yer

deitirme grafii ...................................................................................................................... 99

ekil 4.54 800/15.7 elik boru destek eleman ile iten destekli tasarmda sol zemin yz

dey yer deitirme grafii ................................................................................................... 100

ekil 4.55 800/15.7 elik boru destek eleman ile iten destekli tasarmda sa zemin yz

dey yer deitirme grafii ................................................................................................... 100

ekil 4.56 800/15.7 elik boru destek eleman ile iten destekli tasarmda kaz taban

kabarma grafii ....................................................................................................................... 101

ekil 4.57 Diyafram duvar ile iten destekli derin kaz sistemi destek eleman rijitlik deiimi

ile yatay yer deitirme deiimi ............................................................................................ 102

ekil 4.58 Diyafram duvar ile iten destekli derin kaz sistemi destek eleman rijitlik deiimi

zemin yz dey yer deitirme deiimi (sol zemin yz) ................................................. 103

ekil 4.59 Diyafram duvar ile iten destekli derin kaz sistemi destek eleman rijitlik deiimi

zemin yz dey yer deitirme deiimi (sa zemin yz) ................................................ 103

ekil 4.60 Diyafram duvar ile iten destekli derin kaz sistemi destek eleman rijitlik deiimi

kaz taban zemin kabarmas deiimi .................................................................................... 104

ekil 5.1 Destek sistemine gre beklenen yatay yer deitirme ilikisi (sol taraf) ................ 107

ekil 5.2 Destek sistemine gre beklenen yatay yer deitirme ilikisi (sa taraf) ............... 108

xi

ekil 5.3 Destek sistemine gre dey elemanlarda olumas beklenen eilme momenti

dalm (sol ve sa ) .............................................................................................................. 109

ekil 5.4 Destek sistemine gre beklenen sol taraf zemin yz dey yer deitirme grafii

................................................................................................................................................ 110

ekil 5.5 Destek sistemine gre beklenen sa taraf zemin yz dey yer deitirme grafii

................................................................................................................................................ 110

ekil 5.6 Destek sistemine gre beklenen kaz taban zemin kabarmas grafii .................... 111

ekil 5.7 Destek sistemine gre beklenen efektif yatay gerilme dalmnn Terzaghi basn

dalmlar ile karlatrlmas (sol taraf) .............................................................................. 112

ekil 5.8 Destek sistemine gre beklenen efektif yatay gerilme dalmnn Tschebotarioff

dalmlar ile karlatrlmas (sol taraf) .............................................................................. 113

ekil 5.9 Destek sistemine gre beklenen efektif yatay gerilme dalmnn Terzaghi basn

dalmlar ile karlatrlmas (sa taraf) .............................................................................. 114

ekil 5.10 Destek sistemine gre beklenen efektif yatay gerilme dalmnn Tschebotarioff

dalmlar ile karlatrlmas (sa taraf) .............................................................................. 115

ekil 5.11 Destek elemanlarna etkiyen i kuvvetler ............................................................. 116

ekil 5.12 ok sra ankraj destekli kazkl perde zm sa taraf ankraj kuvvetleri deiimi

................................................................................................................................................ 117

ekil 5.13 ok sra ankraj destekli kazkl perde zm sol taraf ankraj kuvvetleri deiimi

................................................................................................................................................ 117

xii

ZELGE LSTES

Sayfa

izelge 3.1 Zeminler iin kullanlabilecek K0 katsays deerleri (Yldrm, 2004) ................ 25

izelge 4.1 Aratrma sondajlar bilgileri ve y.a.s.s durumu ................................................... 37

izelge 4.2 SB 2 sondaj rneklerinde elek analizi ve zgl arlk deney sonular .............. 39

izelge 4.3 SB2 sondaj rnekleri elek analizi sonular deerlendirmesi .............................. 39

izelge 4.4 SB 2 sondaj rnekleri Atterberg Limitleri ve doal su muhtevas deney sonular

.................................................................................................................................................. 40

izelge 4.5 Kohezyonlu zeminlerin plastisite indeksine gre snflandrlmas (Chen, 1975) 41

izelge 4.6 SB2 sondaj rneklerinin plastisite indeksi PI ye gre snflandrlmas .............. 41

izelge 4.7 SB 2 sondaj rnekleri eksenli basn (UU) deneyi sonular .......................... 41

izelge 4.8 SB 3 sondaj rnekleri elek analizi ve zgl arlk deney sonular ................... 42

izelge 4.9 SB3 sondaj rnekleri elek analizi sonularnn deerlendirilmesi ....................... 42

izelge 4.10 SB 3 sondaj rnekleri Atterberg Limitleri ve doal su muhtevas deney

sonular ................................................................................................................................... 43

izelge 4.11 SB3 sondaj killi rneklerinin plastisite indeksi PI ye gre snflandrlmas ..... 43

izelge 4.12 SB3 sondaj rneklerinde eksenli kesme (UU) ve tek eksenli basn deneyi

sonular ................................................................................................................................... 44

izelge 4.13 zgl younluk deerleri (etin, 2001).............................................................. 45

izelge 4.14 Zeminler iin zgl younluk deerleri (etin, 2001) ........................................ 45

izelge 4.15 SPT N says drenajsz kohezyon ilikileri (etin, 2001) ................................... 46

izelge 4.16 Drenajsz elastisite modl - drenajsz kohezyon ilikileri (etin, 2001) .......... 46

izelge 4.17 Kuyu ap, numune alc, tij dzeltme faktrleri (Skemton, 1986) ..................... 49

izelge 4.18 SPT ahmerdan etkinlikleri (Clayton, 1990) ....................................................... 50

izelge 4.19 Kohezyonsuz zeminlerde deerleri (etin, 2001) ............................................ 51

izelge 4.20 Zeminlerin elastik parametreleri (Das, 1998)...................................................... 52

izelge 4.21 Zemin tabakalar iin seilen geoteknik parametreler ......................................... 52

izelge 4.22 Plaxis analizlerinde kullanlan diyafram duvar, deme ve radye temel

parametreleri ............................................................................................................................. 56

xiii

izelge 4.23 Ankraj kk blgesi zellikleri ............................................................................. 56

izelge 4.24 Kazklar iin Plaxis parametreleri ....................................................................... 78

izelge 4.25 Ankraj Plaxis parametreleri ................................................................................. 79

izelge 4.26 Destek elemanlar Plaxis parametreleri ............................................................... 94

xiv

NSZ

Bu tezde geoteknik mhendisliinin nemli konularndan biri olan derin kaz destekleme yntemlerinden diyafram duvar ile yukardan aaya inaat yapm yntemi ilenmi ve kaz sonucu oluan zemin yer deitirme deerleri arazi lmleri ile karlatrlm olup ayrca deiik derin kaz destek sistemleri ile zmler yaplarak meydana gelmesi beklenen yer deitirmelerin karlatrlmas yaplmtr.

Tezin yapm aamasnda bilgi ve yardmlarn esirgemeyen bata ok deerli hocam Sayn Prof. Dr. . Kutay ZAYDINa teekkr ederim. Ayrca maddi manevi desteklerini esirgemeyen ailem ve yardmlarndan tr ok deerli hocam Do. Dr. Mehmet BERLGEN, arkadalarm M. Tuna DORUOLU ve ar AYDINa teekkr ederim.

stanbul, 2009

Oktay SEVENCAN

xv

AIK DERN KAZILARDA ZEMN

DEFORMASYONLARININ NMERK ANALZ

Oktay SEVENCAN

naat Mhendislii, Yksek Lisans Tezi

ZET

Bu almada destekli derin kazlar evresinde olumas beklenebilecek zemin yer

deitirmeleri incelenmitir. Farkl derin kaz destek sistemleri iin evre zeminde

oluabilecek zemin yer deitirmeleri ve bunlar zerinde deiik parametrelerin etkileri

aratrlmtr.

Aratrmada stanbulda ina edilmekte olan Baclar-Otogar Hafif Rayl Sistemi kapsamnda

yer alan inin stasyonu derin kazs model olarak ele alnmtr. Derinlii 32.5m olan bu

istasyon kazs diyafram duvar ile yukardan aa inaat yntemi ile gerekletirilmitir.

stasyon yapsnn 6 kat demesi ve taban temel pla destek elemanlar olarak kullanlmtr.

Kaz srasnda diyafram duvar iine ve yaknna yerletirilen inklinometreler ile yatay zemin

yer deitirmeleri llmtr.

Tez almas kapsamnda PLAXIS isimli bir sonlu elemanlar program kullanlarak ncelikle

arazide uygulanan derin kaz ve destek sistemi modellenmi ve referans model olarak kabul

edilen sonular yerinde lm deerleri ile karlatrlmtr. Arazi zemin aratrmalar ve

laboratuar deney sonularndan yararlanlarak retilen zemin profili ve geoteknik parametreler

kullanlarak gerekletirilen saysal analizler sonucunda yerinde gzlenen davran ile uyumlu

zemin yer deitirmeleri elde edilebilecei gsterilmitir. Ayrca, analizlerde kullanlan zemin

parametrelerinin belirli aralklar iinde deimesi durumunda hesaplanan tesirler zerinde

olas etkileri aratrlmtr.

Daha sonra ayn zemin modeli kullanlarak incelenen derin kaznn uygulanandan farkl

sistemler ile desteklenmesi durumunda beklenebilecek davran aratrlmtr. Farkl destek

sistemi seenekleri olarak diyafram duvarn iten kat demeleri yerine ayn seviyelerde elik

borularla desteklenmesi ve dey destek eleman olarak diyafram duvar yerine fore kazkl

perde ve ngermeli zemin ankrajlarndan oluan bir sistem seilmitir. Gerekletirilen saysal

analizler sonucunda hesaplanan zemin yer deitirmeleri referans model sonular ve arazi

gzlemleri ile karlatrlmtr. Analizler sonucunda evre zeminde olumas beklenen yatay

zemin yer deitirmeleri, yzey dey yer deitirmeleri, kaz taban kabarmalar ve dey

destek elemanlarnda oluacak eilme momenti dalmlar elde edilmitir. Kullanlacak iten

xvi

destek elemanlarnn rijitlii, fore kazklarn ap ve ankrajlarn ngerme kuvveti gibi tasarm

parametrelerinin oluacak tesirler zerinde etkileri hesaplanmtr.

Gerekletirilen almalar sonucunda derin kazlarn desteklenmesinin deiik sistemler ile

gvenli bir ekilde salanabilecei ve davranlarn saysal analizlerle geree yakn bir

ekilde ngrlebilecei gsterilmitir. Diyafram duvar ile yukardan aa inaat yntemi

veya ayn seviyelerde iten yeterli rijitlikte elik borular ile destek salanmas durumlarnda

zemin hareketlerinin birbirine ok yakn olaca belirlenmitir. Dey destek eleman olarak

diyafram duvar yerine fore kazkl perde kullanlmas ve ok sra ngermeli zemin ankrajlar

ile geriye balanmas durumu da saysal analizlerle incelenmitir. Analiz sonular ankraj

dey aralklarnn (ve kaz kademesi saysnn) ok daha sk olmas gerekeceini, zemin yer

deitirmelerinin ankraj ngerme kuvvetlerine bal olarak deieceini ve dier sistemlere

gre daha byk olmasnn beklenebileceini gstermitir.

Anahtar Kelimeler: Derin kaz, zemin deformasyonu, diyafram duvar, elik borularla iten destekli diyafram duvar, ankrajl fore kazk perde.

xvii

NUMERICAL ANALYSIS of SOIL DEFORMATIONS

at OPEN DEEP EXCAVATIONS

Oktay SEVENCAN

Civil Engineering, Master of Science Thesis

ABSTRACT

In this study soil displacements expected to occur around deep excavations are investigated.

The soil displacements which might develop in the vicinity of deep excavation supported by

different bracing systems and factors affecting them were studied.

In the study the deep excavation made for the inin Station located along the Baclar-

Otogar metro line which is currently under construction in Istanbul is utilized as the field case

story. The excavation of this 32.5m deep excavation is carried out with a surrounding slurry

trench wall and up-to-down construction method. The 6 slabs of the station building and the

foundation mat provided the internal bracing. Lateral soil displacements are measured with

inclinometers placed in the wall and nearby soil layers.

Within the scope of the investigation computer code PLAXIS is used to calculate first the soil

displacements around the excavation modeling the support system employed in the field. The

calculated displacement values are compared with the measured values and the solution

compatible with the field observations is denoted as reference solution. It is shown that soil

displacements values in line with the measured values can be calculated with the computer

code used using geotechnical parameters obtained from conventional field and laboratory test

results. In addition, the effects of variance in some soil parameters within excepted ranges on

the calculated displacements and wall bending moments are investigated.

Then using the same soil model, soil displacements expected to occur if some other

alternative excavation support systems were used is investigated. As alternative support

systems using steel pipes as internal bracing and a piled wall with pre-stressed tie-backs are

considered. The calculated soil displacements for different support systems are compared with

each other and the measured values. The effects of certain design parameters such as the

rigidity of internal bracing elements, the pile diameters and the pre-stressing level of tie-backs

are investigated through numerical analysis.

As a result of the studies carried out it is shown that the deep excavations can be safely

supported with different bracing systems and reliable estimates of soil displacements expected

xviii

to develop around the excavation can be made. The calculated soil displacements are shown

to be very close for the cases of internal bracing being either provided by the slabs as in the

case of up-to-down method or by regular steel bracing. For the case of a piled wall with pre-

stressed tie-backs the soil displacements are expected to be somewhat larger, their magnitude

depending on the number and pre-stressing level of the tie-backs.

Key words: Deep excavation, soil deformation, diaphragm wall, diaphragm wall with internal

bracing system using steel pipe, piled wall with pre-stressed tie-backs.

1

1. GR

20. yzyl balarndan itibaren dnya genelinde yksek yaplarn saysnda byk artlar

olmutur. Yksek yaplarn tahmin edilebilecei gibi temel seviyeleri normal yaplara gre

daha derinde olmaktadr. Bu nedenle derin kaz destekleme sistemlerine duyulan ihtiya gn

getike art gstermektedir.

Yurdumuzda yaplm olan gzlemlere gre byk kentlere olan gn son zamanlarda

nemli bir art ierisinde olduu tespit edilmi bulunmaktadr. Bunun sonucunda nfus

younluuna bal olarak artan ulam ve konut ihtiyac karlanmasnda eitli problemler

meydana gelmektedir. zellikle ulam ihtiyacnn karlanmasnda toplu tama hizmetinin

nemi her geen gn daha da n plana kmaktadr. Gnmzde gelimi lkeler trafik

younluunu azaltmak iin toplu tama aralarn yer altnda hareket eden hzl trenler

vastasyla zme kavuturmaktadrlar. Fakat bu zm iin lkemizde nemli bir engel

olarak toplu tama gzerghlarnn zerlerinde nceden yerleim alanlarnn ina edilmi

olmas karmza kmaktadr. Bu nedenle bu alanlarda inaat uygulamas yapmak olduka

skntl hale gelmi ve bu srete inaat mhendisleri bu problemin zm iin yeni

araylar ierisine girmilerdir.

Yerleimini tamamlam blgelerde yksek yaplarn yaplmas durumda derin temel ukurlar

almas civardaki mevcut yaplarda olumsuz etkiler meydana getirebilmektedir. Bu etkilerin

incelenmesi ve snrl dzeyde tutulmas yap stabilitesi iin gerekli bir zorunluluktur.

Derin kazlar srasnda meydana gelen yatay gerilme boalmas zeminlerde yatay yer

deitirmelere ve yatay yer deitirmeler nedeni ile de dey yer deitirmelere neden

olmaktadr. Bu hareketlerin incelenmesi ve minimize edilmesi iin derin kaz destekleme

sistemlerine gereksinim duyulmaktadr.

naat mhendisliinin geoteknik anabilim dal bu tr almalarda etkin rol oynamaktadr.

Zemin ierisinde yaplacak imalatlar iin zemin-yap etkileiminin sz konusu olmas

nedeniyle geoteknik mhendislii son otuz yl ierisinde byk atlmlar gerekletirerek yeni

inaat ve zemin model zmleri gelitirmitir. lkemizde derin kaz teknikleri son yllarda

metro inaatlar ve yksek yaplarda derin temel ukuru kazlarnda ska kullanlmaktadr.

Yurdumuzda derin kazlar iin kullanlan inaat metotlar arasnda kazkl ankrajl perde

sistemi, kuyu tipi betonarme perde sistemi, palplanj duvar sistemi, diyafram duvar sistemi v.b.

sistemler uygulanmaktadr.

2

Derin kaz destekleme sistemlerinde zemin hareketleri yeralt suyunun etkisi, zemin

zelikleri, jeolojik ve toporafik zellikler, kaz sresi, kaz ekli, destek sistemi gibi birok

etkenden etkilenmektedir. Bu etkilerin hepsinin birden gz nnde bulundurulmas ve uygun

zmn bulunmas geoteknik mhendislerinin uygulama alanna girmektedir.

Derin kaz destekleme sistemleri ve derin kazlar sonucu oluan zemindeki yatay ve dey yer

deitirme hareketlerinin incelenmesi ile ilgili olarak yurdumuzda ve dnyada birok

aratrma yaplmtr. Bu aratrmalarn ou zeminde meydana gelen yatay yer deitirme

(x) ve buna bal olarak gelien dey yer deitirme (v) deerlerinin snrlandrlmas ve

civardaki mevcut yaplara bu yer deitirmelerin olumsuz etkilerinin azaltlmasnn

aratrlmas ynnde olmutur.

Bu almada derin kaz destekleme sistemlerinden ksaca bahsedilmi ve Otogar-Baclar

Hafif Rayl Sistem (H.R.S) projesi inin stasyonu iin uygulanan diyafram duvar modeli

kullanlarak Plaxis program yardmyla meydana gelebilecek yer deitirmeler analiz

edilmitir. Arazide yardmc lm aletleri kullanlarak yaplan lmler ile analiz sonucunda

bulunan deerler karlatrlmtr. Ayrca sz konusu kazda uygulanandan deiik destek

sistemleri kullanlmas durumlarnda meydana gelecek hareketler ve deiik parametrelerin

bunlar zerindeki etkisi aratrlmaya allmtr.

3

2. NCEK ALIMALAR

Geoteknik mhendisliinin nemli ura alanlarndan olan derin kaz problemleri ile ilgili

olarak literatrde birok aratrma mevcuttur. Bu aratrmalarn hemen hemen hepsinde ama

ele alnan bir referans zm zerinde belirli parametrelerde deiiklikler yaplmas ve bu

deiiklikler sonucu meydana gelen yer deitirme, moment, yk dalm gibi deiimlerin

incelenmesi olarak karmza kmaktadr. Aada tezin konusu ile ilgili olarak nceden

yaplan almalar hakknda ksaca bilgi verilmeye allmtr.

Genel olarak derin kazlar zerinde Peck (1969) tarafndan yaplan almada, derin kazlarn

yatay olarak desteklenmesi incelenmi ve destekleme sisteminin zelliklerinin zemin tipine,

kaz derinliine ve yapm hzna bal olduu bildirilmitir. Ayrca palplan duvar ve ahap

gslemeli elik kazkl duvarlar zerinde zemin snf tanmlamas iin kaz derinliine

gre normalize edilmi maksimum dey yer deitirmenin (vmax) kazdan uzaklatka

deien deerlerini vermitir. Bu tanmlamaya gre (vmax)/H deeri A grup zemin

tanmlamas iin 1.0%, B grup tanmlamas iin ise >2% deerlerini bildirmitir (ekil 2.1).

ekil 2.1 Kaz etrafnda gzlenen dey yer deitirmeler (Yldrm, 2004)

Kuruolu vd. (1998) tarafndan yaplan iten destekli rijit iksa yaplarnda yatay zemin itkileri

ve deplasmanlar adl almada zmir Hafif Rayl Sistem Projesi kapsamnda istasyon

yaplarnn kazs srasnda kullanlan iten elik borularla destekli rijit diyafram duvarlarn

yer deitirme ve destek yklerinin llmesi incelenmitir. alma sonucunda destek

yklerine gelen kuvvetlerin Terzaghi&Peck kriterinin ierisinde kald bildirilmitir. Ayrca

4

kaz tabanna yakn yerlerde hesaplanan destek ykleri ile llen destek ykleri arasnda

uyumsuzluk olduu bildirilmitir.

Long (2001) tarafndan derin kazlara bal zemin hareketleri ve dayanma duvar iin

veritaban adl almada 300 adet vaka analizi gz nnde bulundurularak bir duvar ve zemin

yer deitirme veritaban sunulmutur. Zemin ve duvar hareketlerinin veri analizleri iin iki

yaklamn bulunduu bildirilmitir. Bunlardan birincisi; az sayda blgesel bir alan zerinde

gvenilir durum analizleri toplanarak yaplabileceidir. Dieri ise daha geni bir alan

ierisinde ve daha fazla sayda dnya apndaki deneyimlerin kullanlmasdr. Bu yaklamn

zayflnn ise uygulamadaki baz aksaklk etkilerinin gz ard edilmesi olduu bildirilmitir.

Bu almada fazla sayda durum analizleri gz nnde bulundurularak deerlendirme

yaplmtr. Durum analizlerinden toplanan sonularn Clough ve ORourke (1990) tarafndan

verilen ekil 2.2de gsterilen diyagram yardmyla bulunan deerler ile kyaslandrlmas

yaplmtr. Clough ve ORourke (1990) tarafndan verilen bu diyagram yardmyla sistem

rijitliine bal olarak duvar yer deitirmeleri hakknda nceden bir fikir sahibi

olunabilmektedir. Clough ve ORourke (1990) tarafndan yaplan almada zemin kat

killer/kel zeminler/kumlar ve orta kat kil olarak iki ana kategoriye ayrlm buna gre yatay

ve dey yer deitirme deerleri verilmitir. 1. kategori zeminler iin (hmax) 0,2%H ve

(vmax) 0,15%H olarak belirtilmitir. 2. kategori zeminler iin ise taban kabarmas iin

gvenlik katsaysnn ve sistem rijitliinin tanmlanmas gerekmektedir. Sistem rijitliinin

Clough ve dierleri (1990) tarafndan (EI)/(ws4) olarak hesaplanaca bildirilmitir.

ekil 2.2 Duvar hareketleri tahmini iin dizayn erileri (Clough and ORourke 1990)

5

almada 300 adet vaka analizi aadaki zelliklerde h yumuak zemin kalnlna, s destek

elemanlarnn aralna ve taban kabarmas gvenlik katsaylar gibi zellikler gz nnde

bulundurularak 4 blme ayrlm ve dey yer deitirme deerleri kaz derinlii boyunca

grafikler halinde verilmitir. Buna gre maksimum duvar yatay yer deitirme deerinin

0,05%H ile 0,25%H arasnda deitii bildirilmitir. Yatay yer deitirmeye bal olan dey

yer deitirme deerinin ise 0,1%H ile 0,2%H arasnda olduu bildirilmitir. ten destekli

sistem, ankrajl sistem veya yukardan aa inaat uygulamas ile meydana gelen hareketler

arasnda fark edilebilir farkllklar bulunmad bildirilmitir.

Poh vd. (2001) tarafndan yaplan duvar imalat ile ilgili zemin hareketleri durum analizleri

adl almada Singaporeda uygulanan 4 farkl projede oluan zemin hareketleri

incelenmitir. Arazi gzlemi iin yer deitirme deerlerini lmeye yarayan inklinometre

aletleri ve su seviyesinin llmesinde kullanlan piyozometreler yardmyla lmler

gerekletirilmitir. ekil 2.3de Singapore posta merkezi binas iin yatay yer deitirme

deerlerinin duvar imalat boyunca deiimi gsterilmektedir.

ekil 2.3 Singapore Posta Merkezi yatay yer deitirme grafii

Arazide yaplan gzlem sonular gstermitir ki zeminde meydana gelen yatay yer

deitirmeler duvarn yzey alannn artmas ile artmaktadr. Yatay yer deitirmelerin

6

minimize edilebilmesi iin duvar yzey alannn drlmesi ile gerekleebilecei

bildirilmitir (ekil 2.4).

ekil 2.4 Maksimum zemin yatay yer deitirme deerine duvar yzey alannn etkisi

Ayrca diyafram duvar imalatnda kullanlan bulamacn yksek younluklu olmas halinde

yatay yer deitirmelerin azald bildirilmektedir. Meydana gelen zemin hareketlerinin

destek sistemi, zemin zellii ve panel boyutlar gibi birok etkene bal olduu

gzlemlenmitir. Kontrolsz ve dzensiz imalatlarda hareketin ar derecede byk olaca

kansnn ortaya kt bildirilmektedir. Diyafram duvar imalat sonucunda meydana gelen

yatay ve dey yer deitirme deerlerinin zemin koullar, imalat ekipmanlar, teknii ve

kontrol, panel boyutlar, ukurun desteklenmesinde kullanlan bentonit tipi veya destekleme

iin kullanlan karm ve imalat zaman gibi birok etkene bal olduu bildirilmitir. ekil

2.5de gsterildii gibi zemin yz maksimum dey yer deitirme deeri duvar panelinden

uzaklatka azalmaktadr.

7

ekil 2.5 Kazdan uzaklk ile zemin yz dey yer deitirme ilikisi

Thorley ve Forth (2002) ylnda yapm olduklar Hong Kongda slah edilmi adada diyafram

duvar imalatna bal oturma adl almada oturmalarn meydana geli zamanlar ve diyafram

duvar imalatnn etraftaki mevcut derin temelli yaplarn altnda meydana getirdii dey yer

deitirmeler aratrlmtr. Bu deerler Davies ve Henkel (1980) tarafndan oluturulan

tablolar ile karlatrlm ve sonularn bu tablolarda verilen deerlerle rtt

bildirilmitir.

Hsieh vd. (2003) yapm olduklar derin kazlarda kaz tabannda jet grout kullanarak

iyiletirilme yaplmas ile diyafram duvar yer deitirmelerinin snrlandrlmas adl

almada; MR Residans binas inaat iin uygulanacak olan 22.3mlik diyafram duvar ile

derin kaznn sonucunda meydana gelecek yatay ve buna bal olan dey yer deitirmelerin

civardaki mevcut yakn binalarda meydana getirebilecei hasarlar azaltmak amacyla jet

grout metodunun kullanlmas vaka analizi incelenmitir. Diyafram duvar ile derin kaz

yaplmas srasnda meydana gelmesi beklenen yatay yer deitirme deerlerinin ok fazla

olmas ve buna bal olan zemin yz dey yer deitirmelerinin civardaki yaplarda

meydana gelecek hasarlarda birincil etken neden olduu bildirilmitir. Blgesel deneyimlere

gre normal koullarda derin kazda 0,3-0,5% kaz derinlii kadar yatay yer deitirmenin

8

olaca bildirilmitir. Bu yatay yer deitirmelere gre dey yer deitirmelerin 50-100%

yatay yer deitirme kadar olaca tahmin edilmekte olduu bildirilmitir. Derin kaz

srasnda meydana gelmesi beklenen dey yer deitirmelerin (3-4)H (H=kaz derinlii)

genilikte civarda etken olaca Woo ve Moh (1990) tarafndan bildirilmitir. Civardaki

binalarn derin kaz srasnda olumas beklenen yatay ve dey yer deitirmelerden hasar

grmemesi iin kaz tabannda jet grout uygulamas yaplm ve meydana gelmesi beklenen

yer deitirmelerin arazi lmleri sonucunda %40dan fazla azald tespit edilmitir.

Arslan ve ztoprak (2005) derin kazlarda ok sra ankrajl iksa sistemleri ile ankastre fore

kazk iksa sistemlerinin tasarm ve maliyet karlatrmas adl bir bildiri yaynlamlardr.

Bildiride derin kazlarda kullanlan ok sra ankrajl iksa sistemleri ile ankastre alan fore

kazk iksa sistemlerini karlatrabilmek amacyla gelitirilen Bank05 adl bilgisayar

program tantm ve iki sistemin maliyet ve tasarm kyaslamasn yapmlardr. Bildiri

kapsamnda tamamen kil ve tamamen kum zeminden oluan iki farkl zemin profili

tanmlanmtr. Bu zemin profillerinde kaz derinlii, kil zeminde 4mden 16mye, kumlu

zeminde 4mden 20mye kadar deitirilmitir. Deien kaz derinliine bal olarak konsol

fore kazk ve ok sra anrajl iksa sistemlerinin tasarm yaplm ve iki iksa sisteminin

maliyeti karlatrlmtr. Elde edilen sonulara gre killi zemin modelinde 9m kaz

derinliinde iki iksa sisteminin maliyetinin yaklak eit olduu, 4-9m aras derinliklerde fore

kazkl sistemin daha ekonomik olduu, 9-20m aras derinliklerde ise ankrajl sistemin daha

ekonomik olduu bildirilmitir. Kumlu zemin modelinde ise iksa maliyetleri 8m kaz derinlii

seviyesinde eit olduu, daha az derinliklerde konsol iksa sisteminin daha ekonomik, daha

fazla kaz derinliklerinde ise ankrajl sistemlerin daha ekonomik olduu bildirilmitir.

Bildiride Bank05 programnda kullanlan yatay ankraj yk hesaplama yntemlerinden Alan

(Tributary), Mafsal (Hinge) ve Hiperstatik Yntem zmlerinin maliyete etkisi

karlatrlmtr. Hinge ynteminin en yksek maliyete ulat, Tributary ynteminin en

dk maliyete ulat, Hiperstatik yntemin ise dier iki yntemin arasnda bir maliyete

sahip olduu bildirilmitir. Ayrca bu maliyet farklarnn tm maliyetleri %5i etkilemesinden

dolay tasarm ve maliyet asndan seilen ankraj yk ynteminin sonucu ok etkilemeyecei

bildirilmitir.

Leung ve Ng (2007) tarafndan yaplan kark zemin koullarnda yerinde dkme duvarla

destekli derin kazlarda duvar ve zemin yer deitirmeleri adl almada Hong Kongda

yaplan 14 adet vaka analizini ieren yerinde dkme betonarme duvarn yatay yer

deitirmeleri ve zemin yz dey yer deitirmeleri incelenmi ve analiz edilmitir.

9

almada kark zemin koullar dolgu, deniz at ve/veya alvyon ve ayrk zeminden

olumaktadr. Aratrmada SPT saylarna gre gruplandrma yaplarak, N3030 olan

zeminlere grup A, N30>30dan byk olan zeminlere ise B grubu zemin tanmlamas

yaplmtr. ncelenen 14 adet vaka analizinin 12 adedi yukardan aaya inaat metodu

kullanlarak ina edilmi olup 2 adedi ise aadan yukar inaat metodu kullanlarak ina

edilmitir. Analizler sonucunda yukardan aa yapm metodu ile aadan yukar yapm

metodu ile meydana gelen yer deitirmeler ile duvar hareketleri arasnda byk farkllklar

olmadnn tespit edildii bildirilmitir. Yaplan aratrma sonucunda Grup A (N3030)

zeminler iin duvarda meydana gelen yatay yer deitirmenin 0.19-0.29%H arasnda

gzlemlendii ortalama yatay yer deitirme deerinin 0.23%H olarak alnabilecei

bildirilmitir. Grup B (N30>30) iin yatay yer deitirme deerleri 0.09-0.20%H arasnda

olduu ve ortalama deerin 0.13%H olarak alnabilecei bildirilmitir. Yatay yer deitirmeye

bal olarak meydana gelen dey yer deitirme deerinin Grup A (N3030) iin 0.06-

0.22%H arasnda meydana geldii, ortalama deerin 0,12%H alnabilecei bildirilmitir. Grup

B (N30>30) iin dey yer deitirme deerlerinin 0,01-0,04%H arasnda deitii ve

ortalama deer olarak 0,02%H alnabilecei belirtilmitir. almada ayrca vaka analiz

sonular kullanlarak yatay duvar yer deitirmeleri ve buna bal olarak gelien dey yer

deitirme deerleri ile orantlar, maksimum meydana geli ve etki noktalarnn tespiti

ilenmitir.

Blackburn vd. (2007) tarafndan yaplan yumuak kil zeminde iten destekli bir kazda

boyutlu etkilerin incelenmesi adl makalede Illinoisde bulunan Ford Mhendislik Dizayn

Merkezinin kazs srasnda meydana gelen zemin yer deitirmeleri, civardaki binalarda

meydana gelen dey yer deitirme miktar, desteklere gelen yk ve desteklerin davran

biimi gibi konular incelenmitir. almada yaplan analizler ile arazide lm aletleri ile

yaplan gzlemlerin beklenen deerlerde olduu, Burland ve Worth (1975)e gre destek

sistemi sonucu oluan yer deitirmelerin yzeysel temeller iin kabul edilebilir seviyede

olduu bildirilmitir.

Schweiger (2007) derin kazlarn nmerik analizi iin modelleme adl almasnda derin

kazlar iin farkl zemin model kabullerinin ve duvar srtnmesi gibi parametrelerin nmerik

analiz sonularna etkileri incelenmitir. almada kapsaml bir referans zme bal olarak

kabullerin yer deitirme ve eilme momenti zerindeki etkileri incelenmitir. Bildiride 32m

yksekliinde bir diyafram duvar -4,80m, -9,30m ve -14,35m kotlarnda yatay aralklar

birinci sra ankarj iin 2,30m, ikinci sra ankraj iin 1,35m ve nc sra ankraj iin 1,35m

10

olan sra ankraj ile desteklenmitir. Ankrajlarn kesit alanlarnn 15cm2 ve elastisite

modlnn 2,1E8kN/m2 olduu bildirilmitir. Referans zmn analizi iin Plaxis program

kullanlm ve analiz sonular elde edilen duvar yer deitirme deerleri, eilme momentleri

ve zemin yz dey yer deitirmesi deerleri ekil 2.6 ve ekil 2.7deki grafiklerde

verilmitir.

ekil 2.6 Referans zm duvar yer deitirmesi ve eilme momenti grafikleri

ekil 2.7 Referans zm zemin dey yer deitirmesi grafii

11

almada duvar boyutlar, modelde kullanlan duvar ile zemin arasndaki srtnme katsays

deeri (Rinter) ve ankrajlar iin kullanlan model kabullerinin duvar yatay yer deitirmesi,

eilme momenti ve zemin yz dey yer deitirmesi zerindeki etkileri incelenmitir (ekil

2.8 ve ekil 2.9).

ekil 2.8 Duvar srtnmesi dey yer deitirme etkisi

ekil 2.9 Duvar srtnmesinin yer deitirme ve eilme momenti zerindeki etkisi

12

Duvar ile zemin arasndaki srtnme katsaysnn deiimi ile yatay ve dey yer deitirme

deerlerinin deitii fakat eilme momenti deerlerinde bu parametrenin fazla etkisinin

olmad bildirilmitir. Ayrca analiz iin kullanlan genilik ve uzunluk parametrelerinin yer

deitirme deerleri zerinde fazla etkili olmad gibi birok deiken incelenerek alma

kapsamnda deerlendirilmitir. Ayn almadan snr limit durumu (ULS) iin Eurocode 7

yaklamlar kullanlarak nmerik analizle ilikisi incelenmitir.

ztorun (2007) tarafndan yaplan almada yukardan aaya inaat metodu anlatlmakta ve

sistemin avantaj ve dezavantajlar hakknda bilgiler verilmektedir. almada kullanlan

referans zm lkemizde yukardan aaya inaat metodunun kullanld Ankara Metrosu

Kzlay istasyonudur. Yntemin zaman bakmndan avantajl olaca fakat sert zemin

koullarnda maliyetinin yksek olaca bildirilmitir.

Goh vd. (2008) ylnda kilde destekli kazlar iin temel kabarmasnn gvenirlik

deerlendirmesi adl bir alma yapmtr. Yumuak killerde destekli kazlarn dizayn iin

potansiyel gme mekanizmas olarak kaz taban kabarmasnn dikkate alnmas gereken

etkenlerden biri olduu bildirilmitir. Kaz taban kabarmas gvenirliliinin hesaplanmas iin

ykleme, zemin zellikleri ve destek sisteminin mhendislik ve geometrik zellikleri gibi bir

ok belirsizliin bulunduu bildirilmitir. almada dar (BH) destekli

kazlar iin temel stabilitesi gvenirliliinin istatiksel veriler yntemi ile zm

aratrlmtr. Matematiksel denklemler, tablolar ve izelgeler yardmyla dar ve geni derin

kazlarda taban kabarmas ile gme olaslnn tahmin edilmesi salanmaya allmtr.

Ayrca almada Terzaghi (1943) ve Bjerrum ve Eide (1956) methotlar ile Wong ve Goh

(2002) modifiye Terzaghi metodu kullanlarak temel kabarmas zmlerinden bahsedilmitir.

nan (2000) tarafndan Destekli Derin Kazlarda nklinometrik Gzlem adl almada Ege

Dnya Ticaret Merkezi projesi kapsamnda yaplan destekli kaznn sonlu elemanlar program

kullanlarak analizi yaplm ve sonular arazi lmleri ile karlatrlmtr. almada arazi

lmleri ile hesap sonucu bulunan yatay yer deitirme deerlerinin birbirine yakn olduu,

farkllklarn hesaplamalarda yaplan parametre ve model kabullerinden olduu bildirilmitir.

etin (2001) tarafndan Destekli ksa Perdelerinde llen ve Tahmin Edilen

Deplasmanlarn Karlatrlmas adl almada Adana H. R. S. Projesi kapsamnda yaplm

olan destekli derin kazlarn analizi gerekletirilmitir. almada yapm koullar nedeniyle

drenajsz ve drenajl analizler yaplmtr. Analizler sonucunda drenajsz analizlerde yer

deitirmelere etki eden en nemli faktrlerin; zeminin elastisite modl ve poisson orannn

13

olduu, drenajl analizlerde ise yatay yer deitirme deerine etki eden faktrler olarak

zeminin E elastisite modl ve isel srtnme as deeri olduu bildirilmitir.

Koyuncu (2006) tarafndan Derin Kaz Problemlerinde Betonarme Perde ve Mini kazk

Analizi adl almada betonarme perde ve mini kazk analizlerine ait hesap parametreleri ve

dizayn kriterlerinin incelendii bildirilmitir. almada uygulamada kullanlacak olan en iyi

zm yntemi, moment, yatay yer deitirme ve ekonomi kriteri gz nne alnarak

deerlendirmelerde bulunulmutur.

14

3. GENEL BLGLER

Geoteknik mhendisliinin en nemli ura alanlarndan biri olan derin kaz destekleme

sistemi teknikleri son zamanlarda yaygn olarak kullanlr hale gelmitir. Yurdumuzda da son

zamanlarda derin kazlarn rneklerine ska rastlanmaktadr. Derin kaz; derinlii 6mden

daha derin kazlar olarak tariflenebilir. (Terzaghi ve Peck, 1967) Derin kazlar zemin ve evre

yaplarn durumuna bal olarak bir tr dayanma yaps yaplmasn gerektirebilir. Derin kaz

zmlerinde balca iki zm gz nnde bulundurulabilir. (Yldrm, 2004)

a- Gvenliin durayl evler oluturularak saland ak kazlar

b- Dik ya da eik evlerin i ya da d yapsal elemanlarla yatay olarak desteklendii

destekli kazlar.

Kaz ve destek sisteminin seimi ve tasarmnda zemin tr ve dayanm parametreleri, yeralt

suyu koullar, evin korunmas, kenar ve taban durayll, komu alanda oluabilecek dey

ve yatay yer deitirmeler ile bunlarn komu yaplarda yaratabilecei etki nemli etkenlerdir.

(Yldrm, 2004)

3.1 Destekli Kazlar

Destekli kazlarn yapm amac arkalarnda tadklar zeminin durayllnn salanmas ve

kaz esnasnda meydana gelecek yatay ve dey yer deitirmeler sonucu evredeki yaplarda

stabilitenin salanmasdr. Tanmas gereken zemin, doal bir arazi evi olabilecei gibi daha

sk olarak alm olan derin bir kaznn oluturmu olduu dik ev olabilir. Bu sebeple

destekli kazlar yatay toprak basnlarna, su basnlarna, tamakta olduu zemin zerindeki

srsarj yklerine ve deprem yklerine dayanml olmaldr (Birand, 2006).

Genel olarak derin kazlar, dar derin kazlar ve geni derin kazlar olmak zere iki ksma

ayrlrlar. Dar derin kazlar genilii derinliine oranla kk olan kazlardr. Bu tip kazlarda,

eitli dey elemanlar zemine aklarak kaz ilemine daha sonra balanmaktadr. Bu dey

elemanlarn kaz taban altndaki penetrasyon boylar kaz derinlii, zemin zellikleri, yer alt

su seviyesinin durumu ve kaz genilii ile ilgili olarak belirlenmelidir (nan, 2000).

Geni derin kazlar ise genilii derinliine oranla daha byk olan kazlardr. Bu tip

kazlarda ise farkl yntem zmleri ile kaz yaplmaktadr. Geni derin kazlarda iten

destek kullanlmas durumunda destek elemanlarnn kesitleri ok byk olmaktadr. Bu

nedenle de uygulamada zorluklar meydana gelmektedir. Bu olumsuzluklarn almas iin bu

15

tr kazlarda kaz snrnda kaz ncesi dey destek elemanlar oluturulur ve bunlar zemin

ankrajlar ile geriye tutturularak i destek elemanlarnn ortadan kaldrlmasna olanak

salanr. Kaz yaplacak sahann jeolojik koullar, zemin zellikleri, yerleim durumu ve

derin kaznn zellikleri gibi kriterlere gre destekleme sistemi belirlenir.

Destekli kazlarda destek sistemini belirleyen etken faktrler olarak aada sralanan

maddeler gsterilebilir.

Zemin zellikleri

Yer alt suyu durumu

Arazinin toporafyas

Arkasnda tayaca yklerin nemi ve byklkleri

Komu yaplarda oluacak etkiler

Maliyet

Yukarda belirtilen etkenler gz nnde bulundurularak aada ksaca tanmlanan ve

gnmzde sklkla kullanlmakta olan derin kaz tekniklerinden uygun olan seilerek

uygulama yaplabilir. Aada bahsi geen yntemler gnmzde sklkla kullanlan

yntemlerden sadece bazlardr.

3.1.1 Destekli Kaz Teknikleri

Derin destekli kaz uygulamalarnda stabilite problemleri, yer deitirme problemleri, su

szdrmazlk problemleri gibi birok probleme zm bulmak gerekmektedir. Gnmzde

destekli kaz uygulamalar iin birok yntem gelitirilmi olup aada en genel hatlar ile bu

yntemlerden bazlar hakknda ksaca zet bilgi verilmeye allmtr.

3.1.1.1 Palplan Duvarlar

Palplan duvarlar arkalarndaki zemin itkisini ve su itkisini karlamak amacyla yan yana sra

ile zel kesitlerdeki palplan elemanlarnn aklmasyla oluturulan geirimsiz perde

duvarlardr. Palpla perdeler genel olarak;

- Yatay zemin itkisini karlamak

- Su seviyesinin yksek olduunu yerlerde su szdrmazl salanmak ve suyu inaat

sahansndan uzaklatrmak

amacyla kullanlmaktadrlar.

16

Palplan duvar elemanlar ahap, betonarme, elik malzemeleri kullanlarak birbirine gemeli

zellikte imal edilmi olan kesitler tarafndan oluturulurlar. elik olanlar arlklarna gre

en ok mukavemete sahip olduklar ve yeniden kullanlabildikleri iin daha yaygn olarak

kullanlmaktadrlar (Yldrm, 2004).

3.1.1.2 Mini Kazkl Duvarlar

Zemin tutma yaps olarak kullanlan mini kazkl duvarlar; aplar 10cm ila 30cm arasnda

deien ve ounlukla imento erbeti enjeksiyonu ile hazrlanan betonarme kazklarn, zemin

zelliklerine gre yan yana sra ile veya birbirine kesien olarak imal edilmesi ile oluturulan

yaplardr. Mini kazkl duvarlar genellikle srtnmeye alan kazk olarak projelendirilirler.

Yani tayacaklar ykleri beton ile zemin arasnda oluan srtnme kuvvetine tatan

elemanlar olarak projelendirilirler. Donat olarak beton elii veya zel elik profiller

kullanlabilmektedir (nan, 2000).

3.1.1.3 Fore Kazkl Duvarlar

Fore kazklar byk foraj makinelerinin gelimesiyle yurdumuzda derin temel sistemi olarak

birok projede kullanlmaya balamtr. Fore kazklar derin temel sistemi olarak kullanlmas

yannda destekli kazlarda zemin itkisini tutmak amacyla da kullanlabilmektedirler. Fore

kazkl duvarlar aplar 60cm ila 120cm arasnda deien, betonarme kazklar ile

oluturulmaktadr. Fore kazklar mini kazklarda olduu gibi aralarnda boluk braklarak,

sra ile veya ift sra olarak uygulanabilmektedirler. Fore kazklar kar koyduklar ykleri

srtnme ve u direnci ile karlarlar. Fore kazkl duvarlarda kullanlacak olan kazklarn ap

ve zelliklerini jeolojik zellikler, zemin zellikleri ve yer alt su seviyesi gibi etkenler

belirlemektedir. Fore kazkl duvarlar geici veya kalc olarak imal edilebilirler. Fore kazkl

duvarlar ankrajl veya ankrajsz olarak da imal edilebilirler.

3.1.1.4 Kuyu Tipi Betonarme Perde Duvarlar

Kuyu tipi betonarme perde uygulamas yurdumuzda kullanlan bir yntem olarak karmza

kmaktadr. Kuyu tipi betonarme perde duvar uygulamasnn genel yapm ekli; 1,5-2m

geniliinde bir alma alan ierisinde insan gc kullanlarak zeminin kendini tutabildii

derinlie kadar kaz yaplmas eklindedir. Kaz yaplan blm ahap elemanlar kullanlarak

desteklenir ve kazya devam edilir. Kaz derinliine ulalmas ile betonarme perde imalat

17

gerekletirilir. Perde genilii genelde 1-3m aralnda olarak imal edilmektedirler.

Yurdumuzda bazen kaya zeminler zerinde yaplan derin kazlarda bu yntem tercih

edilmektedir.

3.1.1.5 Diyafram Duvarlar

Son yllarda geoteknik mhendislii derin kaz uygulamalarnda olduka yaygn kullanm

alan bulan diyafram duvar uygulamas dier bir adyla bulama duvar olarak anlr. lk olarak

1950 yllarnda talyada kullanlan sistem daha sonra dnyada geni kullanm alan

bulmutur (OU, 2006).

Diyafram duvarlar geici veya kalc yaplar olarak uygulanabilirler. Uygulamada istinat

duvar olarak ve geirimsiz duvar olarak kullanlabilirler. stinat duvar olarak kullanlma

amac genellikle zemindeki kazlar desteklemektir. stinat duvar olarak kullanlan diyafram

duvarlar yerinde dkme betonarme diyafram duvar, n yapml betonarme diyafram duvar ve

donatl bentonit amurlu diyafram duvar olarak sralanabilir. Geirimsiz diyafram duvarlar

genellikle temiz veya kirli yer alt suyunun veya zeminde mevcut dier akkanlarn hareket

etmesini engelleyen duvarlardr.

Diyafram duvarlar genel olarak 70-150cm kalnlnda, zel kaz makinesi ile paneller halinde

(genellikle panel genilii 250-330cm) kaz derinlii boyunca zeminin kazlmas ve kazlan

genilik ve kalnlkta geirimsiz betonarme perde duvar oluturulmas prensibine

dayanmaktadr. Panel kazs srasnda zemin kendini tutma mukavemetine sahip olmamas

durumunda panel hendei destekleyici akkan ile desteklenerek gme engellenmektedir. Bu

nedenle dier ad bulama duvar olarak anlmaktadr. Destekleyici akkan bentonit

sspansiyonu, bir polimer zelti veya kendi kendine sertleen amur olabilir. Uygulamada

destekleyici akkan malzemesi grevi iin en ok kullanlan malzeme bentonit amuru olarak

karmza kmaktadr. Yurdumuzda diyafram duvarlar ile ilgili olarak TS EN 1538 nolu

standart kullanlmaktadr.

Diyafram duvar imalatnda gelimi diyafram duvar hendek kesici makinesi ad verilen

makineler kullanlmaktadr. Diyafram duvar hendek kesici makinesi, geri dnm prensibine

gre alan bir kaz makinesidir. Alt ksma iki adet dili kutu monte edilmi olup makine

elik kafesten imal edilmitir. Kesiciler, dili kutusuna sabitlenmi olup di serileriyle

almaktadr. Ters ynlerde hareket eden bu dililer sayesinde zemin kazs gerekletirilir ve

bentonit sspansiyonunu kaz yaplan ksmn iine doldurur. Kesici ieri girdike zemin, ta

18

ve bentonit, emme kutusunun aklklarna doru tanr. Kesicilerin hemen zerinde bulunan,

santrifj pompas yardmyla, zemin ve bentonit amuru kesicinin gvdesiyle birletirilen

borularla karm nakil sistemine aktarlr. Karm nakil sisteminden de ayrtrma tesisine

giderek burada, kat zemin ve kaya paralar ile sv bentonit ayrtrlr ve hendee bentonit

amuru geri pompalanr.

Kesicinin kendi arlyla birleen ve kesici tekerlerin rettii kesme kuvveti, her trl

topra ve her trl irili ufakl kaya paralarn ya da yan panellerin betonlarn kesmek iin

yeterlidir.

Zemin koullarna gre, farkl eitlerde kesici diler kullanlabilmektedir. Daha iri daneli

zemini kesmek iin sert kesici diler, ya da kayalar krmak iin daha kuvvetli vuran diler

taklabilir. Talar krarken kesicinin dili kutusunu fazla dinamik kuvvetlerden korumak iin

kesici tekerlerin ve dili kutusunun arasna elastik ok emicileri yerletirilmitir. ekil 3.1de

eitli kesici di tiplerinden rnekler grlmektedir.

ekil 3.1 Diyafram duvar makinesi kesici eitleri

Kesicinin deylii ve hendein hizas iki ayr inklinometre cihazyla iki eksende

llmektedir. Bu ekilde diyafram duvar panelinin deylii salanm olmaktadr. Diyafram

duvarlarn tasarm, planlanmas ve uygulanmas bilgi ve tecrbe gerektirmektedir. Aada

diyafram duvar imalarnn genel yapm aamalarndan bahsedilmeye allmtr.

Diyafram duvar imalat iin ncelikli olarak belirlenen kaz alannn kaz st kotuna kadar

tesviyesi kaz makineleri kullanlarak yaplmaldr. Diyafram duvarlar belirli uzunlukta

ilerleyen srekli geirimsiz perde olarak kullanldndan ncelikle kaz makinesinin doru

hizada kaz yapabilmesi iin klavuz duvar ad verilen yardmc yaplar oluturulur. Bu yaplar

kaznn doru hizada olmas iin klavuzluk grevi stlenirler. Klavuz duvarlar betonarme

olarak ina edilirler. Klavuz duvar inasndan sonra diyafram duvar kaz makinesi panel

kazsna balar ve istenilen derinlie kadar ilerleyerek kaz tamamlanr. Kaz yapm

19

aamasnda ukurun gmemesi iin destekleyici akkan kaz ukuruna doldurularak kaznn

stabilitesi salanr. Kaz aamasn takiben darda oluturulan diyafram duvar donats kaz

alannn iine indirilerek beton dkm ilemine balanr ve diyafram duvar paneli oluturulur.

Betonlama ilemi srasnda betonun segragasyonunun engellenmesi iin tremi ad verilen

borular kullanlmaldr. Diyafram duvar imalatnda paneller birincil ve ikincil olarak nceden

planlan sralamaya gre imal edilirler. Birinci panel oluturulduktan sonra bir sra atlanarak

dier panel ayn admlar izlenerek oluturulur. Arada braklan kesim geirimsizliin

salanmas iin daha sonra imal edilir. Diyafram duvar genel imalat yntemi aadaki

diyagramda anlatlmaya allmtr.

ekil 3.2 Diyafram duvar panel imalat sras

ekil 3.3 Diyafram duvar panel imalat sras

Diyafram duvarlar kaz stabilitesinin salanmas amacyla kullanmnn yan sra ayrca

yapnn tayc eleman olarak da kullanlabilirler. Diyafram duvarlarn stabilitesinin

salanmas ve kaz sonucu yakndaki yaplarda oluabilecek yatay ve dey yer

deitirmelerin azaltlmas amacyla iten destek uygulamas veya zemin ankrajlar

kullanlabilir.

20

Yurdumuzda metro inaatlarnn istasyon yaplar iin diyafram duvar ile yukardan aaya

inaat metodu son yllarda sklkla uygulanmaya balamtr. Ankara Metrosu Kzlay

stasyonunda da uygulanan bu yntem diyafram duvar imalatn takiben i destek eleman

olarak istasyon kat demesinin imal edilmesi ve kaznn daha sonra yaplmas ilkesine

dayanmaktadr. Bu yntemde zemin-yap etkileimi problemleri dier inaat metotlarna gre

daha fazla karmza kmaktadr. Bu yntemin en byk avantaj kaznn tamamlanmas

beklenmeden inaatn su basman kotundan aaya, gerektiinde yukarya doru iki ynde de

ilerlemesine imkn salamasndan dolay inaat sresinin klasik metotlara gre daha ksa

olmasdr. Yukardan aaya inaat metodunda diyafram duvar imal edildikten sonra en st

kat demesi zemin tesviyesi yaplarak imal edilir. Deme imalat iin kullanlacak

betonarme donatlar diyafram duvar panellerinin st ksmnda kalan filizlerle birletirilerek

yapnn monolitik almas salanr. Zemin kazsnn yaplabilmesi iin deme zerinde

galeri ad verilen boluklar braklr. Bu galeri boluklarndan kaz makineleri yardmyla bir

alt kat deme seviyesine kadar kaz yaplr. Bir alt kat deme seviyesinde diyafram duvar

panel donatlar zeride braklan elik balant noktalarna deme donatlar monte edilerek

kat demesi oluturulur ve bir alt ksmn kazsna geilir. Bu ekilde yapnn kazs kaz

taban seviyesine kadar ulatrlmaktadr.

ekil 3.4 Ara kat kazsnn yapm

Diyafram duvar uygulamasnn faydalar aadaki gibi sralanmtr:

1. Dk titreim, dk ses, yksek rijitlikve dk relatif duvar yer deitirmeleri

2. Kabul edilebilir kalnlk ve duvar ykseklii

21

3. Geici yap olarak kullanlabilmesi

4. Yapnn bir paras olarak kullanlabilmesi

Diyafram duvar uygulamasnn dezavantajlar ise u ekilde sralanabilir:

1- Byk i makinesi gerektirmesi ve yksek maliyet

2- Granler zeminlerde uygulamann daha zor olmas

3.1.2 Destekli Kazlarda Gzlem

Saha incelemesindeki ok sayda belirsizlikle ilgili olarak geoteknik mhendislerinin

uramak durumunda olduu en nemli hususlardan biri, inaat srasnda yeralt koullarnn

ve zemin davrannn srekli incelenmesidir (Coduto, 2006). Geoteknik mhendisliinde

yaplan arazi almalar srasnda meydana gelen zemin yer deitirmelerinin ve yap

elemanlarnda oluan gerilmelerin llmesi byk nem arz etmektedir. Arazide yaplan

lmler; hesap doruluunun test edilmesi ve yapsal bir sorun olaslnn nceden

belirlenmesi gibi faydalar salamaktadr. Geoteknik mhendisliinde kullanlan lm

aletlerinin kullanm alanlar 4 grupta toplanabilir (Franklin, 1977):

1- ev hareketlerinin izlenmesinde kullanlan aletler

2- Yeralt suyu basnlarnn ve yeralt suyu seviyesindeki deiimlerin llmesinde

kullanlan aletler

3- Kaya ve toprak basnlarnn llmesinde kullanlan aletler

4- Zemindeki titreimlerin izlenmesinde kullanlan aletler

DiBiagio ve Myrvollaa gre bir derin kaz destekleme sisteminde yaplmas gereken

gzlemler ve yapmda ortaya kabilecek temel problemler u ekilde sralanabilir (Hatipolu,

1992):

1- Taban kabarmasna karlk gzlem dzenei taban kabarmasnn

gzlemlenmesine izin verecek ekilde yerletirilmelidir. Kaz seviyesi kritik

derinliklere (rnein bir sra ankraj gerildikten sonra bir sonraki ankraj dzeyine

kadar kaznn yapld ancak bu sradaki ankrajn gerilmedii durum) ulatka

dey yer deitirmeler ve kabarmalar gzlemlenmelidir. zellikle bu hareketlerin

hzlarna dikkat edilmelidir. Dey destekleme sisteminin alt ksmndaki yatay

hareketlerin hz da kazda stabilite bozukluluunun incelenmesinde nemli bir

parametredir.

22

2- Yatay desteklerin ar yklenme tehlikesi vardr. Bunun yol aabilecei zararlar

ortadan kaldrmak iin pratik ve ekonomik koullarn izin verdii lde yatay

destein yk gzlemlenmelidir. Destek yklerinin izin verilebilir snrlar amas

halinde zaman kaybetmeden yenileri yerletirilmelidir.

3- Yer alt su seviyesinin izin verilebilir deerden daha fazla drlmesi, geni bir

alanda ciddi konsolidasyon oturmalarna yol aabilir. Bu soruna kar alnabilecek

nlem geirgen tabakalarda boluk suyu basnlarnn llmesidir.

4- Destekleme sistemine gelen toplam yk ve bunun dalm belirsizdir. Bileke

kuvvetin etkime noktasn belirleyebilmek iin dey kesitlerde yeterli sayda

yatay destek ykleri llmelidir.

5- Taban kabarmas ve destekleme sisteminin yer deitirme yapmas sonucu oluan

zemin hareketleri, civardaki binalara ve yer alt yaplarna zarar verebilmektedir.

Bunun iin zemin yzeyine ve civardaki yaplara lm iin referans noktalar

yerletirilmelidir.

Geoteknik gzlem amal sklkla kullanlan aletlerin banda inklinometre aleti gelmektedir.

nklinometre aleti bir boru boyunca, yerekimine kar hassas bir prob yardmyla boru

eksenine dik ynde oluan yer deitirmelerin lmne yarayan alet olarak tanmlanabilir

(nan, 2000).

nklinometrelerin kullanm alanlar u ekilde sralanabilir (nan, 2000):

1- evlerde, dolgularda, v.b. yaplarda kayma zonunun belirlenmesinde.

2- Dolgu barajlarn, yumuak zemin zerinde yaplan dolgularn, kazlarn veya

tnellerin yatay hareketlerinin hznn ve miktarnn gzlemlenmesi.

3- Kazlarda veya istinat yaplarnda oluan yatay yer deitirmelerin llmesinde.

4- Yatay yer deitirmelerden yola klarak eilme momentlerinin hesabnda.

ekil 3.5 nklinometre lm Seti

23

nklinometreler, inklinometre borusu, lme yarayan prob ve okuma nitesi olarak

blmden oluurlar. nklinometre borusu Alminyum, Fiberglas veya ABS plastik olarak

retilebilir. nklinometre borusu zerinde karlkl drt adet yark bulunmaktadr. Bu yarklar

probun yerletirilmesi iin kanal olarak kullanlrlar. Borularn birleimleri genellikle

perinler kullanlarak yaplmaktadr. lkemizde yaygn olarak kullanlan inklinometre eidi

transdserli inklinometredir. Bu tip inklinometrelerde lm iin kullanlan probun ierisinde

bir transdser bulunmaktadr. Probun dey hareketi sonucu bir voltaj deiimi meydana

gelmekte ve bu deiim eimle doru orantl olmaktadr. Probun dengelenmesi iin gereken

kuvvet ile eim deerine buradan da yer deitirme deerine gei yaplabilmektedir.

nklinometre aleti ile yaplan lmler trigonometrik bantlar yardmyla yer deitirme

deerlerine dntrlrler. nklinometre aleti lm yaplacak kesiti kesecek ekilde dik

olarak yerletirilir. nklinometre borusunun etraf aletin yer deitirmeye uramamas iin

imento erbeti veya granler malzeme ile doldurulmaldr. nklinometre aleti alt ucunu sabit

alarak llmeye programlanm olduundan, bu alt ksmn hareketten etkilenecek blgenin

altna indirilmesi gerekmektedir.

nklinometre aletinin yerletirilip sabitlenmesi aamasndan sonra alnan lm referans

lm olarak kaydedilir. Daha sonra yaplan lmler bu referans lmlere gre

deerlendirilecektir. nklinometrik gzlemi etkileyen faktrler inklinometre borusunun

doruluu ve dzgnl, transdser incelii, prob tekerlei durumu ve scaklk etkisi olarak

sralanabilir.

nklinometrik verilerin deerlendirilmesi iin kullanlan trigonometrik bantlar ile

hesaplanan yer deitirme deerleri kullanlarak eitli grafikler oluturulmaktadr. En ok

kullanlan grafik toplam yer deitirmelerin gsterildii grafik olarak karmza kmaktadr.

Bu grafikte yer deitirmelerin derinlikle deiiminin gsterimi; inklinometrenin alt ucunda

oluan yer deitirmelerin sfr kabul edilerek inklinometre borusu boyunca her 0,5mde

llen deerler bir alt lm noktas yer deitirme deerleri ile toplanmas prensibine

dayanr.

Ek 6da Otogar-Baclar H.R.S. projesi inin stasyonu gzlemleri iin kullanlan

inklinometre lmleri toplam yer deitirme grafikleri verilmitir.

24

3.1.3 Destekli Kazlara Etkiyen Yatay Toprak Basnlar

Bir duvara gelen yatay itkilerin hesaplanabilmesi iin ncelikli olarak bilinen dey

gerilmelerin bir katsay ile yatay gerilmeye evrilmesi gerekmektedir. Dey gerilmelerin

yatay gerilmelere evrilmesinde kullanlan katsaylara yatay toprak basnc katsaylar ad

verilmektedir. Yatay toprak basnc katsaylar sknetteki yatay toprak basnc katsays K0,

aktif toprak basn katsays Ka ve pasif toprak basnc katsays Kp olarak tanmlanmaktadr.

Toprak basnlarnn hesaplanmasnda, plastisite teorisinden hareket eden Rankine Teorisi ve

Coulomb tarafndan kurulan ve sonradan gelitirilen Kama Teorisi kullanlmaktadr

(Kumbasar ve Kip, 1999). Sknetteki yatay toprak basnc srtnmesiz ince bir elemann

zemine sokulmas ve yer deitirme olmamas yani elemann hareket etmemesi durumunda

gz nne alnmaldr. z derinliinde yatay itki 3.1 eitlii ile hesaplanabilir.

h= v/K0+u (3.1)

Burada v z derinliinde dey efektif gerilme, u gz nne alnan noktadaki su basnc K0

ise sknetteki toprak basnc katsaysdr. K0 katsays deneysel olarak (Yldrm, 2004),

Granler zeminlerde K0=1-Sin/ Jacky (1944) (3.2)

Normal konsolide killerde K0nc= 0.95- Sin/ (3.3)

Ar konsolide killerde K0oc= K0nc (OCR)1/2

(3.4)

ile hesaplanabilir.

Normal konsolide killerde Brooker ve Ireland tarafndan (1965) plastisite indeksine gre

K0=0.4+0.007(PI) 0

25

izelge 3.1 Zeminler iin kullanlabilecek K0 katsays deerleri (Yldrm, 2004)

Zemin Tr K0

Gevek kum 0.50

Sk kum 0.35

Sktrlm kum 1.00-1.50

Normal konsolide kil 0.50-0.70

Ar konsolide kil 1.00-4.00

Sktrlm kil 1.00-2.00

3.1.3.1 Rankine Toprak Basnc Formlleri

Rankine formllerinde, dey bir perdeye gelen yatay toprak basnlarnn hesab iin zeminin

izotrop, homojen olduu ve duvar ile zemin arasnn srtnmesiz (=0) olduu kabul

edilmitir.

Aktif Toprak Basnc;

Arkasnda zemin tutan bir eleman da doru telenir veya alt ucu etrafnda zemin dna

doru dnme gerekletirir ise zeminde dey gerilmelerde deiim olmaz iken yatay

gerilmeler giderek azalr. Yatay gerilmelerin en az deere dt yerde gme oluur. Bu

deere aktif toprak basnc ad verilir. Krlma dzlemi yatayla toplam gerilmeler iin 45+/2

efektif gerilmeler iin ise 45+//2 asn yapar (Yldrm, 2004). Zemini tutan perde eleman

dey (=0), zemin st yz yatay (=0), duvar/zemin arasndaki srtnme as =0 ise bir z

derinliindeki noktaya etkiyen aktif toprak basnc pA

Kumlu zeminlerde ekil 3.6a (=0, =0, =0; c=0; 0)

pA=vtg2(45-/2 ) = vKA (3.7)

Killi zeminlerde ekil 3.6b (=0, =0, =0; c0, 0)

pA=vtg2(45-/2)-2c tg (45-/2) = vKA -2c (KA)

1/2 (3.8)

pA aktif toprak basnc deerinin 0 olduu nokta ile zemin yz arasnda ekme gerilmeleri

etkimektedir. pA=0 olan z0 derinlii

z0= 2c / (KA)1/2

(3.9)

ile hesaplanr.

26

H

PAPA

z

zo

z

-2cKA

PA

H

PA

z

H/3

=

(a) (b) (c)

ekil 3.6 Rankine aktif toprak basnlar

Zemin yznde maksimum ekme gerilmesi deeri

pA=-2c(KA)1/2

(3.10)

olarak hesaplanr.

Suya doygun killerde ksa sreli analizlerde drenajsz krlma koullar geerli olmas ve u=0

yazlabilecei iin KA=1 deerini almaktadr.

Kumlu zeminlerde eik duvar arkas dolgusu halinde (0), zemin yzndeki aktif toprak

basnc katsays (ekil.3.6c)

pA = vcos cos 2cos 2

cos + cos 2cos 2cos (3.11)

olarak hesaplanr.

Pasif Toprak Basnc;

Arkasnda zemin tutan yap (duvar) zemine doru telenir veya alt ucu zemine doru dnme

yaparsa zemindeki dey gerilmeler sabit kalrken yatay gerilmeler giderek artar. Normal

koullarda dey gerilmelerden az olan yatay gerilme deeri bu art sonucunda nce dey

gerilme deerine ular ve daha sonraki artan deerlerde belirli bir limit deerde zeminde

krlma meydana gelir. Krlma dzlemi yatayla toplam gerilmeler iin 45-(/2) efektif

27

gerilmeler iin ise 45-(//2) asn yapar (Yldrm, 2004). Bu noktadaki basn katsays

deeri pasif toprak basnc katsays deeri adn alr ve

KP=tg2 (45+/2) (3.12)

ile hesaplanr.

Kumlu zeminlerde ekil 3.7a (=0, =0, =0; c=0; 0)

pP=vtg2(45+/2 ) = vKP (3.13)

Killi zeminlerde ekil 3.7b (=0, =0, =0; c0, 0)

pP=vtg2(45+/2)+2c tg (45+/2) = vKP+2c (KP)

1/2 (3.14)

Kumlu zeminlerde eik duvar arkas dolgusu halinde (0), zemin yzndeki pasif toprak

basnc katsays (ekil.3.7c)

pP = vcos + cos 2cos 2

cos cos 2cos 2cos (3.15)

ile hesaplanr.

H

Pp

z

Pp

z

2cKp

PA

H/3

H

Pp

z

=

(a) (b) (c)

ekil 3.7 Rankine pasif toprak basnlar

28

Pasif yatay itkinin doabilmesi iin aktif itkilerden daha fazla yatay telenme gerekmektedir.

Duvar st noktasnn gevek kumda 0.006H, sk kumda 0.002H, yumuak kilde 0.04H, kat

kilde 0.02H mertebesinde yer deitirmesi gerektii belirlenmitir (Yldrm, 2004)

3.1.3.2 Coulomb Toprak Basnc Formlleri

Duvar arkasndaki koullarn Rankine Teorisi koullarndan farkl olarak olumas durumunda

Coulomb tarafndan verilen zmler kullanlmaktadr. Coulomb tarafndan kohezyonsuz

(C=0) zeminler iin kama yntemi zmyle oluturulan aktif itki katsays 3.16 eitlii ile

verilmitir.

=2(+)

2 () 1+ + ( )

(+ )

2 (3.16)

Ayn ekilde pasif itki iin katsay deeri 3.17 eitlii ile verilmitir.

=2()

2 (+) 1 + (+

+ (+ )

2 (3.17)

3.1.4 Destekli Kazlara Etkiyen Toprak Basnlar

Derin ok sra destekli kazlarda zemin kazsnn yaplmas srasnda zemine destek oluturan

destek elemanlarna gelen ykler aktif itki hesab yntemi ile beklenen deerlerden olduka

yksektir (Yldrm, 2004). Derin destekli kazlarda kaz srasnda zeminden destek elemanna

gelecek kuvvetlerin hesab iin basn diyagramlar yntemi ve P-y yaklam yntemi olarak

iki ana yntem bulunmaktadr (Hayta, 2005).

Basn diyagramlar ynteminde belirli zemin trlerine gre nerilen yatay gerilme

dalmlar verilmitir. Pratikte en ok kullanlan dalmlar Terzaghi-Peck (1967) dalmlar

olarak karmza kmaktadr. Terzaghi&Peck tarafndan kullanlan basn diyagramlar ekil

3.8 verilmitir.

29

H

0,65' HK A

0,75H

h

0,25H

0,5H

0,25H

0,25H

h

KUM (veya kilde kalc perde)

K =tg (45-/2)A2

YUMUAK - ORTA KATI KL

q = 25 - 100 kPau

N = (H/c )>6u0

= (1-(m4c /H))H> 0.25Huh

Normal konsolide kilde m=0.4

Ar konsolide kilde m=1

KATI - SERT KL

q >100 kPau

N < 40

q = 25 - 100 kPa

Hareketler az ve ksa sreli inaatlarda

= 0.20Hhtersi durumda

1-

410 m 1,00

50

izelge 4.18 SPT ahmerdan etkinlikleri (Clayton, 1990)

lke ahmerdan

Tipi

ahmerdan brakma

mekanizmas

ahmerdan Etkinlii

Em

Arjantin Halka Kediba 0,45

Brezilya ne Arlk Elle Drmeli 0,72

in

Otomatik Trip 0,60

Halka Elle Drmeli 0,55

Halka Kediba 0,50

Kolombiya Halka Kediba 0,50

Japonya

Halka Tombi Tetikleme 0,78-0,85

Halka Kedibana 2 Dolama + zel

drme 0,65-0,67

ngiltere Otomatik Trip 0,73

A.B.D.

Emniyetli Kedibana 2 Dolama 0,55-0,60

Halka Kedibana 2 Dolama 0,45

Venezuela Halka Kediba 0,43

Arazi prosedrne gre yaplan dzeltmenin yan sra rt basncna gre SPT saylarnn

dzeltilmesi gerekmektedir. Buna gre 4.11de (Liao ve Whitman, 1986) rt basncna gre

SPT dzeltmesi verilmitir.

(N1)60= N60 (100/z)1/2

(4.11)

(N1)60= Arazi prosedr ve rt basncna gre dzeltilmi SPT N deeri

z= Deney lokasyonu dey efektif gerilme

Buna gre bu siltli killi kum tabakas iin SPTort darbe says 50 olarak alnrsa 4.10a gre

N60= 0,70 x 1 x 1 x 1 x 50 / 0,60 = 58 olarak bulunur. Buradan 4.11 e gre

51

(N1)60= 58 x (100/ 270)1/2

=35 olarak hesaplanr. Buradan isel srtnme as deeri 4.8e

gre /=470, 4.9a gre ise /=350 olarak bulunur. Bulunan bu deerler ile izelge 4.19da

verilen deerler karlatrlarak siltli killi kum tabakas iin drenajl isel srtnme as

deeri /=400 olarak analizlerde alnmtr.

izelge 4.19 Kohezyonsuz zeminlerde deerleri (etin, 2001)

Zemin Tr Mccarty (1977) Tuma ve Hady (1973)

Ortalama Maksimum Gevek Sk

Kum ve akl 33-36 40-50 33-36 47-50

yi Derecelenmi Kum 32-35 40-45 30-33 40-47

Orta Sk Kum 29-32 32-35 26-30 32-38

Siltli Kum 27-32 30-33 26-30 30-35

Silt 26-30 30-35

3.tabaka Sert Siltli Kil biriminin geoteknik parametreleri;

Bu birim iin doal birim hacim arl () 18kN/m3 olarak ve doal su muhtevas 0.245

alnarak kuru birim hacim arl 15kN/m3 olarak hesaplanmtr. Birimin doygun birim

hacim arl ise Gs=2.65 alnarak d=19kN/m3 olarak bulunmutur.

Bu tabaka iin arazide yaplan SPT deney sonularndan Nort=40 olarak alnm,

f1=4,0kPa seilerek zeminin drenajsz kayma mukavemeti cu=160kPa olarak hesaplanmtr.

Birimin drenajsz elastisite modl Eu=400*140=64MPa olarak hesaplanm ve drenajl

elastisite modl E/=56MPa olarak bulunmutur.

ekil 4.3 kullanlarak birim iin kullanlacak drenajl isel srtnme as (/) deeri PI

ortalama 50 alnarak /=250 bulunmutur.

4.tabaka ok Sk Siltli Killi Kum biriminin geoteknik parametreleri;

Tabakann doal birim hacim arl 17,5kN/m3 olarak alnarak, k = 14kN/m3 ve doygun

birim hacim arl d = 19kN/m3 olarak bulunmutur.

Bu tabaka iin arazide yaplan SPT deney sonularna gre Nort= 60 olarak alnmtr.

Elastisite modl Es=46MPa olarak bulunmutur.

Bu tabaka iin kullanlacak isel srtnme as deeri (/) 420 olarak bulunmutur.

52

Ayrca zeminler iin genel olarak kullanlan ve izelge 4.20de verilen deerler ile tabakalar

iin hesaplanan deerler karlatrlarak analizlerde kullanlacak parametreler seilmitir.

izelge 4.20 Zeminlerin elastik parametreleri (Das, 1998)

Zemin Cinsi Elastisite Modul , Es (MN/m2) Poisson Oran, s

Gevek Kum 10,35-24,15 0,20-0,40

Orta Sk Kum 17,25-27,60 0,25-0,40

Sk Kum 34,50-55,20 0,30-0,45

Siltli Kum 10,35-17,25 0,20-0,40

Kum ve akl 69,00-172,50 0,15-0,35

Yumuak Kil 4,10-20,70

0,20-0,50 Orta Kat kil 20,70-41,40

Kat Kil 41,40-96,60

Sonu olarak analizlerde kullanlmak zere seilen zemin parametreleri izelge 4.21de

verilmitir.

izelge 4.21 Zemin tabakalar iin seilen geoteknik parametreler

Tabaka n

(kN/m3)

Nort E

/

(MPa) s c

/(kPa) /(o)

Yeilimsi gri sert siltli kil 18 35 45 0,35 10 23

Sar renkli ok sk siltli killi kum 19 50 35 0,30 0 40

Yeilimsi gri sert siltli kil 18 40 50 0,35 10 25

Sar renkli ok sk siltli killi kum 19 60 60 0,30 0 43

Yukarda blge jeolojisi ve zemin zellikleri ile zemin modellenmesinde kullanlacak

geoteknik parametrelerin elde edilmesinde izlenen yntem aklanmtr.

53

4.3 Analiz Metodu

Derin kaz ve iksa sistemlerinin incelendii bu almada Plaxis sonlu elemanlar program

kullanlarak analizler gerekletirilmitir. Plaxis programnda bulunan zemin modellerinden

killi tabakalar iin Mohr-Coulomb modeli, kumlu birimler iin Hardening-Soil model

kullanlmtr. Kaz ukuru iinden yer alt suyunun boaltlmasn modellemek iin yer alt

suyu ak hesab yaplmtr. Yer alt suyunun konumu iin Ek5de verilen piyozometre

lokasyonunda yaplan lm sonular kullanlmtr. Plaxis sonlu elemanlar programnda

inaat admlar sras ile modellenerek zmleme yaplmtr. Analiz sonucunda bulunan

diyafram duvar yatay yer deitirme deeri (x) ile bu yer deitirmelere bal olarak gelien

dey yer deitirmeler (v) hesaplanm grafikler halinde arazide yaplan ve lokasyonu Ek

5de verilen inklinometre lm sonular ile karlatrlmtr. Arazi genel kesiti ve zemin

zellikleri ekil 4.4de verilmitir.

E'=60MPa

ekil 4.4 Arazi genel kesiti ve zemin zellikleri

Diyafram duvar analiz sonular ile arazi lmlerinin karlatrlmas almasndan sonra

aada belirtilen ana balk altnda deiik destekli kaz sistem zmleri yaplarak analiz

sonucunda bulunan yatay ve dey yer deitirme deerleri ile kaz taban kabarmas gibi

deerlerin deiimi incelenmitir.

54

Diyafram duvar ile yukardan aaya inaat metodu (Referans zm),

ok sra ankraj destekli kazkl perde destek sistemi iin zm,

Diyafram duvar ve iten destekli derin kaz destek sistemi iin zm,

Bu ana balklar altnda referans zm iin sekiz adet farkl modelde, ankrajl kazkl perde

derin kaz sisteminde be farkl modelde ve iten destekli diyafram duvar sisteminde ise iki

farkl modelde zemin zellikleri, diyafram duv