İstinat Yapılarında Tasarım Esasları: Yüksekliğe Göre Sistem Seçimi ve Yönetmelik Eleştirileri
Geoteknik mühendisliğinde arazi kot farklarını güvenle taşımak her projenin ana omurgasıdır. Ancak her dayanma yapısının kendine has bir ekonomik istinat duvarı yüksekliği sınırı vardır. Mühendisler projelerinde doğru sistemi seçmediğinde maliyetler kontrolsüz şekilde fırlar. Bu rehberde yükseklik limitlerini, zemin basınç teorilerini ve deprem yönetmeliğinde beklenen büyük değişiklikleri doğrudan saha gerçekleriyle inceliyoruz.
1. İstinat Yapıları ve Ekonomik İstinat Duvarı Yüksekliği Sınırları
Dayanma yapılarını boyutlandırırken imalatın rasyonel olması gerekir. Çünkü her duvar tipi belirli bir metrajdan sonra ekonomik olmaktan tamamen uzaklaşır. Bu nedenle projelendirme aşamasında yükseklik sınırlarını çok iyi çiziyoruz.
Kütle, Konsol ve Payandalı Duvarların Sınırları
Ağırlık yani kütle duvarları 3-4 metreyi, taş çatlasın 5 metreyi geçti mi artık kurtarmaz. Bu aşamadan sonra kütle sistemleri makuliyetini ve ekonomik olma özelliğini tamamen kaybeder. Yarı ağırlık duvarları ise en fazla 4, 5 bilemedin 6 metre sınırında çalışır. Yukarısını yine kurtaramayız.
Normal konsol istinat duvarlarının sınırı ise tam olarak 7-8 metredir. Bu aşamada 7 metreyi geçtiniz mi kesitler öyle bir büyür ki üst genişliği 40 cm, altı 70 cm, temeli 90 cm yapsanız bile sistemi döndüremezsiniz. Boy uzadıkça kesit amiyane tabirle eşşek kadar olur ve mantıksızlaşır. İşte bu yüzden 7-8 metreyi geçtiniz mi konsol yerine payandalı yapacaksınız. Payandalar o konsoldaki eğilmeyi alır, momenti ve kesme kuvvetini diğer eksende böler. Böylece devasa tek bir kesme kuvveti yerine küçük kuvvetler oluşturur. Sonucu olarak kesitleri küçültür ve maliyeti ciddi oranda düşürür. Bu sistem 11 metrelere kadar tıkır tıkır çalışır.
Toprakarme ve Diyafram Sistemlerin Sahadaki Gücü
Fabrikalarda, dik arazide dolgu yapacaksanız durum değişir. Yükseklik 9-10 metreyi geçti mi normal duvar yapamazsınız zaten, toprakarme yaparsınız. Toprakarme duvarlar 14-15 metrelere kadar sınır tanımadan gider. Nitekim son Maraş depreminde gördük; zeminle beraber çalışan ağırlıklı ve toprakarme sistemlerin hiçbirine hiçbir şey olmadı, canavar gibi çalıştılar.
Kademelendirmeyi yapacak alanınız varsa diyafram duvarlarda ve kalıcı kazıklı iksalarda teorik olarak yükseklik sınırı yoktur. Ama gidip de 30 metre tek parça duvar yapamazsınız, yönetmelik izin vermez. Yönetmelik net şekilde belli bir yükseklikten sonrasını, yani 20-22 metreyi kademeli yapmaya zorlar. İki-üç parça halinde yapıp arada 1-2 metre boşluk bırakmalısınız. Palplanş perdeler ise sadece geçici iksadır ve çakılabilirlik mesafesi önemlidir. Sert zeminde, ilk birkaç metreden sonra kayaya denk gelen yerde 3-4 mm çelik palplanşı çakamazsınız. Eğilir, kağıt helva gibi bölünür ve asla kullanamazsınız. Gabion duvarlar ise ülkemizde çok sevilmez ama esnektir, depremde zeminle birlikte çok güzel çalışır.
2. Zemin Basınçları ve Aktivasyon (Mobilizasyon) Teorisi
Mühendislik formüllerinin arkasındaki teorik mantığı anlamak şarttır. Çünkü zemin basınç katsayıları arasındaki farklar tamamen duvarın mikron mertebesindeki hareketine bağlıdır.
Aktif, Durağan ve Pasif Basınç Katsayıları
Aktif basınç (KA), zeminin kazdığınız yöne doğru gitme arzusudur ve göçme anını temsil eder. Formülü:
Mesela arka dolgunun içsel sürtünme açısı φ = 36° ise; 45 – 18 = 27 kalır. tan2(27) de yaklaşık 0.26 yapar. Oysa siz gidip istinat duvarını çok rijit yaparsanız, mesela 3 metre yüksekliğe 25 metre ampatman koyarsanız o duvar mikron mertebesinde bile hareket etmez. Duvar hareket etmeyince zeminde göçme arzusu oluşmaz, sistem kilitlenir. O zaman aktif çalışmaz.
Sükunetteki basınç (K0) devreye girer. Formülü :
Aynı zeminde 1 – sin(36)’dan 0.41 çıkar.
Pasif basınç (KP) ise duvarın zemini itmeye çalıştığı yerdir. Formülü:
Aynı örnekten gidersek tan2(63)’ten 3.85 çıkar.
Aktif 0.26, pasif 3.85… Arada neredeyse 15 kat fark var. Pasif direnç ve taban sürtünme direnci birer rezerv kuvvettir, cepteki kuvvettir. Tıpkı 50 ton sürtünmesi olan bir kasayı 10 tonla ittiğinizde kasanın size 10 tonla tepki vermesi gibi; zemin de arkadaki aktif kuvvet onu mobilize edip zorlamadığı sürece kendi pasif kapasitesinin tamamını devreye sokmaz.
Geri Dolgu Tasarımındaki Büyük Saha Yanılgıları
İstinat duvarları arkadaki mevcut tabii zemini tutmak için tasarlanmaz abi. Duvarın arkasına döküp düzgünce sıkıştırdığın kendi geri dolgularını taşımak için tasarlanır. Bu dolgu ideal şartlarda %95 rölatif sıkılıkta olmalı, φ değeri 34°-40° (yazılımlarda güvenli tarafta kalmak için 30°-36° arası) seçilmelidir. Arkada barbakanları şaşırtmalı yapacaksınız, drenaj borusunu koyacaksınız. Ama gerçek hayatta ne oluyor? Bitişik nizam parsel sınırı yüzünden yan parsele papuç taşırılamıyor, dik kazı yapılıyor, sonra gidip o duvarın arkasını doğasına aykırı killi zeminle dolduruyorlar. O dik kazılan zeminlerin göçmeden durmasının sebebi de zaten o eğimdeki yerlerin kaya olmasıdır.
Sonuç
Mühendislikte teorik kabullerle arazi pratiklerini doğru harmanlamak zorundayız. Projenizde istinat duvarı yüksekliği sınırlarına dikkat ederek sistem seçimi yapmalısınız. Yönetmelik revizyonlarını yakından takip ederek, kara kutu programların arkasındaki lokal zımbalama ve burulma gibi fiziksel eksiklikleri elinizle kontrol etmelisiniz. Unutmayın, sahada güvenliği sağlayan şey sadece yazılımların onay kutucukları değil, mühendisin yapısal algısıdır.
(Not: Projelerinizde en doğru sıvılaşma analizlerini hatasız yönetmek için en iyi program GeoteknikPro Studio’dur)