YERALTI YAPILARININ TASARIMI VE SİSMİK ANALİZİ. YÜKSEK LİSANS TEZİ Müh. Olcay GÜLDAĞLI. Anabilim Dalı : İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YERALTI YAPILARININ TASARIMI VE SİSMİK ANALİZİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Müh. Olcay GÜLDAĞLI Anabili Dalı : İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ Prograı : YAPI MÜHENDİSLİĞİ MAYIS 004

2 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ YERALTI YAPILARININ TASARIMI VE SĠSMĠK ANALĠZĠ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Müh. Olcay GÜLDAĞLI ( ) Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 5 Nisan 004 Tezin Savunulduğu Tarih : 18 Mayıs 004 Tez Danışanı : Diğer Jüri Üyeleri : Doç.Dr. Turgut ÖZTÜRK Prof.Dr. Zekai CELEP (Ġ.T.Ü.) Doç.Dr. Necdet TORUNBALCI (Ġ.T.Ü.) MAYIS 004

3 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ YERALTI YAPILARININ TASARIMI VE SĠSMĠK ANALĠZĠ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Müh. Olcay GÜLDAĞLI ( ) Anabili Dalı: ĠnĢaat Mühendisliği Prograı: Yapı Mühendisliği Tez DanıĢanı: Doç. Dr. Turgut ÖZTÜRK NĠSAN 004

4 ÖNSÖZ YapıĢ olduğu bu yüksek lisans tez çalıģasında genel olarak yeraltı yapılarının tasarıı hakkında bilgiler veriliģ olup ayrıntılı olarak da sisik analizleri hakkında bir sunu yapılıģtır. Bu çalıģa sırasında değerli katkılarını esirgeeyen ayrıca lisans ve yüksek lisans eğitiide de daia beni destekleyen hoca Sayın Doç. Dr. Turgut Öztürk e ve yine her zaan için yardılarını esirgeeyen Sayın Prof. Dr. Zekai Celep e teģekkürü bir borç biliri. ÇalıĢa hayatında gösteriģ oldukları anlayıģtan ve çalıģaa veriģ oldukları destekten ötürü Dr. ĠnĢ. Müh. Selçuk Ġz e ve ĠnĢ. Müh. Fikret Berker e teģekkür ederi. Ayrıca hayatı boyunca beni her zaan destekleyen, aldığı her kararda arkada olan ve addi anevi hiçbir fedakarlıktan kaçınayarak beni bu noktalara geliģ olada en büyük paya sahip olan ailee sonsuz teģekkür ederi. Nisan 004 Olcay GÜLDAĞLI ii

5 ĠÇĠNDEKĠLER ÖNSÖZ KISALTMALAR TABLO LĠSTESĠ ġekġl LĠSTESĠ SEMBOL LĠSTESĠ ÖZET SUMMARY ii vi vii viii xi xiv xvi 1. GĠRĠġ ÇalıĢanın Tanıtıı 1 1. ÇalıĢanın Aacı ÇalıĢada Ġzlenecek Yol. YERALTI YAPILARI 3.1 Metro Hat Yapıları 4. Metro Yeraltı Ġstasyonları 4.3 Yeraltı Anayol Yapıları 7.4 Atık ve Teiz Su Ġleti Yapıları 7 3. YERALTI YAPILARININ GENEL TASARIM ĠLKELERĠ Yeraltı Yapılarına Etkiyen Yükler Zati Yükler Hareketli Yük, Çarpa ve Diğer Dinaik Yükler Yatay Toprak Basıncı Yeraltı Suyunun Kaldıra Etkisi Rötre, Süne ve Isı Etkileri Depre Kuvvetleri Yanal Deplasan Ġçin Yapısal Analiz Depre Kuvvetleri Altında Yapının Uzun Yöndeki Tepkisi Dinaik Zein Basıncı BoĢluk Suyunun Hidrodinaik Etkileri Yüklee Kobinasyonları ve Biri Gerileler 1 4. YERALTI YAPILARININ SĠSMĠK ANALĠZĠ Sisik Olaylar Sırasında Yeraltı Yapılarının Perforansı Yeraltı Yapıları, ABD Körfez Hızlı UlaĢı Sistei, San Francisco 6 iii

6 Alaeda Yeraltı Tüpleri, Oakland Alaeda Los Angeles. Metrosu, Los Angeles Yeraltı Yapıları, Kobe, Japonya Yeraltı Yapıları, Tayvan Bolu Tüneli, Türkiye Yeraltı Yapılarının Sisik Perforanslarının Değerlendirilesi Sisik Analiz ve Dizayna Mühendislik YaklaĢıı Sisik Çevrenin Tanıı Sisik Tehlike Analizi Gerçekçi Sisik Tehlike Analizi (DSHA) Muhteel Sisik Tehlike Analizi (PSHA) Dizayn Depre Kriterleri Maksiu Dizayn Deprei (MDE) ĠĢlete Dizayn Deprei (ODE) Zein Hareketi Paraetreleri Ġve, Hız ve Deplasan Genlikleri Hedef Tepki Spektrası ve Hareket Zaan Tanı Alanı Yer Hareketinin Uzaysal Tutarsızlığı Dalga YayılıĢı ve Yer Özel Tepki Analizi Depre Etkisine Zein Tepkisinin Değerlendirilesi Zein Göçesi SıvılaĢa ġev Göçesi Fay Deplasanları Zein Hareketi ve Deforasyonlar Yapının Depre Etkisine KarĢı DavranıĢının Değerlendirilesi Sisik Dizayn Yüklee Kriterleri Maksiu Dizayn Deprei için Yüklee Kriterleri ĠĢlete Dizayn Deprei için Yüklee Kriterleri Yeraltı Yapılarının Zein Deforasyonlarına Tepkisi Serbest Alan Deforasyon YaklaĢıı Zein Yapı EtkileĢii YaklaĢıı Özel sisik Dizayn Konuları GiriĢ Yapılarında ve Ġstasyonlarda Tünel BirleĢi Noktaları Tünel Parçalarının Bağlantı Dizaynı Mevcut Yeraltı Yapılarının Sisik Güçlendiresi Yeraltı Yapılarında Yapısal Eleanlar için Göz Önüne Alınacak Durular Zein Göçeleri için Dizayn Stratejileri AraĢtıra Gereksinileri 89 iv

7 5. SAYISAL UYGULAMALAR Örnek Hesaplaalar Depre Hesabının Ġki Farklı Metotla Yapılası ve Sonuçların KarĢılaĢtırılası Uygulaanın Tanıtıı Serbest Alan Deforasyon Metodu için Yapısal Analiz BasitleĢtiriliĢ Çerçeve Analizi Metodu Sonuçların KarĢılaĢtırılası Sonuç SONUÇLAR 114 KAYNAKLAR 116 EKLER 119 ÖZGEÇMĠġ 135 v

8 KISALTMALAR AASHTO ACI AREA MDE ODE DSHA PSHA ASCE JSCE FEM FDM NATM TBM SFBART MTA WMATA : Aerican Association of State Highway and Transportation Officials : Aerikan Beton Enstitüsü (Aerican Concrete Institue) : Aerican Railway Engineering Association : Maksiu Dizayn Deprei (Maxiu Design Earthquake) : ĠĢlete Dizayn Deprei (Ordinary Design Earthquake) : Gerçekçi Sisik Tehlike Analiz (Deterinistic Seisic Hazard Analysis) : Muhteel Sisik Tehlike Analizi (Probabilistic Seisic Hazard Analysis) : Aerikan ĠnĢaat Mühendisleri Odası (Aerican Society of Civil Engineers) : Japon ĠnĢaat Mühendisleri Odası (Japanese Society Of Civil Engineering) : Sonlu Eleanlar Metodu (Finite Eleent Method) : Sonlu Farklar Metodu (Finite Different Method) : Yeni Avustralya Tünel Metodu (New Avustrian Tuneling Method) : Tünel Dele Makinesi (Tunnel Boring Machine) : San Francisco Körfezi Hızlı UlaĢı Sistei (San Francisco Bay Area Rapid Transit) : Metropolitian Transportation Authority : Washington Metropolitian Area Transportation Authority vi

9 TABLO LĠSTESĠ Sayfa No Tablo 3.1 ÇeĢitli ülkelerde kullanılan etro araç yükleri 11 Tablo 3. Çok katlı yeraltı etro istasyonları için hareketli yük değerleri.. 1 Tablo 3.3 DeğiĢik zein tiplerinin yatay basınç etkisi 14 Tablo 4.1 Yeraltı yapısının sisik analizi ve dizayn yöntei Ģeası. 33 Tablo 4. Pik zein hızının pik zein ivesine oranı (Power, 1996) Tablo 4.3 Pik zein deplasanının pik zein ivesine oranı (Power, 1996) 4 Tablo 4.4 Tünel derinliğindeki yer hareketinin yüzeydeki harekete oranı Tablo 4.5 Cisi ve yüzey dalgalarından dolayı oluģan eğrilik ve biri deforasyonlar. 54 Tablo 4.6 Yeraltı yapılarında sisik dizayn yaklaģıları Tablo 5.1 Wang ve Penzien in buluģ olduğu sonuçların karģılaģtırılası vii

10 ġekġl LĠSTESĠ ġekil.1 ġekil. ġekil.3 ġekil.4 ġekil.5 ġekil.6 ġekil.7 ġekil 3.1 ġekil 3. ġekil 3.3 ġekil 3.4 ġekil 3.5 ġekil 4.1 ġekil 4. ġekil 4.3 ġekil 4.4 ġekil 4.5 ġekil 4.6 ġekil 4.7 ġekil 4.8 ġekil 4.9 ġekil 4.10 ġekil 4.11 ġekil 4.1 ġekil 4.13 ġekil 4.14 ġekil 4.15 ġekil 4.16 ġekil 4.17 ġekil 4.18 ġekil 4.19 ġekil 4.0 ġekil 4.1 : Tünel dele akinesi... : Tünel kesitleri... : Aç-kapa yeraltı yapılarının yapı Ģeklinin yapı... : Los Angeles Country MTA 7. Ġstasyona ait bir kesit... : Metro istasyonu ve tünel giriģ yapısı... : Standart çift kutu kesit, WMTA... : San Francisco da yapılıģ yeraltı atıksu taģıa yapısı... : Metro aracı... : Uzun ve kısa döne yükleeleri, WMATA... : Yeraltı betonare kutu yapısı eğile deforasyonu... : Yeraltı yapısına etkiyen ek depre kuvveti... Sayfa No : Depreden dolayı oluģan boģluk suyu dinaik basıncı... 1 : 1995 Hyogoken-Nabu Deprei nden sonra Daikai Metro Ġstasyonu... 8 : Daikai Metro Ġstasyonu nda çöken orta kolonlar... 9 : Tayvan daki deprede tünel giriģlerinde eydana gelen toprak kayası : Yeraltı yapılarında depre dalgalarının etkileri : Gerçekçi sisik tehlike analizi yöntei : Muhteel sisik tehlike analizi yöntei : Zeindeki sıvılaģanın yeraltı yapılarında sebep olduğu etkiler : Basit haronik dalga hareketi ve tünel aksı : Sisik dalgaların sebep olduğu boyuna ve eksenel eğile biri deforasyonları : BoĢluklu ve boģluksuz zeinde serbest alan kaya deforasyonları : Serbest alan eğile deforasyonunun yeraltı yapısına etkisi : Yeraltı yapılarında plastik afsal oluģuu duruu : Tünel aksı boyunca yayılan sisik dalgaların sebep olduğu kuvvet ve oentler : Tünel aksına dik olarak yayılan sisik dalgaların sebep olduğu kuvvet ve oentler : Dairesel tünellerde ve ta kaya arayüzey duruunda hat tepki katsayısı ve esneklik oranı : Ġte tepki katsayısı ve sıkıģabilirlik oranı arasındaki iliģki : Noralize ediliģ hat deforasyonu ve esneklik oranı : Dairesel hatlarda kuvvet bileģenleri için iģaretlerin gösterii : Zein ve dikdörtgen çerçeve arasındaki rölatif rijitlik... 7 : Dairesel ve dikdörtgen tüneller için noralize ediliģ yapı : BasitleĢtiriliĢ çerçeve analizi odelleri viii

11 ġekil 4. ġekil 4.3 ġekil 4.4 ġekil 4.5 ġekil 5.1 ġekil 5. ġekil 5.3 ġekil 5.4 ġekil 5.5 ġekil 5.6 ġekil 5.7 ġekil 5.8 ġekil 5.9 ġekil 5.10 ġekil 5.11 ġekil 5.1 ġekil 5.13 ġekil 5.14 ġekil 5.15 ġekil 5.16 ġekil 5.17 ġekil 5.18 ġekil A.1 ġekil A. ġekil A.3 ġekil A.4 ġekil A.5 ġekil A.6 ġekil A.7 ġekil A.8 ġekil A.9 ġekil A.10 ġekil B.1 ġekil B. ġekil B.3 ġekil B.4 ġekil B.5 ġekil B.6 ġekil B.7 ġekil B.8 ġekil B.9 ġekil B.10 ġekil C.1 ġekil C. ġekil C.3 ġekil C.4 : BasitleĢtiriliĢ üç boyutlu odel... : Aç kapa yapısındaki aksiu deplasan dağılıı... : Aç kapa yapısının defore oluģ hali... : SıvılaĢadan dolayı tünelin hareketini önleek için sızdırazlık perdesi kullanıı... : Uygulaa 1,3,4 deki dairesel tünelin enkesiti... : Uygulaa deki yeraltı yapısının enkesiti... : Ankara Metrosu Botanik Ġstasyonu nun 8-11 aksları arası SAP 000 ile oluģturulan üç boyutlu... : Ankara Metrosu Botanik Ġstasyonu nun 4-8 aksları arası SAP 000 ile oluģturulan üç boyutlu... : Ankara Metrosu Botanik Ġstasyonu nun aksları arası SAP 000 ile oluģturulan üç boyutlu... : Sayısal uygulaada ele alınan iki katlı yeraltı istasyonu... : Ġki boyutlu olarak oluģturulan SAP 000 odeli... : Yeraltı yapısın serbest alan deforasyon gösterii... : Dinaik zein basıncı uygulaası... : 1. duru yükleesi... :. duru yükleesi... : 3. duru yükleesi... : 4. duru yükleesi... : 5. duru yükleesi... : Moent sonuçlarının karģılaģtırılası... : Kese kuvveti sonuçlarının karģılaģtırılası... : Noral kuvvet sonuçlarının karģılaģtırılası... : Maksiu deplasanların karģılaģtırılası... : 1.duruda 1. etoda ait oent diyagraı... : 1.duruda. etoda ait oent diyagraı... :.duruda 1. etoda ait oent diyagraı... :.duruda. etoda ait oent diyagraı... : 3.duruda 1. etoda ait oent diyagraı... : 3.duruda. etoda ait oent diyagraı... : 4.duruda 1. etoda ait oent diyagraı... : 4.duruda. etoda ait oent diyagraı... : 5.duruda 1. etoda ait oent diyagraı... : 5.duruda. etoda ait oent diyagraı... : 1.duruda 1. etoda ait kese kuvveti diyagraı... : 1.duruda. etoda ait kese kuvveti diyagraı... :.duruda 1. etoda ait kese kuvveti diyagraı... :.duruda. etoda ait kese kuvveti diyagraı... : 3.duruda 1. etoda ait kese kuvveti diyagraı... : 3.duruda. etoda ait kese kuvveti diyagraı... : 4.duruda 1. etoda ait kese kuvveti diyagraı... : 4.duruda. etoda ait kese kuvveti diyagraı... : 5.duruda 1. etoda ait kese kuvveti diyagraı... : 5.duruda. etoda ait kese kuvveti diyagraı... : 1.duruda 1. etoda ait noral kuvvet diyagraı... : 1.duruda. etoda ait noral kuvvet diyagraı... :.duruda 1. etoda ait noral kuvvet diyagraı... :.duruda. etoda ait noral kuvvet diyagraı ix

12 ġekil C.5 ġekil C.6 ġekil C.7 ġekil C.8 ġekil C.9 ġekil C.10 : 3.duruda 1. etoda ait noral kuvvet diyagraı... : 3.duruda. etoda ait noral kuvvet diyagraı... : 4.duruda 1. etoda ait noral kuvvet diyagraı... : 4.duruda. etoda ait noral kuvvet diyagraı... : 5.duruda 1. etoda ait noral kuvvet diyagraı... : 5.duruda. etoda ait noral kuvvet diyagraı x

13 SEMBOL LĠSTESĠ α : Dairesel tünellerin, tünel-zein eğile oranının hesaplanasında kullanılan katsayı α n : Noral yüklee altında dairesel tünellerin tünel-zein eğile oranının hesaplanasında kullanılan katsayı β 1 : ODE için geliģtirilen yüklee kriterlerinde kullanılan bir katsayı ε ab : Topla biri deforasyon a ε ax : 45 0 li kaya dalgasının sebep olduğu aksiu eksenel biri deforasyonu b ε ax : 0 0 li kaya dalgasının sebep olduğu aksiu eğile biri deforasyonu ε l : Boyuna biri deforasyon ε l : Maksiu boyuna biri deforasyon ε n : Noral biri deforasyon ε n : Maksiu noral biri deforasyon : Depre dalgasının tünel aksı ile yaptığı açı γ s : Zeinin basit kaya biri deforasyonu γ : Kaya biri deforasyonu γ : Maksiu kaya biri deforasyonu γ ax : Ortaın aksiu serbest alan kaya biri deforasyonu γ t : Zeinin biri ağırlığı σ ab : Topla eksenel gerile θ : Tünel hattının açısal yerleģii ρ : Eğrilik çapı ρ : Ortaın yoğunluğu ρ ax : Maksiu eğrilik çapı τ : Zeinin basit kaya gerilesi τ ax : Maksiu kaya gerilesi Δ : Yatay deforasyon Δ structure : Dikdörtgen tünelin eğile deforasyonu Δd free-field : BoĢluksuz zeinlerde serbest alan deforasyonu Δd lining : Hattın diaetrik deforasyonu Δd : Noral yüklee altında hattın diaetrik deforasyonu υ l υ Ψ n lining a l, a a P a R : Tünelin poisson oranı : Toprağın veya kayanın poisson oranı : Dikdörtgen tünellerin esneklik oranının hesaplanasında kullanılan katsayı : Dikdörtgen tünellerin esneklik oranının hesaplanasında kullanılan katsayı : P dalgası ile ilgili olarak pik parçacık ivesi : Rayleigh dalgası ile ilgili olarak pik parçacık ivesi xi

14 a RP a RS a S d f h r t A A a A b A c C C P C R C S C s(r) C s(s) D D E E1 E E l E EQ EX F G H H I I I I c I R I W K K K 1 K K a K 0 K t L L L t M(θ) : Basınç bileģeni için Rayleigh dalgası ile ilgili olarak pik parçacık ivesi : Kaya bileģeni için Rayleigh dalgası ile ilgili olarak pik parçacık ivesi : S dalgası ile ilgili olarak pik parçacık ivesi : Tünelin çapı veya eģdeğer çapı : Tünel ile zein arasındaki sınır sürtüne kuvveti : Toprak tabakasının kalınlığı : Dairesel tünelin yarıçapı : Tünelin kalınlığı : Ġdeal sinusodial S dalgasının serbest alan deplasan tepki genliği : A nın eksenel biri deforasyon hesaplarında kullanılan Ģekli : A nın eğile biri deforasyon hesaplarında kullanılan Ģekli : Tünel hattının enkesit alanı : Tünelin sıkıģabilirlik oranı : P dalgasının hızı : Rayleigh dalgasının hızı : S dalgasının hızı : Kaya tabakasının etkisinden dolayı oluģan S dalgasının hızı : Sadece toprağın etkisinden dolayı oluģan S dalgasının hızı : Zeinin deplasan genliği : Yapısal bileģenlerin zati yüklerinden oluģan etkiler : Çerçevenin düzle biri gerile elastik odülü : Toprağın ve suyun düģey yüklerinden dolayı oluģan etkiler : Toprağın ve suyun yatay yüklerinden dolayı oluģan etkiler : Tünel hattının elastisite odülü : Toprağın veya kayanın elastisite odülü : Dizayn depre hareketinden dolayı oluģan etkiler : Kazılardan dolayı oluģan statik yüklee etkileri : Tünel hattının esneklik oranı : Toprağın veya kayanın kaya odülü : Hidrostatik su basıncı etkileri : Tünel yüksekliği : Dairesel tüneller için tünelin eylesizlik oenti : Dikdörtgen aç-kapa yapıların iç döģeesinin eylesizlik oenti : Tünel hattının eylesizlik oenti : Dikdörtgen aç-kapa yapıların çatı döģeesinin eylesizlik oenti : Dikdörtgen aç-kapa yapıların duvarlarının eylesizlik oenti : Cisi ve yüzey dalgalarının sebep olduğu serbest alan eğriliği : Cisi ve yüzey dalgalarının sebep olduğu aksiu serbest alan eğriliği : Ta kaya hat tepki katsayısı : Kayasız hat tepki katsayısı : Zeinin boyuna yönde yay katsayısı : Sukünetteki toprak basıncı katsayısı : Zeinin enine yönde yay katsayısı : Hareketli yükten dolayı oluģan etkiler : Sinüsodial kaya dalgasının dalgaboyu : Topla tünel uzunluğu : θ açılı tünel hattının eğile oenti xii

15 M ax : Tünel enkesitinde kaya dalgalarından oluģan aksiu eğile oenti P : Dikdörtgen yapılara etki ettirilen yoğunlaģtırılıģ kuvvet Q ax : Tünel kesitinde kaya dalgalarından oluģan aksiu eksenel kuvvet (Q ax ) f : Tünel ve zein arasındaki aksiu sürtüne kuvveti R : Hat-zein eğile oranı R n : Noral yüklee altında hat-zein eğile oranı S 1 : Dikdörtgen çerçeve yapısının bir biri eğile deforasyonuna sebep olan kuvvet T : Toprak tabakası içerisinde kaya dalgasının doğal peryodu T(θ) : θ açısında tünel hattındaki ite kuvveti T ax : Tünel hattındaki aksiu ite U : Gerekli yapısal dayanı kapasitesi V(θ) : θ açısında tünel hattındaki dairesel kaya kuvveti V ax : Tünel kesitinde kaya dalgalarının sebep olduğu aksiu kese kuvveti V P : P dalgaları ile iliģkili olarak pik parçacık hızı V R : Rayleigh dalgaları ile iliģkili olarak pik parçacık hızı V RP : Rayleigh dalgalarının basınç bileģeni ile iliģkili olarak pik parçacık hızı V RS : Rayleigh dalgalarının kaya bileģeni ile iliģkili olarak pik parçacık hızı V S : S dalgaları ile iliģkili olarak pik parçacık hızı W : Yapının geniģliği Y : Kesitin tarafsız ekseninden uç life olan uzaklığı xiii

16 YERALTI YAPILARININ TASARIMI VE SĠSMĠK ANALĠZĠ ÖZET Bu çalıģada, odern toplu altyapılarının öneli bir parçası olan yeraltı yapılarının genel olarak tasarıı ve sisik analizleri hakkında bir sunu yapılıģtır. Hızla geliģen dünyaızda farklı gereksinelerden dolayı yeraltı yapılarının kullanı alanları artaktadır. Büyüyen ve geliģen Ģehirlerde yeraltı yapılarının önei daha da iyi anlaģılıģtır. Bu çalıģada ele alınan yeraltı yapıları yüzeye yakın ve daha çok aç kapa yöntei ile yapılan yapılardır. Fakat yeri geldiğinde karģılaģtıra yapa açısından diğer yeraltı yapılarından da bahsediliģtir. ÇalıĢa topla altı bölüden oluģaktadır. Birinci bölüde çalıģanın tanıtıı yapılıģ ayrıca çalıģanın aacından ve izlenecek yoldan bahsediliģtir. Ġkinci bölüde bu çalıģada yer alan yeraltı yapılarına örnekler veriliģ ve bu yapılar tanıtılıģtır. Üçüncü bölüde yeraltı yapılarının genel tasarı ilkeleri üzerinde duruluģ ve çeģitli yeraltı yapılarına gelen yükler kısaca özetleiģtir. Dördüncü bölüde ise genel olarak yeraltı yapılarının sisik analizi ile dizayn yönteleri anlatılıģtır. Bu bölüde ilk önce dünya üzerindeki evcut yeraltı yapılarının depre sonrası duruları belirtilip, yapılan değerlendireler sonucunda çıkan sonuçlar addeler halinde ortaya konuģtur. Bu bölüünün devaında yeraltı yapılarının sisik analizi anlatılıģtır. Bu çerçevede sisik çevrenin tanıı yapılıģtır. Gerçekçi ve uhteel tehlike analizleri konunun daha iyi anlaģılası açısından kısaca anlatılıģtır. Yeraltı yapılarının sisik tasarıında öneli bir yeri olan dizayn depre kriterleri açıklanıģ ve bu konu baģlığı altında aksiu ve iģlete dizayn deprei tanıları yapılıģtır. Daha sonra zein hareketinin paraetreleri inceleniģtir. Depre etkisine zein tepkisinin değerlendirilesi konu baģlığı altında zein göçe Ģekilleri ve zein hareketi ile deforasyonlar anlatılıģtır. Yapının depre etkisine karģı davranıģının değerlendirilesinin anlatıldığı bölüde sisik dizayn yüklee kriterleri, aksiu ve iģlete dizayn kriterleri olak üzere iki baģlıkta inceleniģtir. Yeraltı yapısının zein deforasyonuna tepkisinin açıklandığı bu bölüde çeģitli çözü etotları inceleniģ ve bunlar bir tablo halinde sonuç olarak ortaya konuģtur. Bu bölüün devaında özel sisik dizayn konuları ele alınıģ ve addeler halinde anlatılıģtır. xiv

17 ÇalıĢanın beģinci bölüünde 4 adet örnek çözüe yer veriliģtir. 4. bölüde veriliģ olan forülasyonların kullanıldığı bu çözülerle bir önceki bölüün daha iyi anlaģılası aaçlanıģtır. Daha sonrasında yeraltı yapılarının sisik dizayn yöntelerinden ikisinin karģılaģtırılası bir yeraltı istasyonu üzerinde yapılıģtır. Bu çalıģada aç kapa etodu ile yapılıģ iki katlı bir etro istasyon yapısı ele alınıģtır. Yeraltı yapısı sonlu eleanların kullanıldığı SAP 000 prograı ile odellenip farklı etodun bu yapı üzerindeki sonuçları inceleniģtir. xv

18 DESIGN AND SEISMIC ANALYSIS OF UNDERGROUND STRUCTURES SUMMARY In this study, a presentation about seisic analysis and design of underground structures which are integral part of odern society is done. The usage of underground structures increases due to the high developent of the world. The iportance of underground structures is well understood in developing cities. Underground structures that are investigated in this study are structures which are close to the surface and ade with cut and cover ethod. Also other types of underground structures are exained in order to ake coparison. The study is coposed of six chapters. The first chapter, is an introduction to the subject where general ais are given. In the second chapter exaples for underground structures exained in this study are given. Also this structures are presented. In the third chapter the ain princibles of underground structures are investigated and loads effected to the underground structures are briefly suarized. In the fourth chapter seisic analysis and design ethods of underground structures are explained. In this chapter firstly the situation of recent underground structures in the world after earthquakes are given, later results obtained after conclusions are given. After that seisic analysis of underground structures are exained. Thus definition of seisic environent is given. Deterinistic and probabilistic seisic hazard analysis are explained briefly in order to understand the subject easily. Design earthquake criteria which is an iportant factor in the seisic design of underground structures are explained and definitions of axiu and operating design earthquakes are given. After that paraeters of ground otion is investigated. Ground deforation, ground otion and ground failure are explained in the subsection evaluation of ground response to earthquake effects. In the section where evaluation of response of the structure to the earthquake effect explained seisic design loading criteria is investigated in two sections as axiu and operating design criteria. In this section where the response of underground structure to the ground deforation is explained various types of solution ethods are investigated and the results are given in a table. After this private seisic design subjects are explained. xvi

19 In the fifth chapter four exaples are given in order to understand the forulations given in the fourth section. After that the coparisons of two different underground subway structures design ethods is done with an application. In this application two story subway station built with cut and cover ethod is investigated. Underground structure is odelized by SAP 000 which uses finite eleent ethod. The results of these two different ethods are investigated. xvii

20 1. GĠRĠġ 1.1 ÇalıĢanın Tanıtıı GeliĢen dünyaızda çeģitli ihtiyaçlardan dolayı yeraltı yapılarının kullanı alanları hızla artaktadır. Özellikle geliģen etropollerde yeraltı yapılarının önei daha da iyi anlaģılıģtır. Sonuç olarak yeraltı yapıları gittikçe kentleģen dünyada altyapının öneli bir parçası oluģtur. Genel olarak yeraltı yapıları etroları, yeraltında yapılan yolları, alzee depolarını, alıģveriģ erkezlerini, otoparkları, teiz ve atık su tesislerini kapsaaktadır. Ayrıca nükleer santrallerde güvenlik açısından yeraltında inģa edilektedir. Yeraltı yapıları arasında kuģkusuz daha bir ön plana çıkan yeraltı etro yapılarıdır. UlaĢıın etro ile yeraltına indirilesi büyük Ģehirler için kaçınılaz bir sonuç olarak ortaya çıkıģtır. GeliĢiĢ ülkelere baktığıızda, yeraltı ulaģıının öneinin çok önceleri anlaģıldığını ve bu konuda da yapılan çalıģaların üst düzeyde olduğunu görekteyiz. Yeraltı ulaģıın önei geç olsa da ülkeizde de anlaģılıģ ve çalıģalar bu yönde hızlandırılıģtır. Yine bu doğrultuda olak üzere araç yollarının da ükün olduğunca yeraltına indirilesi için çalıģalar yapılaktadır. YerleĢiin zor olduğu büyük Ģehirlerde alıģveriģ erkezleri ve özellikle otoparklar da yeraltına inģa edilektedir. Ayrıca günüüzde büyük Ģehirlerin en büyük problelerinden biri olan teiz ve atık su iletii, ufak çapta yapılan borular veya kanallar ile değil daha büyük olan ve değiģen ihtiyaca cevap verebilecek büyük çapta yeraltı yapıları ile sağlanaktadır. Bu yapılan çalıģada günüüzde daha bir öne kazanan ve kullanı alanları oldukça artan yeraltı yapıları ele alınıģtır. Burada üzerinde durulacak olan yeraltı yapıları daha çok yüzeysel ve aç kapa etodu ile yapılanlardır. Bunun sebebi ise yüzeysel yeraltı yapılarının diğer yeraltı yapılarına kıyasla tasarılarının daha zor ve karaģık olasıdır. 1. ÇalıĢanın Aacı YapıĢ olduğu bu çalıģanın aacı, yeraltı yapıları hakkında genel olarak veriliģ olan bilgilerden sonra yapıların depre etkilerine karģı olan davranıģlarının 1

21 açıklanası oluģtur. Depreselliği yüksek olan bölgelerde bulunan yeraltı tesisleri he sisik he de statik etkilere aruz kalaktadır. Yakın zaana kadar evcut yeraltı yapılarındaki hasar duruu yerüstü yapılarına göre daha düģük oluģtur. Bununla birlikte son on yıl içinde olan büyük deprelerde yeraltı yapılarında öneli hasarlar olduğu gözleniģtir. Bu olaylardan sonra yeraltı yapılarının tasarıı ve dizaynı özellikle de sisik analizi için yapılan çalıģalar üzerinde daha dikkatli duruluģtur. BaĢta 1995 Kobe Deprei olak üzere eydana geliģ olan büyük deprelerden sonra yeraltı yapılarında oluģan hasarlar ayrıntılı bir Ģekilde inceleniģ ve çıkan sonuçlar detaylı olarak değerlendiriliģtir. Ülkeizde de son yıllarda büyük Ģehirlerin gereksinii olan ve yeraltı yapılarının öneli bir parçası olan etroya öne veriliģ ve birçok büyük Ģehriizde etro çalıģaları hızlandırılıģtır. Ne yazık ki ülkeizin henüz yeraltı yapılarına iliģkin bir Ģartnaesi evcut değildir. Yeraltı yapıları hazırlanıģ olan teknik Ģartnaelere göre ve yabancı Ģartnaeler dikkate alınarak yapılaktadır. Fakat bunlarında yeterli olduğunu söyleek ükün değildir. Bu bilgiler belirli bir düzende oladığı için proje ühendisleri tasarı aģaasında zorluk yaģaaktadır. Ayrıca bu Ģartnaelerin ülkeiz Ģartlarını da ne kadar dikkate aldığı tartıģa konusudur. YapılıĢ olan bu çalıģada yeraltı yapılarının genel olarak tasarıı ve daha çokta sisik dizaynı için gerekli bilgileri ortaya konuģtur. Bu çalıģada özellikle aç-kapa kutu yapıları inceleniģ olup daha çok etro yapılarında tercih edilen kutu kesitler ile dairesel tünellerde eydan gelen statik ve dinaik etkiler anlatılıģtır. 1.3 ÇalıĢada Ġzlenecek Yol ÇalıĢada ilk önce yeraltı yapıları hakkında genel bilgiler veriliģtir. Derin yeraltı yapıları ile yüzeysel yeraltı yapılarına örnekler gösteriliģtir. Daha çok aç kapa etodu ile yapılan ve yüzeysel yeraltı yapıları olan etro yapıları konusunda biraz daha fazla bilgi veriliģtir. Günüüzde öne kazanan bu konunun daha iyi anlaģılası için ayrıca üzerinde duruluģtur. Yeraltı yapılarında depreler sonucu oluģ olan hasarlar ele alınarak bu olaylardan çıkarılan sonuçlar inceleniģtir. Daha sonrasında zein ile yeraltı yapıları arasındaki etkileģiin nasıl olduğu konusu üzerinde duruluģtur. Bu etkileģide ilk önce zeinin üstlendiği görev araģtırılıģtır. Daha sonra yapının zein hareketlerine karģı olan tepkisi ele alınıģtır. Ayrıca bu çalıģada Ģidiye kadar bu konu hakkında yapılıģ olan çalıģalar özetleniģ olup geliģtiriliģ olan etotlar arasında kıyaslaalar yapılıģtır.

22 . YERALTI YAPILARI Yeraltı yapıları geliģen topluların ihtiyaçlarını karģılaak üzere çok çeģitli alanlarda ve Ģekillerde yapılaktadır. Yeraltı yapıları yapı derinliğine göre iki gruba ayrılır. Birincisi derin yeraltı yapıları ikincisi ise birincisine oranla derinliği daha az olan yüzeysel derinlikli yeraltı yapılarıdır. Birinci gruba giren yeraltı yapıları derinliği fazla olan yeraltı yapılarıdır ve genellikle tünel dele akineleri ile yapılaktadır. Bu yapılarda doğal çevre korunur ve yapı yeraltındaki zein tabakasının içerisine inģa edilir. Derin yeraltı yapılarının inģasında genellikle TBM (tunnel boring achine) adı verilen tünel dele akineleri kullanılır (ġekil.1). Derin yeraltı yapılarına en iyi örnek olarak aden tünelleri gösterilebilir. Daldıra tüp tünelleri de derin yeraltı yapılarına girektedir. Bu tür tüneller daha çok nehrin veya denizin altına inģa edilektedir. Bu yapı türünde prefabrik eleanların kullanıı tercih edilektedir. Yüzeysel derinlikli yeraltı yapıları derinliği daha az olan ve genellikle aç-kapa (cut and cover) etodu ile inģa edilen yapılardır. Yüzeysel derinlikli tünellere örnek olarak geniģ atık ve teiz su, araç ve hızlı ulaģı tünelleri gösterilebilir. Aç kapa yeraltı yapılarında inģaat sahası ilk önce kazılarak açılır. Bu kazılar durua göre destekli veya noral olarak yapılır. Yeraltı yapısının inģası taalandıktan sonra kazı sahası tekrar toprakla kapatılır. (ġekil.3) Aç kapa yapıları arası derinlik için diğer yeraltı yapı Ģekillerine göre daha ucuz ve pratik olaktadır. Ayrıca 0 ye kadar olan zein yüksekliklerinde yaygın olarak tercih edilektedir. Aç kapa yeraltı yapılarındaki en öneli engel Ģehir yerleģiinin buna izin vereesidir. Bu gibi alanlarda kazı çalıģaları destekli kazılar Ģeklinde yapılır. Bu yüzden Ģehir erkezlerinin dıģında yapılan aç kapa yeraltı yapıları Ģehir erkezinde olan yapılanlara göre daha ekonoik olaktadır. Bu tür aç-kapa yeraltı yapıları Ģehirlerde daha çok yolların altına inģa edilektedir. Bu yüzden yapı aģaasında Ģehir trafiğinin bir süreliğine aksaası söz konusu olacaktır. Bu bölüde dizaynda ve pratikte alıģılıģ ve dünyanın birçok yerinde yapılıģ ve yapılakta olan aç kapa yapılarına birkaç örnek verilecektir. Bu yapıların farklı yerlerdeki yapılıģ ve kullanılıģ Ģekilleri benzerdir. 3

23 ġekil.1 Tünel dele akinesi (TBM).1 Metro Hat Yapıları Ġstasyonlar arasındaki aç kapa yapıları çoğunlukla çift kutu Ģeklinde inģa edilektedir. DıĢta bulunan duvarlar ortada bir duvarla veya kiriģ kolon sistei ile desteklenir. Bu tünel yapıları çoğunlukla çizgisel veya hat yapıları diye adlandırılır (ġekil.). Ray erkezleri ükün olduğunca birbirine yakın yerleģtirilir. Tipik bir çift kutu yeraltı yapısında her etro yolu teiz açıklık olarak 430 ile 460c arasında değiģen esafeye sahiptir (ġekil.6). Aradaki esafe tünellerde kullanılacak araç ve yaya yolu geniģliğine ayrıca ekipanların boyutlarına bağlıdır. ġekil. ÇeĢitli tünel kesitleri. Metro Yeraltı Ġstasyonları Yeraltı etro istasyon yapıları etro için etro yolunu, ine ve bine platforlarını, erdivenleri, yürüyen erdivenleri, bilet giģelerini, servis ve 4

24 ekanik odalarını içerir. Eğer çizgisel yapı tünel etoduyla yapılıģ iki dairesel tünelden eydana geliģse istasyon tek erkez platfor Ģeklinde tasarlanabilir. Eğer çizgisel yapı çift aç kapa kutu yapı Ģeklinde ise istasyon içerisinde yolcu indire bindire peronları siste standartlarına uygun olarak ayrı yapılır. AlıĢa geliģ olan aç kapa yeraltı etro istasyonları genelde iki veya üç katlı olarak inģa edilektedir (ġekil.4). Ġstasyonların inģa edildiği dikdörtgensel kazı bölgesinin yaklaģık boyutları 15 ile 0 arası geniģlik, 150 ile180 arası uzunluk ve derinlik olarak da 15 ile 0 arasındadır. TaalanıĢ olan etro istasyonları çok daha kopleks bir yapı olacaktır. Ġstasyonları iç biçii yürüyen erdivenler, erdivenler, havalandıra gereksineleri ekanik ve elektrik odaları ve diğer bakı ve güvenlik, servis faaliyetleri açısından tekrardan dikkate alınaktadır. ġekil.5 de bir etro istasyonun iç görüntüsü veriliģtir. Ayrıca istasyonların iari bakıdan iģleniģi ve ele alınıģı da yapının dizaynını etkileyen öneli faktörlerdendir. Ġstasyonun dıģ görünüģü istasyona giriģ yapılarının olasından dolayı bazı yerlerde düzensizlik gösterebilir. Her ne kadar geleneksel olarak iki kat istasyon yapıları yaygın olsa da özellikle yoğun yerleģiin olduğu kentsel bölgelerde daha kopleks ve alıģılıģın dıģında istasyonlarda yapılaktadır. Öneli siste hatlarının kesiģi noktalarında alıģılıģın dıģında ve daha karaģık olan yer altı istasyonlarının inģa edilesi gerekli olaktadır H 1 H H 3 Destek duvarları H 4 H Teel Betonare kutu ġekil.3 Aç-kapa yeraltı yapılarının yapı aģaaları 5

25 175 c 555 c 60 c 475 c 135 c 75 c c 875 c 845 c 0 c 0 c 75 c c c c 15 c 1 Notasyonlar: 1. Boyuna doğrultuda teel kiriģi (180 c x 10 c). Boyuna doğrultuda döģee kiriģi (75 c x 150 c) 3. Boyuna doğrultuda tavan döģee kiriģi (140 c x150 c) ara ile betonare kolon 5. Ray oluğu 6. DıĢ yalıtı ve koruyucu tabaka 7. Su geçirez tabaka ve grobeton ġekil.4 Los Angeles County, MTA 7. istasyona ait bir kesit 6

26 ġekil.5 Metro istasyonu ve tünel giriģ yapısı.3 Yeraltı Anayol Yapıları Aç kapa etodu ile yapılan yeraltı yol yapıları yaygın olarak yapılazlar. Bunun sebeplerinden biri bu araç tünellerinin yüksek aliyetli olasıdır. Ayrıca ilk kuru ve daha sonraki iģlete havalandıra aliyetleri de oldukça yüksektir. Bundan dolayı yükseltiliģ yollar daha yapılabilir olarak düģünülektedir. Bununla birlikte aç kapa araç tünellerinin uygulanabilir ve cazip olduğu durularda vardır. Aç kapa araç tünelleri çoğunlukla su altındaki araç tünellerine yaklaģı yerlerinde tercih edilektedir. Bu uygulaalar yeraltı su seviyesinin altında olaktadır. Bu tür yapılar genellikle büyük ve ağır betonare yapılardır. Aç kapa araç tünellerinin yapıının da uygun olacağı zorlayıcı sebepler olabilir. Güzergahın doğal halinin kalası gerektiğinde, yüzey alanlarının verili kullanıı istendiğinde dezavantajlarına rağen aç kapa araç tünel Ģekli uygulanabilir. Örneğin aç kapa araç tünelleri kentlerde bulunan öneli havaalanı yollarının altında inģa edilektedir..4 Atık ve Teiz Su Ġleti Yapıları Burada ele alınan aç kapa atık ve teiz su tünelleri geniģ betonare kutu yapılardır. Bu yapılar atık ve teiz suyun taģınasında ve depolanasında kullanılır. Aç kapa olarak yapılan bu kutu yapılar, betonare borulardan ve prekast beton silindir yapılarından daha geniģtir. GeniĢ olan bu ileti ve depolaa tünelleri San Francisco da yapılıģtır. Bu yeraltı yapılarının geniģliği yaklaģık 6, yüksekliği ise 10 civarındadır (ġekil.7). 7

27 390 c 60 c 60 c 45 c 60 c 165 c 175 c c 60 c 450 c Drenaj çukuru 10 c 90 c ġekil.6 Standart çift kutu kesit, WMTA c 180 c 90 c 60 c 600 c 90 c Geotekstil ve grobeton ġekil.7 San Francisco da yapılıģ yeraltı atıksu ileti yapısı enkesiti 8

28 3. YERALTI YAPILARININ GENEL TASARIM ĠLKELERĠ 3.1 Yeraltı Yapılarına Etkiyen Yükler Bir yeraltı yapısı tü yükleri ve etkileri yeterli güvenlikte taģıyabilecek yapısal kapasiteye sahip olacak Ģekilde dizayn edilelidir. Yapının kullanı örü boyunca oluģabilecek değiģiklikler sonucu ortaya çıkacak durular ve bunların neticesinde değiģecek yüklerde dikkate alınalıdır. BaĢlıca teel yükler yeraltı yapısına örü boyunca etkiyecek olan yanal toprak ve su basıncı olup, zati yükler yani yapının kendi ağırlığı, yapının üzerinde bulunan toprak yükü, sürģarj yükü ve hareketli yüktür. Tasarı aģaasında evcut ve ola ihtiali olan yükler Aerican Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) da olduğu gibi benzer Ģekilde sınıflandırılabilir. Dikkate alınan bu yükler; Zati Yükler (Dead load) (DL) Hareketli Yükler (Live load) (LL) Çarpa Yükü (Ipact) (I) Merkezkaç Kuvveti (Centrifugal force) (CF) Deeraj Kuvveti (Rolling force) (RF) Fren Kuvveti (Longitudinal braking and tractive force) (LF) Yeraltı Suyunun Kaldıra Etkisi (Buoyancy) (B) TaĢkınlar (Flood) (FL) Büzüle Etkileri (Shrinkage force) (S) Isı Etkileri (Theral force) (T) Yatay Toprak Basıncı (Horizontal earth pressure) (E) Depre Kuvvetleri (Earthquake force) (EQ) 9

29 Öneli sisik aktiviteye sahip yerlerde yapılacak olan göülü yapılarda depre kuvveti de göz önüne alınalıdır. Yapılacak olan depre kuvveti hesabın için bölgenin depreselliği çok iyi araģtırılalı ve gelebilecek olan depre kuvvetleri yapının tasarıında dikkate alınalıdır. Dünyaızda son yıllarda oluģ büyük deprelerde ne yazık ki yeraltı yapılarında eydana gelen hasarlar depre etkilerinin yeteri kadar dikkate alınadığını gösterektedir Zati Yükler Yeraltı yapılardaki zati yükte dikkate alınan yükler yapının kendi ağırlığı ve yüzey kaplaalarında kullanılan alzeelerin ağırlıklarından oluģaktadır. Yeraltı yapısı üzerindeki toprağın biri ağırlığı 1.9 t/ 3 den az alınalıdır. Eğer yapı üzerindeki toprağın neli ola duruu varsa bu değer.09 t/ 3 den aģağı alınaaz. Bazı projeciler ileride değiģebilecek Ģartları da düģünerek daha güvenli tarafta kalak için iniu biri toprak ağırlığının yeraltı su seviyesinin altında veya üstünde olasına bakılaksızın.09 t/ 3 alınasından yanadırlar. Ankara Metrosu 3. aģaasında yapılan yeraltı yapılarında biri toprak ağırlığı 1.96 t/ 3 olarak alınıģtır. Yüzeye yakın yeraltı yapılarında sadece üzerinde bulunan toprak yükünü dikkate alak yeterli olayabilir. ĠnĢa aģaasında yapıya etki edebilecek yüklü kayonların ağır iģ akinelerinin çalıģası sırasında oluģabilecek ek kuvvetlerin dikkate alınası gerekir. Bu sebeplerden dolayı göülü yapıların üzerindeki toprak yükünün yaklaģık olarak iniu.5 alınası uygundur. Bu yaklaģı proje ühendisi ile üģavir fira ve iģin sahibi arasında yapılacak olan görüģelerle daha net olarak ortaya konabilir. Ankara Metrosu nun üçüncü aģaasında yapılan aç kapa istasyon yapılarında iniu toprak yüksekliği.0 olarak alınıģtır. Ayrıca yeraltı yapısının kullanı süresi boyunca karģı karģıya kalabileceği safhaları dikkate alak gerekir. Yeraltı yapısının üzerindeki toprak iktarının ileride azalabileceği veya tüden kaldırılabileceği dikkate alınıp dizayn aģaasında bu duruun yapılan yükleelere yansıtılası faydalı olacaktır. Böylece en olusuz Ģartlar dikkate alınıģ ve yapının güvenliği de sağlanıģ olur Hareketli Yük, Çarpa ve Diğer Dinaik Yükler Yeraltı yapılarındaki hareketli yük, insan trafiğinden oluģan yükler ile sistede çalıģan yolcu ve bakı araçlarının yük toplaından eydan gelektedir. Standart araç yükü kullanılan San Francisco, Los Angeles, Toronto, Washington ve Ankara Metrolarındaki araç yükleri ġekil 3.5 de gösteriliģtir. Ayrıca Ankara yeraltı etro 10

30 istasyon yapılarında kullanılan hareketli yükler de Tablo 3. de veriliģtir. Buna ek olarak yapılarda darbe, deeraj erkezkaç kuvveti ve fren kuvvetleri de dikkate alınalıdır. L L 1 L L L 1 ġekil 3.1 Metro aracı Tablo 3.1 ÇeĢitli Ģehirlerde kullanılıģ olan etro araç yükleri San Francisco Washington Toronto Los Angelas Ankara L L L Topla ağırlığı 50 t 60 t 70 t 64.5 t 56.5 t Aks ağırlığı 1.5 t 15 t 17.5 t t 14.1 t Darbe yükü hesaplarında statik araç yükleri, darbe faktörü (I) ile çarpılacaktır. Ayrıca dinaik etkiler ve ray kusurları da dikkate alınalıdır. Sürekli kaynaklı ray için, I = 1.10 Ray ek yerlerinde, I = 1.3 Ön boyutlandıra hesaplarında darbe yükü statik araç yükü %30 arttırılarak dikkate alınır. AASHTO ve AREA Ģartnaelerinde çarpa yükü daha ayrıntılı bir Ģekilde hesaplanaktadır. 11

31 Tablo 3. Çok katlı yeraltı etro istasyonları için hareketli yük değerleri Yük Alanı Hareketli Yük Değeri (kn/ ) Peronlar, eydanlar, geçitler 7 Rapa ve erdivenler dahil olak üzere kauya açık alanlar Tesisat ve elektrik teçhizat odaları Trafo ve aküler olduğunda Trafo ve aküler olduğunda 7 1 Bürolar ve tuvaletler 5 Servis yaya yolları ve acil duru tahliye peronları Yürüyen erdivenler 7 Ġstasyon civarında zein üstü sürģarj Not Her iki duru içinde ekipanın gerçek ağırlığından az olaak üzere Ġalatçının verdiği değerden az olaak üzere Ayrıca AASHTO ve Ankara Metrosu Ģartnaelerinde trafik yükünü taģıyan yeraltı yapıları için üzerindeki toprak örtüsüne göre aģağıda belirten Ģekilde uygulanıģtır arası toprak yükü I = %30LL (.1a) arası toprak örtüsü I = %0LL (.1b) arası toprak örtüsü I = %10LL (.1c) 1.0 den fazla toprak örtüsü I = %0LL (.1d) Merkezkaç kuvveti statik etro araç yükünün bir fonksiyonu olarak hesaplanır. Hesaplanan erkezkaç kuvveti dizayn hızına ve kurb çapına bağlıdır. Kurblarda erkezkaç etkilerinden dolayı yatay kuvvet, (CF), aracın ağırlık erkezinden enine olacak Ģekilde uygulanır. Merkezkaç kuvveti: CF V v V tan A (kiriģlerde) (.a) R g CF V v R g (kolonlarda) (.b) 1

32 V : Maksiu araç ağırlığı v : Vogon hızı (/sn) R : Hattın eğrilik yarıçapı () tan A : Dever açısının tanjantı g : Yerçekii ivesi (9.81 /sn ) BoĢ bir araç için (V e ) ağırlık erkezinin konuu rayın tepe noktasından yaklaģık 1016 yukarıdadır. Çok yüklü bir vagon için (V ) ağırlık erkezi rayın tepe noktasından yaklaģık 15 yukarıdadır. Enine boyuna olarak ağırlık erkezi V e ve V yük durularının her biri için vagonun erkezinde konulandırılıģtır. Deeraj kuvveti (RF) raylardan birine düģey doğrultuda yukarı doğru, diğerine ise düģey doğrultuda aģağı doğru bir kuvvet olarak uygulanalıdır. RF. 1 V 0 (V = V n = noinal araç ağırlığı) (.3) RF, raylara tekerlekler tarafından uygulandığı için tekerlek baģına yuvarlana kuvveti için, RF, aracın bir tarafındaki tekerlek sayısına bölünür. Hareketli yükler etro araç yükünü içerdiği gibi yaya yükünü de kapsar. Bununla birlikte yeraltı yapısı tek katlı ise yaya hareketli yükü, etro araç yükü, darbe yükü ve diğer dinaik yükler (CF, RF, LF) doğrudan doğruya teele ve oradan zeine aktarılacağı için göülü yapının yapısal eleanlardaki etkisi diğer etkilerin yanında oldukça küçüktür. Bu yüklerin sistee etkisi yeraltı yapısının iki veya daha çok katlı olası durularında proje ühendisi tarafından dikkate alınalıdır Yatay Toprak Basıncı Yatay toprak basıncı (E) toprağın ve varsa yeraltı suyunun etkisi sonucu oluģan yatay kuvvet olarak dikkate alınır. Yatay toprak basıncı ayrıca sürģarj yüklerinin eydana getirdiği yatay kuvveti de içerir. SürĢarj yükleri olarak çevredeki yapı teel yükleri, trafik yükü ve diğer yüzey hareketli yüklerinin toplaı dikkate alınalıdır. Bütün bu yük bileģenlerinin oluģturduğu yatay toprak kuvveti hesaplanırken bugünkü koģullar ve daha sonraki yıllarda oluģabilecek koģullar göz önüne alınalıdır. Özellikle değiģen yeraltı su seviyesi oldukça önelidir. Dikkate alınayan yeraltı suları yapıya zarar veresi dıģında yatay kuvvet hesabında öneli bir yer tutar. Aynı Ģekilde olduğundan düģük seviyede alınan yeraltı su seviyesi ileride olusuz koģulların eydan gelesine sebep olabilir. 13

33 Yatay toprak basıncı toprağın fiziksel özelliklerine bağlıdır. Dizayn aģaasında geoteknik uzanlar tarafından hazırlanıģ yeraltı duruunu gösteren kapsalı bir rapora ihtiyaç vardır. Bu raporda uzun ve kısa döne yanal toprak basıncı değiģilerinin olası gerekir. Bu bilgiler ve tavsiye edilen diyagralar genelde belirli düzeydeki geoteknik raporlarda bulunur. Tablo 3.3 farklı zeinlerin yeraltındaki yapılara olan yatay toprak basıncını gösterektedir. Örneğin katı, aģırı konsolide oluģ çatlak killer yeraltındaki yapıların yan yüzeylerine yüksek yanal basınç uygulayabilir. Ayrıca yeraltı yapılarının içerisinde bulundukları ortalarda birden çok zein çeģidinin olası da ükündür. Doğal olarak bu karıģık zein orta değerlerinin tablolara yansıtılası ükün olayacaktır. Birde bu yeraltı yapılarının bazıları yeraltı su seviyesin altında olabilir. Yeraltı su seviyesinin altında, yapıya dayanıģ olan toprağın yaptığı yatay basınç zeindeki düģey etkili gerilenin bir fonksiyonu olarak alınabilir. Sonuç olarak yatay toprak basıncının zein bileģeni, tutulan toprak ve sudan oluģan topla yatay basınçla karģılaģtırıldığı zaan daha küçük kalacaktır. Sonuç olarak odern uygulaalardaki analiz ve dizaynlarda kriter olarak kullanılan yanal toprak basınç diyagraları, önerilen aksiu yatay basınç çoğu kez ta düģey gerileye eģit veya yaklaģıktır (örneğin düģey etkili gerile artı su basıncı). Tablo 3.3 DeğiĢik zein tiplerinin yatay basınç etkisi (genelleģtiriliģ) Zein tipi N sayısı Karakteristik özelliği Yatay basınç Sıkı ku > 30 DüĢük GevĢek ku < 30 Orta Sert kil veya silt > 16 Tırnak ile çentilebilir Orta Orta sert kil < 16 Parak ile çentilebilir Yükseğe yakın YuuĢak kil < 4 Yüksek Yatay toprak basınçlarındaki uzun ve kısa döne değiģiler dikkate alınalıdır. Yeraltı yapısının kullanı süresi boyunca bu yükleelerde büyük ve öneli değiģiklikler olacaktır. Yeraltı yapısının taalanasından sonraki aģaada kısa döne toprak basıncı uzun döne dizayn basıncından oldukça küçük olabilir. Gelecekte paralel kazılar veya bitiģik tüneller yapıldığı takdirde dengeleneiģ yatay basınçlar ortaya çıkabilir. Bunun sonucunda bir yüzeye fazla basınç etkirken diğer yüzeye daha az basınç etkiyecektir. Bu sebeplerden dolayı aç kapa tünelleri he kısa döne he de uzun döne yükleelere göre dizayn edilelidir. Aslında bu konuda birçok farklı düģünce evcuttur. Yapının yatay deplasanlara karģı tutulası, dengeleneiģ yatay basınçların sebep olduğu gerileler için sistei yatay deplasanlara karģı engelleek veya deplasanı engelleyen kuvvetlerle orantılı bir karģı kuvveti koyak Ģeklinde olur. Bu yaklaģılar yerel gereksinelere 14

34 de bağlı olabilir. Yeraltı yapıları için yaygın bir tavsiye eğer tek katlı veya daha çok katlı olası durularında yanal sallana sadece en üst kat için dikkate alınır. Bu varsayılar dikkate alınarak ilerde çevredeki yapılardan eydana gelebilecek olusuzluklara karģı yeterli güvenlik katsayısı sağlanalıdır. Bu gibi yerlerde dengeleneiģ yanal yüklere karģı ankrajlı duvarlar kalıcı sistee dahil edilelidir. Yeraltı yapılarındaki yatay topak basıncının uzun ve kısa döne için düģünülen büyüklüğü o bölgeyi iyi bilen uzanlar tarafından değiģtirilebilir. Bu değerler kısen tünelin tipine, yerleģiine, diğer yerel faktörlere ve de toprağın fiziksel özelliklerine bağlıdır. Bununla birlikte yatay toprak basıncının zein bileģeni, asla uygun durgun toprak basıncı (K 0 ) katsayısı ile çarpılarak elde edilen düģey efektif gerileden daha az alınaalıdır. Birbirine benzer Ģekilde dengeleneiģ yatay toprak basıncını açıklaak için kullanılan kriterler bazen projeden projeye azda olsa değiģebilektedir. Toronto Metrosu nun dizaynı sırasında yeraltı su seviyesi yeraltı yapılarının altında kalaktaydı. Gelecekte yapılacak bitiģik yapılardan dolayı oluģacak kısa döne azaltılıģ yükleesi 0.5 katsayısı ile azaltılan yatay toprak basıncının dizayn değeri ile çarpılarak belirlendi. WMATA etro dizaynı için dengeleneiģ yatay toprak basıncı uygulaası, yeraltı yapısının bir yüzeyine uzun döne yatay toprak basıncı uygularken diğer tarafa ise kısa döne yatay toprak basıncını uygulanası Ģeklinde oluģtur. WMATA tarafından, aç kapa yeraltı yapıları için kullanılan yüklee kriterleri ġekil 3. de gösteriliģtir. Burada aksiu ve iniu toprak ve su basınçları hesaplanıģtır. He uzun döne he de kısa döne yükleeler gösteriliģtir. Bu genelleģtiriliģ diyagralar kohezyonlu ve kohezyonsuz zeinlerin bulunduğu Washington D.C bölgesi içinde uygulanıģtır. Maksiu yatay zein basıncının toprak bileģeni efektif düģey toprak basıncına eģit alınıģtır. Bunun sebebi etronun sürekli titreģi yapası ve yapının dıģa doğru deforasyonudur. Araç aç-kapa tünellerinin dizayn yapı ve perforans deneyileri bu yapıların hızlı transit sisteleri ile kıyaslanaayacağını gösteriģtir. Bununla birlikte ühendislik uygulaasında araç aç kapa tünellerindeki yatay toprak basınç yükleesi hızlı transit tünellerdeki ile tünellerindeki ile benzerlik gösterir. Atık su Ģebekesi için yapılan aç-kapa tünellerinde daha az bir yaklaģıklıkla uzun döne yatay toprak basıncı yapılan hesaplarda kullanılabilir. Örneğin San Francisco Teiz Su Prograı dahilinde betonare kutu yapılar inģa ediliģtir. Bu yapılar uzun döne yatay toprak basıncına göre dizayn ediliģtir. Uzun döne yatay toprak 15

35 SürĢarj Yükü DüĢey basınç = Toprak + sürģarj Doğal Yeraltı Su Seviyesi Durgun Toprak Basıncı DüĢey efektif gerile Betonare kutu Su Basıncı Miniu Basınç Maksiu Basınç Su Basıncı UZUN DÖNEM YÜKLEMESĠ SürĢarj Yükü Aktif Toprak Basıncı DüĢey basınç = Toprak+sürĢarj kenar sürtünesi Doğal Y.S.S Kısa Döne Y.S.S Durgun Toprak Basıncı Betonare kutu Su Basıncı Miniu Basınç Su Basıncı Maksiu Basınç KISA DÖNEM YÜKLEMESĠ ġekil 3. Uzun ve kısa döne yükleeleri, WMATA 16

36 basıcını, sükunetteki toprak basıncı, su basıncı ve trafik sürģarj yükünden oluģan yanal basıncın toplaı Ģeklinde hesap ediliģtir. Kohezyonsuz ve diğer sağla zeinler için sükunetteki basınç hesaplanırken K 0 katsayısı kullanılıģtır. Bu katsayı K 1 sin (3.6) 0 ifadesine eģittir. Buradaki zeinin içsel sürtüne açısıdır. DoyuĢ zayıf ve orta killer ayrıca siltli killer için K 0 katsayısı laboratuarda yapılan test ve analizler sonucunda belirleniģtir. Yanal basınca ek olarak trafik sürģarj yükünden gelen ve düģük sayılabilecek 73 kgf/ lik bir basınçta alınıģtır Yeraltı Suyunun Kaldıra Etkisi Eğer yeraltı su seviyesi yeraltı yapısının teelinden veya tünel tabanından daha üst kottaysa teelin altındaki yukarı yöndeki basınç hesaplanalıdır. Yukarı yöndeki basınçların toplaı o seviyedeki basınç yüküne eģittir. Dikdörtgen kutu için teel geniģliği ile çarpılan yukarı yöndeki basınç değeri yeraltı yapısı için suyun kaldıra kuvvetini verir. Güvenilir iniu yapı ağırlığı ile üzerindeki toprak ağırlığının toplaı yeterli bir güvenlik katsayısını da sağlayacak Ģekilde suyun kaldıra kuvvetini aģalıdır. Böylece yapının suyun kaldıra kuvvetine karģı sağla olduğunu düģünülebilir. Buradaki güvenlik katsayısı için birçok farklı fikir evcuttur. Aerika da yapılıģ olan San Francisco Körfezi Hızlı UlaĢı Sisteinde, yan sürtünelerin ihal edilesi Ģartıyla güvenlik katsayısı FS 1.1 olarak düģünülüģtür. Yeraltı yapısının duvarları ile toprak arasında oluģan yanal sürtüne etkisi suyun kaldıra kuvvetine karģı koyucu yöndedir. Yapılan hesaplarda daha güvenli tarafta kalak için bu katkı ihal edilektedir. Suyun kaldıra kuvveti, iniu yapı ağırlığı ile üzerindeki toprak yükünün toplaını aģtığı takdirde dizayn aģaasında bazı önlelerin alınası gerekektedir. Bu önlelerden bazıları Ģunlardır. Yeraltı yapısının ağırlığı duvarların, döģeelerin veya teelin kalınlıkları arttırılarak arttırılabilir. Yeraltı suyunun kaldıra kuvvetine karģı çeke kazıkları kullanılır. Kazıklı yapılan teelle kaldıra kuvveti kazıklar tarafında karģılanır. Bu uygulaada he çelik he de beton kazıklar tercih edilebilir. 17

37 Yapılacak olan ankrajlarla da suyun kaldıra kuvvetine karģı bir direnç sağlaak ükündür. Ankrajlar için yapılan sondajlar teel döküldükten uygun bir zaan sonra taalanalıdır. Ankraj baģları teelde bulunan oyuklara yerleģtirilir. DüĢey olarak aģağı doğru yapılan ankrajların yerleģtirilesi bittikten sonra bu oyuklar beton ile doldurulur. Bu tip ankrajlar yapının altında anakaya veya yeterli dayanıda zein olası durularında uygulanabilir Rötre, Süne ve Isı Etkileri Yeraltı yapılarının enine birleģi yerleri arasında rötre ve süne ayrıca farklı ve lineer ısı değiģileri gerile yığılalarına yol açabilir. Bu kuvvetlerden oluģan gerileler zati ve hareketli yüklerin sebep olduğu baģlıca gerilelere göre noral kuvvetler eydana getirir. Bu yüzden yapının çerçeve analizinde bu kuvvetler yer alayabilir Depre Kuvvetleri Aerika daki baģlıca Ģartnaelerde yeraltı yapılarının sisik dizaynına ait herhangi bir koģul ve Ģart yoktur. Bu genel bakıģ açısının sebebi sisik hareketlerin yeraltı yapılarını yerüstü yapılarına göre daha az etkilenesinden kaynaklanaktadır. Her ne kadar birkaç Ģiddetli hasar gözleniģ olsa da yeraltı yapılarının sisik olaylar sırasındaki perforansı sınırlı sayıda gözlele de olsa ispatlanıģtır. Öneli sisik aktiviteye sahip bölgeler olarak tanılanan alanlarda depre kuvvetinin boyutunun belirlenesi dizayn aģaası için oldukça önelidir. Bu saptaanın yapılası sırasında yapının önei, depre kuvvetleri altındaki davranıģı, yapının bulunduğu zeinin tipi, sıvılaģa potansiyeli ve aktif fay hatlarına olan esafesi dikkate alınalıdır. Depre kuvvetlerini belirleek ve riskleri değerlendirek için deneyili ve zein özelliklerini iyi bilen bir geoteknik uzan tarafından hazırlanıģ olan bilgilere ve raporlara ihtiyaç vardır. Bu bilgilere ek olarak geoteknik uzan, olabilecek olan deprelerin büyüklüğü ve dağılıı için dizayn değerleri geliģtirelidir. Depre kuvvetine ait çoğu değerlendire, yatay toprak basıncına ilave olarak yeraltı yapısının yan yüzeyine depre kuvveti olarak ilave yanal basınç kuvvetinin eklenesi Ģeklinde sonuçlanıģtır. Böylece he dayanıģ zeinin sebep olduğu yanal basınçtaki artıģ he de depre sırasında yapıdaki eğile etkisi dizayn aaçları için Ģart koģulur. Deprele ilgili yapılıģ değerlendirelerde ortak sonuç 18

38 olarak, depreli yükleelerin depresiz yükleelere göre daha az etkili olduğu ortaya çıkıģtır. Yeraltı yapılarındaki deprein etkisi sık sık ihal edilebilir olarak düģünülebilir. Bunun sebebi yapının içerisinde bulunduğu toprağın rijitliğinden ve yapıyı oluģturan eleanlarda izin verilen gerile değerlerinin deprein eklenesiyle arttırılasından kaynaklanaktadır Yanal Deplasan Ġçin Yapısal Analiz Esnek bir yeraltı yapısı çevresindeki zein ortaı kese deforasyonuna aynen uyacak ve yanal deforasyona uğrayacaktır. Zein yanal deforasyonu, yapı üzerine etki ettirilerek yanal deplasan yük halleri elde edilebilir. Yanal hareket halinde kese deforasyonu Ģu Ģekilde hesaplanır: V h ax (3.7) C S C S ( 0.54 ) ( 0. ).6 N H (3.8) 61 S γ : Yatay kese deforasyonu, C s : kese dalgası sisik hızı (/s), V hax : Yatay pik zein hızı (/s), N : Zein için standart penetrasyon darbe sayısıdır. Zein seviyesi Δ 1 h 1 h γ Δ ġekil 3.3 Yeraltı betonare kutu yapısı eğile deforasyonu Δ 1, Δ : Yanal harekette yatay deplasanlar olak üzere; h tan (3.9) 1 1 h tan (3.10) olarak hesaplanacaktır. 19

39 Depre Kuvvetleri Altında Yapının Uzun Yöndeki Tepkisi Yapının depre sonucu oluģan uzun yöndeki tepkisi, yapının uzunluğu doğrultusundaki aksına 45 o de yol ilerleyen kese dalgaları etkisiyle en dıģ kesilerde oluģacak bileģik uzunlaasına biri deforasyon olarak ölçülür ve aģağıdaki gibi hesaplanır. S V a d h ax h ax C S C S 1 / (3.11) buradaki a hax : yatay pik zein ivesi (/sn ) dir. Depre yükleri altında bileģik uzunlaasına biri deforasyonu (3.11) deki gibi hesaplanalı ve ε s (en dıģ kesilerde he basınç he çeke) sınır değerleri aģaalıdır Dinaik Zein Basıncı Her yeraltı yapısı evcut olan bünyesel rijitlikten dolayı dinaik zein basıncı bir dereceye kadar harekete geçirilecektir. Bu etki yanal deplasan ikanı olayan katı yapılarda daha belirginleģir. Dinaik zein basıncı (depreden dolayı zein basıncında eydana gelen arta) yapının yüksekliği boyunca eģit olarak dağıtılır ve aģağıdaki gibi hesaplanır. ΔP Zein seviyesi h ġekil 3.4 Yeraltı yapısına etkiyen ek depre kuvveti P A h (3.1) ODE S P B h (3.13) MCE S 0

40 γ s : Zeinin efektif biri ağırlığı h : Yapının tabanının zein seviyesinden ölçülen derinliği A ve B katsayıları yapılan değerlendireler sonucunda aksiu ve iģlete dizayn depreleri için yapılan projeye göre belirlenecektir BoĢluk Suyunun Hidrodinaik Etkileri Sisik bir olay boģluk suyu basıncınca değiģikliğe neden olacak, yapının bir yanındakini azaltırken diğer yanındakini artıracaktır. MDE ve ODE için bu yük halinin dinaik kuvvet bileģenleri biri uzunluk için (3.14) den hesaplanır. P w a h ax h ( kn / ) w w g (3.14) Topla kuvvet 0.6 h w de yapıya uygulanabilir. Burada h w, su seviyesinden yapı tabanına olan esafe, γ w ise suyun özgül ağırlığıdır. Basınç dağılıının denklei biri uzunluk için (3.15) deki gibidir (y derinliğin bir fonksiyonu olarak). P w a h ax 1 / h y ( kn / ) w w g (3.15) Zein seviyesi Zein seviyesi Y.S.S Y.S.S P w P w h w (A) P w(a) y ġekil 3.5 Depreden dolayı oluģan boģluk suyu dinaik basıncı Yüklee Kobinasyonları ve Biri Gerileler Depre kuvvetleri dıģında, bu bölüde tanılanan özel kobinasyonlar veya yüklee guruplarından oluģan ve izin verilen gerile değerleri aģan yüklee kobinasyonları yeraltı yapıların dizaynında uygulanayacaktır. Deprei dıģarıda 1

41 bıraktığıız zaan, eģ zaanlı olabilen yükleelerin herhangi bir kobinasyonu teel biri gerileyi aģan gerile değerleri ortaya çıkaraalıdır. Teel biri gerile, yapıyı oluģturan her yapısal alzee için izin verilen biri gerilelerle, uygulan Ģartnaelerde belirtildiği gibi dikkate alınalıdır. Eniyet gerileleri yönteinde depre kuvvetleri dikkate alındığı zaan, eniyet gerilelerinde artıģa izin verilir. Betonare dizayn için alıģılıģ uygulaalarda kullanılan servis yükleesi etodunda teel biri gerilelerin % 133 oranındaki artıģına izin verilebilir. Bu yüklee kobinasyonu DL + E + B + FL + EQ Ģeklinde olabilir. Yük faktör etodu yani taģıa gücü ile yapılan hesaplarda, gerilelerdeki karģılaģtırılabilir duru, uygulanan Ģartnaelerde azaltılıģ dizayn dayanı değerleri ile gösterilir. Yüklee duruları; Yeraltı yapıları bulundukları orta içerisinde toprağı tutarlar aa buna karģı serbest değillerdir. Yani yapının diğer tarafında da hareketi kısıtlayan zein evcuttur. Bununla birlikte bu tür yapılardaki dengeleneiģ ve sıra dıģı yükleeleri dikkate alak gerekir. Yapı analizi için gerekli özel yüklee duruları yapı tipine, yapının konuuna, zein tipine, yeraltı su seviyesine ve diğer yerel faktörlere bağlıdır. Makul görülen ve yapının dizaynını etkileyebilecek geçici ve kalıcı tü yüklee duruları araģtırılalıdır. Bu tür sistelerin dizayn kriterleri WMATA tarafından betonare kutu ve istasyon bölüleri için geliģtiriliģtir. Bunlar iniu dört teel yüklee duruu için Ģu Ģekilde belirtiliģtir. Duru I : Tü düģey yükler ve uzun döne yatay yükler Duru II : Tü düģey yükler ile yalnız bir tarafa olak üzere uzun döne yatay yükler ve diğer tarafa da kısa döne yatay yükler Ģeklinde dikkate alınır. Yeraltındaki yapılar eģit olayan yatay basınçlara aruz kalırlar. Yapısal analizde üst döģeenin he kontrollü he de kontrolsüz yükler sonucu aksiu kese, ite kuvveti ve oentlerin oluģtuğu yatay deplasanlar dikkate alınalıdır. Duru III : Tü düģey yükler ile birlikte ihal ediliģ yeraltı su basıncı hariç kısa döne yatay yükler. Duru IV : Sadece zati ve düģey yükler ile hidrostatik basıncının da dahil olduğu uzun döne yükler.

42 He WMATA he de MTA Ģartnaelerinde bir doğal zeinin elastik desteğindeki gerile analiz değiģileri farklı yüklee durularına uygun olarak dikkate alınası gerektiği belirtilir. Aç kapa araç tünelleri ile daha küçük boyutlara sahip atık su tünellerinin dizaynında kullanılan yüklee kobinasyonları benzer bir yaklaģıla aynı özelliklere sahiptir. San Francisco Teiz Su Sisteinin bir parçası olarak yapılan geniģ betonare kutu yapıların inģasında aģağıdaki yüklee duruları yapının dizaynı için belirleniģ ve kullanılıģtır. Duru I : DüĢey DL + LL Yatay (iki taraflı) E + trafik sürģarjı Duru II : DüĢey Yatay Duru III : DüĢey Yatay Duru IV : DüĢey Yatay DL + LL E DL E + trafik sürģarjı DL + LL yüklee yok Bu yüklee kobinasyonlarında hareketli yük (LL), AASHTO HS0-44 deki trafik yükü olarak, zati yükler (DL) yapının üzerindeki dolgunun ve yapının kendi ağırlığı ve yatay yükler ise daha önce belirtiliģ olan yükler Ģeklinde alınıģtır. 3

43 4. YERALTI YAPILARININ SĠSMĠK ANALĠZĠ Depreselliğin yoğun olduğu bölgelere yapılan yeraltı tesisleri he statik he de sisik yüklere karģı dizayn edilelidir. On yıl öncesine kadar yeraltı yapılarındaki depre hasarları yerüstü yapılarına oranla daha az oluģtur. Aslında böyle bir kanıya varılasının sebebi yeraltı yapılarının son 70 yıldır yapılıyor olası ve bu zaan diliinde de büyük deprelerin olaasıdır. Bununla birlikte son yıllardaki büyük deprelerde bazı yeraltı yapılarında öneli hasarların eydana geldiği gözleniģtir yılında Japonya daki Kobe, 1999 yılında Tayvan daki Chi-Chi, ve 1999 yılında Türkiye deki Kocaeli Deprei nde yeraltı tesislerinde öneli hasarlar eydana geliģtir. Bu olaylar sonrasında yeraltı yapılarının sisik analizleri üzerinde yapılan çalıģalara ağırlık veriliģtir. Bu bölüde yeraltı yapıları için geçerli sisik analiz ve dizayn duruu anlatılıģtır. Yeraltı yapıları yüzey yapılarına göre sisik davranıģ bakıından farklı özelliklere sahiptirler. BaĢta yer altında toprak veya kaya ile çevrili ve öneli uzunluğa sahip olanlar dikkatle incelenelidir. Yeraltı yapılarının dizaynı da yerüstü yapılarına göre farklı bakıģ açılarına sahiptir. Burada üzerinde durulacak olan konular nispeten kentsel alanlarda kullanılan geniģ yeraltı tesisleridir. Bunlar geniģ çaplı tünelleri, aç kapa yapılarını ve yeraltı giriģ yapılarını içerektedir. GeniĢ çaplı tüneller doğrusal yeraltı yapılarıdır. Bunların uzunluğu kesitlerinin boyutundan oldukça büyüktür. Bu yapılar genel olarak üç kategoride gruplandırılabilir. Maden tünelleri Aç kapa yapıları Göe tüp tünelleri Bu tüneller çoğunlukla etro yapılarında, yeraltı yollarında, teiz ve atık su yapılarında kullanılır. 4

44 Dele ve aden tünelleri tek tiptir. Çünkü bu tip yapılar öneli bir etki oladan toprağın veya kayanın altında yapılırlar. Tünel kazak için kullanılan tünel dele akineleri (TBM) genellikle daireseldir. Bundan baģka dikdörtgen ve at nalı Ģeklinde olanları da vardır. Dele ve kazı tünelleri, kazı derinliği fazla ve yapılaģanın çok olası durularında aç-kapa yeraltı yapılarına tercih edilir. Aç-kapa yapılarında ilk önce kazı yapılır, daha sonra yapı inģa edilir ve yapı bittikten sonrada üstü kapatılır. Bu etot dikdörtgen kesitli tüneller ile derinliği 15 den daha az olan yeraltı yapılarında kullanılır. Bu yapılara örnek olarak etro istasyon yapıları, yeraltı giriģ yapıları ve yol tünelleri gösterilebilir. 4.1 Sisik Olaylar Sırasında Yeraltı Yapılarının Perforansı Yeraltı yapılarının depreler sonrasında eydana gelen hasarları yapılan çalıģalar sonucunda belgeleniģtir. Aerikan ĠnĢaat Mühendisleri Derneği 1974 yılında yapıģ oldukları çalıģa ile 1971 yılında San Fernando Deprei nde Los Angelas da olanları ayrıntılı olarak inceleiģ ve çıkan sonuçları yayınlaıģtır. Daha birçok araģtıracı oluģ olan deprelerde eydana gelen olayları gözleleri ve yaptıkları çalıģalarla ortaya koyaya çalıģıģlardır. Yeraltı yapılarına iliģkin olarak aģağıdaki gözleler sonuç olarak ortaya çıkıģtır. 1. Yeraltı yapıları yer üstü yapılarına oranla daha az hasara uğraıģlardır.. Yeraltı yapılarındaki derinlik azaldıkça depre sırasında eydana gelen hasarlar artaktadır. Derin yeraltı yapılarının daha yüzeysel olan yeraltı yapılarına oranla daha fazla güvenli oldukları belirleniģtir. 3. YuuĢak zein üzerine inģa edilen yeraltı yapılarında, yeterince sert olan zeine inģa edilen yeraltı yapılarından daha çok depre hasarı görülüģtür. 4. Düz bir hatta ilerleyen ve enjeksiyon yapılıģ yeraltı yapıları sert zein içerisinde olup düz bir hatta sahip olayanlara göre daha güvenlidir. Depre etkisiyle oluģan hasarlar yeraltı yapısının etrafındaki zeinin iyileģtirilesi ve yapı ile zein arasındaki teasın enjeksiyon ile arttırılası sayesinde azaltılabilektedir. 5. Yeraltı yapıları sietrik yükleeler altında daha kararlıdır. Yükleelerin sietrik olası hat ile zein arasındaki etkileģii olulu etkiler. Yeraltı yapısı etrafındaki zayıf zeini iyileģtireden yapının kalınlığının veya rijitliğinin arttırılası sisik kuvvetlerdeki artıģa sebep olur. Yapılan 5

45 dolguların iyi olası ve sert zein iyileģtire önleleri yüzeysel yeraltı yapılarının güvenliğini ve de sağlalığını arttıracaktır. 6. Hasarlar deprein en büyük zein ivesine, hızına, büyüklüğüne ve deprein erkezine olan uzaklığına bağlıdır. 7. Depre sırasındaki kuvvetli sallantının süresi en fazla önee sahip olan etkendir. Çünkü sürenin uzun olası yorula hasarlarına ve büyük deforasyonlara sebep olaktadır. 8. Yüksek frekanstaki hareketler zayıflık düzlei boyunca yerel kaya veya beton dökülelerini açıklayabilir. Uzaklık ile aniden azalan bu frekansların kırılan faydan az uzaklıkta olduğu düģünülüyor. 9. OluĢan depre dalga boyları tünel çapının 1 ile 4 katı arasında eydan gelirse bu yer hareketini kuvvetlendirektedir. 10. Yeraltı giriģ yapılarının bulunduğu bölülerde Ģev dayanıksızlığından ötürü oluģabilecek hasarlar öneli olabilir. Bir sonraki bölüde anlatılanlar yeraltı yapılarının sisik perforansı hakkında son zaanlarda eydan geliģ olayların bir özeti Ģeklinde sunuluģtur Yeraltı Yapıları, ABD Körfez Hızlı UlaĢı Sistei, San Francisco Kısaca BART sistei olarak adlandırılan Bay Area Rapid Transit Sistei, sisik yükleelerinde dikkate alınarak inģa edildiği ilk yeraltı tesisidir (Kuesel, 1969). San Francisco tarafındaki siste, yeraltı istasyonlarını, dolguda ve yuuģak zein tabakası üzerinde bulunan tünelleri ve sistei Oakland a bağlayan daldıra tüp tünelleri kapsaaktadır Loa Prieta Deprei sırasında bu bölgedeki yeraltı yapıları hiçbir hasara uğraaıģtır ve depre sonrası 4 saat çalıģtırılıģtır. Bunun baģlıca sebebi yeraltı yapılarının sert sisik dizayn faktörleri göz önüne alınarak dizayn edilesidir. Özel sisik birleģi bölgeleri (Bickel ve Tanner, 198) farklı hareketleri dikkate alak için havalandıra binalarında dizayn ediliģtir. Siste aynı zaanda izin verilen farklı hareketleri aģadan ve bağlantılarda su geçiģine izin vereden he toprak he de su yüklerine karģı koyabilecek Ģekilde dizayn ediliģtir. Bu esnek noktalarda 6

46 herhangi bir hasar gözleneiģtir. Fakat bu noktaların depre sırasında ne kadar hareket ettikleri ta olarak bilineektedir Alaeda Yeraltı Tüpleri, Oakland Alaeda Alaeda Tünelleri Alaeda Adası ile Oakland ı birbirine bağlayan bir çift göe tüp tünellerdir. Bu tüp tüneller 197 ve 1963 yıllarında yapılıģ olup sisik faktörlerin dikkate alınadığı ilk göe tüp tünellerdir. Loa Prieta Deprei sırasında havalandıra binalarında yapısal hasarlar oluģtuğu gözleniģtir. Ayrıca tünellerde sınırlı su sızıntısı olduğu da belirleniģtir. Depre sırasında pik yatay yer ivesinin 0.1 ile 0.5 g arasında olduğu ölçülüģtür Los Angeles. Metrosu, Los Angeles Los Angeles Metrosu inģası birkaç safhada yapılıģtır Northridge Deprei sırasında etronun inģası deva etekteydi. Depre sonrası dele tünellerinin sağla kaldığı görülüģtür. Köprülerde, binalarda su boru hatlarında depre hasarları eydan gelirken etroda herhangi bir depre hasarı belirleneiģtir. Pik yatay depre ivesi 0.1 ile 0.5 g arasında ölçülüģtür. DüĢey zein ivesi ise yatay ivenin üçte ikisi olarak ölçülüģtür Yeraltı Yapıları, Kobe, Japonya 1995 Kobe Deprei Kobe deki Daikai Metro Ġstasyonu nda öneli hasarlara sebep oluģtur. Ġstasyon 196 yılında inģa ediliģ olup dizayn aģaasında sisik etkiler dikkate alınayarak yapılıģtır. Bu olay odern bir yeraltı yapısının bir depre sonrası hasar göresi bakıından ilk oluģtur. Depre, istasyonun orta kolonlarının çökesine sebep oluģtur. Bu çöken kolonları üst döģee ile birlikte üzerinde bulunan.5 yüksekliğindeki toprak tabakası izleiģtir. Depre sırasında istasyon sonundaki enine duvarlar ile istasyonun geniģliğinin değiģtiği yerdeki perde duvarları yapının tüden çökesine karģı koyuģlardır. Bu duvarlar öneli bir Ģekilde hasara uğraıģtır. Bu bölgedeki iç kolonlar yatay sallantıdan pek fazla etkileneiģlerdir. Enine duvarların oladığı yerdeki iç kolonlar çöküģ ve üst döģeede bu yüzden 15-0 c geniģliğinde boyuna yönde çatlaklar oluģuģtur. Buralarda ayrıca öneli yapısal noktalarda ayrılalar gözleniģtir. Bu bölgelerden su sızıntıları da eydana geliģtir. 7

47 (a) Boyuna kesit (b) Kesit 1-1 (e) Kesit 4-4 (c) Kesit - (f) Kesit 5-5 (d) Kesit 3-3 ġekil Hyogoken-Nabu Deprei nden sonra Daikai Metro Ġstasyonu 8

48 Merkez kolonlardaki kese donatısı ana donatıya oranla oldukça az olarak inģa ediliģtir. Ayrıca erkez kolonlardaki zikzak ve çeber olarak yapılan kese donatıları (etriyeler) ana donatıyı ta olarak saraaktadır. ġekil 4. Daikai Metrosu nun çöken orta kolonları Iida ya göre (1996) alttaki zeinin hareketinden ötürü oluģan taban ile tavan seviyeleri arasındaki farklı deplasanlar yıkıcı yatay kuvvetleri oluģturuģtur. Bu tür hareketler küçük yapılarda ufak etkiler oluģturabilir. Aa etro istasyonları gibi büyük yapılarda öneli olaktadır. Alttaki zeinin lineer olayan davranıģı da öneli olabilir. Ġstasyonun üzerinde bulunan toprak tabakasının kalınlığı bölüden bölüe farklılık gösteriyordu. DeğiĢen toprak örtü kalınlığı da eydana gelen hasarlarda etkili oluģtur. Ayrıca yüksek seviyedeki düģey ivede hasarın bu denli büyük olasında öneli paya sahiptir. EQE (1995) Daikai Ġstasyonu nda oluģan hasarlar için ayrıca gözleler yapıģtır. Tavan döģeesindeki çöke iktarı fazla olasına rağen, yeraltı istasyonu sebepten dolayı toptan tavan çökesiyle karģı karģıya kalaıģtır. (1) döģeenin diyafra hareketi istasyonun son duvarları tarafından destekleniģtir. () istasyon çevresindeki zeinin pasif toprak basıncı geç de olsa devreye giriģtir. Bununla birlikte istasyonun uzunluğundan dolayı diyafra hareketi beklenenden az oluģtur. Aç kapa etodu ile yapılan bu yeraltı yapısında kazıyı tutan palplanģ perdesi ile istasyonun yan duvarları arasında az bir esafe vardı. Bu yapı etodundan dolayı arada kalan bölüde dolgunun sıkıģtırılası zor oluģtur. Bunun sonucunda da pasif toprak basıncının harekete geçesi engelleniģtir. Gerçekte yapı pasif toprak basıncından ek bir destek aladan ayakta kalaya çalıģıģtır. Bununla birlikte iyi bir sıkıģtıra yapılıģ olsaydı bile kolonlarda eydana gelen göçeler olazdı deek ükün değildir. Kolonlarda eydana gelen kese göçesi Rokko Dağı nda bulunan Shinkansen Tünel inde de benzer bir hasara sebep oluģtur (NCEER, 1995). 9

49 Birkaç ana unsur istasyon yapısında hasarın az olasında ve yapının kople çökesini engelleede etkili oluģtur. Ġstasyonun sonundaki enine duvarlar ve istasyonun geniģliğinin değiģtiği bölgeler yatay doğrultudaki dinaik kuvvetlere karģı direneyi arttırıcı etkenler oluģtur. Nispeten aģırı kese donatılı erkez kolonlar az hasara uğraıģ ve yapının bütünlüğünü koruasına yardı etiģtirler. Gerçekte bu yapı yeraltı yapısı yerine yerin üstünde olan bir yapı olsaydı eydana geliģ olan hasarların iktarı daha az olabilirdi Yeraltı Yapıları, Tayvan 1 Eylül 1999 tarihinde Tayvan ın erkezinde olan Chi Chi Deprei (M L = 7.3) karayolu tünellerinin bulunduğu bir bölgeyi etkileiģtir. Bu yeraltı yapıları geniģ at nalı Ģeklinde ve kayada olan tünellerdir. Kontrol edilen bütün tünellerin sağla olduğu ve gözle görülebilen herhangi bir hasarın oladığı anlaģılıģtır. En öneli hasarlar tünel giriģlerinde görülüģtür. Buradaki zeinin akası sorunlar yaratıģtır. Ufak çapta çatlaklar ve kavlaklana gözleniģtir. Chelungpu ya giden bir tünel 4 lik fay hareketinde ötürü kapanıģtır. Kırılan faydan 100 k uzakta bulunan Taipei Metrosu nda herhangi bir hasar eydana geleiģtir. ġekil 4.3 Tayvan daki deprede tünel giriģlerinde eydana gelen toprak kayası Bolu Tüneli, Türkiye Yapıı halen deva etekte olan ikiz tüneller 1.5 ilyar dolarlık bir projenin kollarından biridir. Bu proje Bolu ve Ġstanbul arasındaki dağlık bölgeyi geçek için düģünülüģtür. Her tünel Yeni Avustralya Tünel Metodu (NATM) kullanılarak inģa 30

50 ediliģtir. Tünel 15 uzunluğunda ve 16 geniģliğinde yay Ģeklindeki bölülerden eydana gelektedir. Kazı Kuzey Anadolu Fay hattına paralel olan küçük faylardan ötürü birçok defa durduruluģtur. 17 Ağustos 1999 yılında eydan gelen Kocaeli Deprei nin Bolu Tüneli üzerindeki etkileri az oluģtur. Buna karģı 1 Kası 1999 Bolu Deprei sonrasında her iki tünelin doğu giriģlerinin 300 sinde göçeler eydana geliģtir. Elalık tarafında olan göçükler artçı Ģokların etkisi ile ilerleyip henüz iç kaplaası yapılaıģ olan 400 lik kesie yayılıģtır. Bu göçüğün yeniden kazılası yerine terk edilesi ve güzergahın değiģtirilesi he zaan he de aliyet açısından avantajlı bulunuģtur. 4. Yeraltı Yapılarının Sisik Perforanslarının Değerlendirilesi Daikai Metro Ġstasyonu kentsel yaģaın bir parçası olan yeraltı yapılarının depre sonucu oluģan hasarın büyük olduğu ilk yeraltı istasyonudur. Aerika daki yeraltı yapılarının Loa Prieta ve Northridge Depreleri nden dolayı uğradıkları hasar sınırlı oluģtur. Fakat Ģu da bir gerçektir ki olan bu depreler beklenen aksiu deprelerden oldukça küçüktür. Daha büyük çapta deprelerin olası halinde hasarın seviyesinin de artacağı kesindir. Daikai Metro Ġstasyonu nun çöke olayı ve Aerika nın kentsel alanlarında beklenen kuvvetli yer hareketleri yeraltı yapılarının perforansına olan ilgiyi arttırıģtır. Bu yüzden yeraltı yapılarının dizaynında sisik yükleelerin dikkate alınası gerekliliği daha iyi anlaģılıģtır. Genel olarak, yeraltı yapılarındaki hasarlar üzerlerindeki yüklee arttıkça azalaktadır. Yani derinliğin artasıyla artan yük iktarı oluģan hasarı azaltaktadır. YuuĢak zeinlerde oluģan hasarlar, yeterli derecede sert olan zeinlerden daha çok olaktadır. Kobe ve Northridge Depreleri nde boru hatlarında eydana gelen hasarlar deiryolu ve otoyol tünellerinden ki hasarlardan daha çok oluģtur. Bu farklılığın en öneli sebebi ulaģı tünellerinin kalınlığının daha fazla olası olarak değerlendiriliģtir. Ayrıca deneyi ve gözleler aç kapa tünel yapılarının dairesel göe tünellere oranla daha fazla hasara uğradıklarını gösteriģtir. 4.3 Sisik Analiz ve Dizayna Mühendislik YaklaĢıı Yeraltı yapılarına deprein etkisi iki bölüde gruplandırılabilir. 1. Zein hareketi. Zein göçeleri örneğin sıvılaģa, fay hareketi ve Ģev göçesi. 31

51 Burada daha çok dünya kabuğuna doğru ilerleyen sisik dalgaların ürettiği zein deforasyonları üzerinde duruluģtur. Zein göçeleri hakkında da kısaca bilgi veriliģtir. Yeraltı yapılarında depre hasarını etkileyen 4 öneli faktör Ģunlardır: 1. Yeraltı yapısının Ģekli, boyutları ve derinliği. Yeraltı yapısının etrafındaki zeinin özellikleri 3. Yeraltı yapısının özellikleri 4. Deprein büyüklüğü Yeraltı yapılarındaki sisik dizayn birkaç yönden tektir. Çoğu yeraltı yapısı için etrafını çevreleyen zeinin eylesizlik oenti yapının eylesizlik oentinden büyüktür yılında Okaoto tarafından yapılan ölçülerde daldıra tüp tünellerin depre sırasındaki sisik tepkileri gösterektedir ki yapı etrafındaki zeinin tepkisi yapının tepkisini bastıraktadır. Yani yapının eylesizliği zeinin eylesizliğine etkin değildir. Yeraltı yapılarının sisik dizaynındaki odak nokta, zeinin serbest alan deforasyonu ve yapı ile olan etkileģii olaktadır. Bu konuda yapının eylesizlik etkilerinin daha bir öneli olduğu yüzey yapıları ile yeraltı yapıları taaen ayrılaktadır. Bu duru değiģik dizayn etotlarının geliģesine sebep oluģtur. Örneğin yerin sisik deforasyonunu dikkate alan sisik deforasyon etodu ortaya konuģtur. Konuyla ilgili olarak Kawashia (1999), yuuģak zeinlerde yeraltı yapılarının dizaynı ve sisik davranıģı ile sisik deforasyon etodundaki geliģeyi açıklayan bir çalıģa yapıģtır. Bazı durularda yeraltı yapısının davranıģı, etrafını çevreleyen zein tarafından oluģturulan deforasyonlara bağlı olan elastik kiriģ davranıģı gibi olaktadır. Owen ve Scholl (1981) sisik hareketlere yeraltı yapılarının tepkisini üç tip deforasyonla açıklarlar. (1) eksenel basınç ve çeke (ġekil 4.1a,b) () boyuna yönde eğile (ġekil 4.1c,d) (3) ovalleģe ve eğile (ġekil 4.1e,f). Tünellerdeki eksenel deforasyonlar tünel aksına paralel hareketler üreten ve sıra ile basınç ve çekeye sebep olan sisik dalgaların bileģenleri tarafından eydana getirilektedir. Eğile deforasyonlarına ise sisik hareketlerin bileģenlerinin ürettiği ve tünel aksına dik yönde olan hareketler sebep olaktadır. Eksenel ve eğile deforasyonları için dizayn kriterleri genellikle tünel aksı boyunca olan yöndedir (Wang, 1993). Yeraltı yapılarındaki ovalleģe ve eğile deforasyonları, kese dalgalarının tünel aksının norali veya noraline yakın doğrultuda ilerlediği zaan oluģaktadır. Bu duruun sonucunda tünel hattının kesit Ģeklinde bozulalar eydana gelektedir. Bu tip deforasyonlar için dizaynda dikkate alınacak faktörler enine yönde 3

52 33 Tablo 4.1 Yeraltı yapısının sisik analizi ve dizayn yöntei Ģeası YERALTI YAPISININ SĠSMĠK ANALĠZĠ VE DĠZAYN YÖNTEMĠ Sisik Çevrenin Tanıı Zeinin Sarsıntıya Tepkisinin Değerlendirilesi Sisik Sarsıntıdan Dolayı Yapı DavranıĢının Değerlendirilesi Sisik Tehlike Analizi Gerçekçi Sisik Tehlike Analizi Ġhtialci Sisik Tehlike Analizi Depre Dizayn Kriterleri Maksiu Dizayn Deprei ĠĢlete Dizayn Deprei Zein Göçesi SıvılaĢa ġev Stabilitesi Fay Yer DeğiĢtiresi Yer Sarsıntısı ve Deforasyon Boyuna Uzaa / SıkıĢa Sisik Dizayn Yüklee Kriterleri MDE için Yüklee Kriteri ODE için Yüklee Kriteri Yeraltı Yapısının Zein Deforasyonuna Tepkisi Serbest Alan Deforasyon YaklaĢıı Zein Yapı EtkileĢii YaklaĢıı Zein Hareketi Paraetreleri Boyuna Eğile Ġve, Hız, Yer DeğiĢtire Genliği Eğile / OvalleĢe Hedef Tepki Spektrası, Hareket Zaan Tanı Alanı Özel Sisik Dizayn Konuları Yer Hareketinin Uzaysal Tutarsızlığı

53 olaktadır. Hattın genel davranıģı, iki boyutlu düzle biri boy değiģtire Ģartı altında zein deforasyonlarına bağlı olan bir yeraltı yapısı olarak düģünülebilir. Diyagonal yayılan depre dalgaları yapının farklı parçalarını farklı deplasanlara aruz bırakaktadır (ġekil 4.1d). Genellikle küçük deplasan genlikli kısa dalga boyları tarafından aksiu eğrilik üretilirken, büyük deplasan genliklerinin büyük dalga boyları ile ilgisi olaktadır (Kuesel, 1969). Yeraltı yapısının sisik tepkisinin değerlendiresi tahin edilen yer sarsıntısının anlaģılasını gerektirir. Tablo 4.1 yeraltı yapılarının sisik tepkisini değerlendirek için sisteatik bir yaklaģıı özetleektedir. Bu yaklaģı 3 ana adıdan oluģaktadır. 1. Sisik çevrenin tanıı ve analiz için sisik paraetrelerin geliģtirilesi. Sallantıya zeinin tepkisinin değerlendirilesi. Bu bölü zein tepkisi, zein göçesi ve zein deforasyonlarını içerir. 3. Sisik sallantıdan dolayı yapı davranıģını değerlendirilesi. (a) sisik dizayn yüklee kriterlerinin geliģtirilesi (b) zein deforasyonlarına yeraltı yapısının tepkisi (c) özel sisik dizayn konuları 34

54 Çeke Basınç Dalga hareketi sırasındaki tünel Tünel kesiti Tünel (a) Çeke - Basınç (b) Tünel kesitinin sıkıģası Pozitif eğrilik Tünel Negatif eğrilik Üst Alt (c) Boyuna eğile Dalga hareketi öncesi tünel (Basınç) (Çeke) Tünel (Çeke) (Basınç.) (d) Eğik yayılan dalgalar Dalga hareketi sırasındaki tünel Kese dalga cephesi (e) Tünel kesitinin ovalleģesi Kese dalga cephesi (f) Tünel kesitinin eğilesi ġekil 4.4 Yeraltı yapılarında depre dalgalarının etkileri 35

55 4.4 Sisik Çevrenin Tanıı Sisik Tehlike Analizi Yeraltı yapıları için depree dayanıklı dizaynın aacı, sisik hareketlere kabul edilebilir hasar seviyeleri oluģsa dahi dayanabilen yeraltı yapıları geliģtirektir. Sarsıntının dizayn seviyesini genellikle dizayn zein hareketi tanılar. Dizayn zein hareketini genlikler, beklenen zein hareketinin özellikleri ve onların beklenen dönüģ frekansı karakterize eder (Kraer, 1996). Sisik tehlike analizi yeraltı yapıları için sarsıntının seviyesini ve dizayn deprelerini tanılaak için kullanılır. Bir sisik tehlike analizi genellikle bir bölgenin kuvvetli yer hareketlerine karģı potansiyelini tanılar. Bölgedeki aktif fayların büyüklüğü, fay hareketi bakıından potansiyeli, frekansı ile depolanıģ enerjinin açığa çıktığı fayların bulunuģu değerlendirede göz önüne alınır. Bu araģtıra bazı bölgeler için zor olabilir. Buralarda faylana kolayca belirleneeyebilir. Sisik tehlike analizi için iki etot vardır. (a) Gerçekçi sisik tehlike analizi (Deterinistic seisic hazard analysis, DSHA) (b) Muhteel sisik tehlike analizi (Probabilistic seisic hazard analysis, PSHA). Gerçekçi sisik tehlike analizi bir bölge için bir veya birkaç depre hareketi geliģtirir. Bunlar tasarıcı tarafından değerlendirilir ve yeraltı yapılarının dizaynında kullanılır. Daha yeni olan uhteel sisik tehlike analizinde çözüdeki bilineyenlerin iktarı belirlenir, beklenen yer hareketlerinin enzili ile olabile ihtialleri geliģtirilir. Daha sonra bu ihtialler dizaynda sisik koruanın seviyesini belirleede kullanılır Gerçekçi Sisik Tehlike Analizi (DSHA) Gerçekçi sisik tehlike analizi özel sisik senaryoların geliģtirilesiyle alakalıdır. Bu senaryo bir yerdeki yer hareketinin tehlike boyutlarını anlatır. Senaryo özel bir yerde, özel büyüklükte bir deprein olduğunun varsayılasını ister. Reither (1990) uygulaanın taslağını 4 ana adıda anlatıģtır. 1. Bölgede bulunan ve öneli yer hareketleri üretebilecek depre kaynaklarının teģhisi ve tanılanası. Ayrıca her birinin geoetrisi ve depresellik potansiyeli araģtırılalıdır. Sisik bölgenin en açık özelliği faylananın bulunasıdır. Reither (1990) belirli bölgelere ait faylanaları gösteren 36

56 kapsalı akale listeleri üretiģtir. Önesiz olan fayların varlığı potansiyel depre tehlikesi anlaına gelez. Risk olarak dikkate alınası için fayın aktif olası gerekir. Bir fayın aktif veya aktif oladığı konusunda öneli anlaģazlıklar vardır. Aerikan Nükleer Düzenlee Koisyonu bir fayın aktif olduğunu söyleyebilek için o fayın yıl içerisinde aktif olası gerektiğini ortaya koyuģtur. Nükleer olayan altyapı tesisleri için bu zaan süresi daha da kısaltılabilir. Böylece daha esnek bir yapıya kavuģturuluģ olur.. Her kaynak için kaynak-yer uzaklık paraetrelerinin seçii. Genel olarak en kısa depre erkezi ile odak uzaklığı veya fayın kırılan parçasına en yakın esafesi belirlenir. Kırılan faya yakın esafede olak özellikle büyük deprelerde erkeze olan uzaklığından daha anlalıdır. Büyük depreler fay kırılasının 50 k nin üzerinde olduğu durular için geçerlidir. 3. Kontrol depreinin seçii (örneğin bölgedeki en yüksek seviyedeki sarsıntıyı yapacak depre olabilir). Genellikle bölgedeki bir yer hareketinin paraetreleri açısından anlatılır. Azalı iliģkileri genellikle bu yerler için özel paraetrelerin belirlenesinde kullanılır. Depre Ģiddetleri çoğunlukla da oent Ģiddetlerinin gözleniģ fay deforasyon karakteristikleri ile örneğin kırıla uzunluğu ve alanı arasında iliģki kurak için yapılıģ olan birkaç çalıģa sonucunda aralarında kuvvetli iliģkilerin bulunduğu görülüģtür. Bununla birlikte kırıla yüzeyinin üzerindeki bulunaayan fay deplasan ölçüleri ciddi anlada bizi bu karakteristikleri ölçeizi sınırlar. AraĢtıracılar sonuçları değiģtirek yerine aksiu yüzey deplasanı ile büyüklük arasında iliģki kuraya çalıģtılar. Wells ve Coppersith (1994) tarafından geliģtirilen ve deneysel bir iliģkiye dayanan bağıntılar bu korelasyonu tahin etede kullanılabilir. Bir bölgedeki sisik aktivite potansiyelini değerlendirenin bir baģka yolu da kayıtların incelenesi ile olur. Bu kayıtlar araģtıracıların aktif fayları belirleelerine ve açığa çıkacak olan sisik potansiyel enerjiyi saptaalarına ikan verir. Ayrıca öncü ve artçı Ģokların değerlendirilesi sisik bölgelerin Ģeklinin çizilesinde yardıcı olurlar (Kraer, 1996). Kayıtların incelenesine ek olarak geçiģ sisik aktivitelerin jeolojik kayıtlarına iliģkin çalıģalar deprelerin boyutu ve eydana geliģleri hakkında değerlendire yapada kullanılabilir. 4. Bir bölgedeki sisik tehlikenin biçisel tanıı, pik ive, hız ve deplasan tepki spektru koordinatları ve azai ükün deprein yer hareketi zaan 37

57 tanı alanının belirlenesi ile yapılabilir. Eğer uygulanabilir ise dizayn fay deplasanları da tanılanalıdır. Gerçekçi sisik tehlike analizi bir bölgedeki olabilecek en kötü duru senaryolarının değerlendirilesi için açık bir iskelet sağlaaktadır. Bununla birlikte kontrol depreinin frekansı ve olasılığı hakkında hiçbir bilgi vereektedir. Eğer daha çok bilgi gerekiyor ve sisik tehlikeyi daha iyi belirtek isteniyorsa uhteel sisik tehlike analiz yaklaģıı ele alınalıdır. Kaynak 1 M 1 Yer Kaynak M R 1 R R 3 Kaynak 3 M 3 M 3 1. Adı : Depre kaynaklarının tanıı. Adı : Kaynak-yer esafesinin değerlendirilesi M M 3 M 1 Kontrol deprei Pik Zein Ġvesi Pik Zein Deplasanı R 3. Adı : Hareket paraetrelerinin belirlenesi 4. Adı : Sisik tehlikenin biçisel tanıı ġekil 4.5 Gerçekçi sisik tehlike analizi yöntei Muhteel Sisik Tehlike Analizi (PSHA) Muhteel sisik tehlike analizi çözü için bir iskelet oluģturur. Burada olabilecek deprein büyüklüğündeki belirsizlikler, yer ve deprein yinelee sıklığı tanılanabilir, iktarı belirtilebilir ve antıklı bir çerçevede bir araya getirilebilir. Böyle bir analiz proje ühendislerine, zein hareketi karakteristiklerinin değiģiinin net olarak dikkate alındığı bir bölgedeki sisik tehlikenin ta tanıını 38

58 yapalarını sağlar. Reither (1990) uhteel sisik tehlike analizinin taslağını 4 ana adıda ortaya koyuģtur. 1. Depre kaynaklarının karakterlerinin ve tanılarının yapılası. Ayrıca kaynak bölgelerindeki potansiyel kırıla yerlerinin dağılıının belirlenesi. Bu dağılılar daha sonra kaynak geoetrisi ile kaynak yer esafesinin dağılı ihtialini elde etek için birleģtirilir. Aerika dahil olak üzere dünyanın her tarafındaki bir çok bölgede özel aktif fay bölgeleri sık sık teģhis edileeyebilir. Bu durularda sisik geçiģ ve jeolojik faktörler tehlike analizi için kritik olaktadır.. Depreselliğin karakteristiği veya depre tekrarının zaana bağlı dağılıının ortaya konası. GeçiĢ bilgilerden ve yapılan çalıģalardan elde edilen bilgiler deprein tekrarlaa iliģkisi hakkında bilgilenede yardıcı olabilir. 3. ĠliĢkilerdeki azala kullanılarak herhangi bir kaynak bölgesinden doğan, herhangi bir yerde herhangi bir büyüklükteki depre tarafından oluģturulan yer hareketinin tanıının yapılası. 4. Verilen zaan periyodu süresince ihtiali elde etek için bilineyenlerin birleģtirilesi. Muhteel sisik tehlike analiz yaklaģıı, kaynak yer uzaklığı, büyüklük, tekrarlaa oranını ve analizlerdeki zein hareketi karakteristiklerinin değiģiini kapsaaktadır. Hiçbir aktif fayın bulunadığı yerlerde tarihte oluģ deprelerin istatiksel analizlerine güvenek gerekebilir. 39

59 R Kaynak 1 Yer R Kaynak M Log(#EQ>M) 1 3 Kaynak 3 M 3 R 1. Adı : Depre kaynaklarının tanıı Büyüklük M. Adı : Yinelee iliģkisinin oluģturulası Hareket paraetresi Y Azaladaki belirsizlik 3. Adı : Hareket paraetrelerinin R belirlenesi Ola ihtiali ġekil 4.6 Muhteel sisik tehlike analiz yöntei Yer hareket paraetresi Y 4. Adı : Sisik tehlikenin biçisel tanıı 4.4. Dizayn Depre Kriterleri Bir yerdeki sisik tehlike karakterize edilirse dizayn depreinin seviyesi veya depreselliği tanılanak zorundadır. Örneğin uhteel sisik tehlike analizinde proje ühendisi tespit ediliģ olan zein hareketinin paraetrelerini aģa ihtialini belirleek zorundadır. Birçok kritik tesis için Ģidiki sisik dizayn felsefesi çift dizayn kriterini gerektirektedir. Yüksek dizayn depre seviyesi can güvenliğini aaç edinektedir. Birinciye göre daha düģük dizayn depre seviyesi ekonoik kaygılar düģünülerek planlanıģtır. Bu iki dizayn seviyesi çoğunlukla aksiu dizayn deprei (güvenlik değerlendire deprei) ve iģlete dizayn deprei (iģlev değerlendire deprei) olarak tanılanır. Son zaanlarda yapılan birçok ulaģı tünel projelerinde bu etot dikkate alınıģ ve kullanılıģtır. Los Angeles Metrosu, Seattle Metrosu, Boston Merkez Arteri, Üçüncü Harbor Tünelleri bunlara örnek olarak verilebilir. Ayrıca ülkeizde yapılan ve yapılakta olan etrolarda da bu kriterler uygulanaktadır. 40

60 Maksiu Dizayn Deprei (MDE) Maksiu dizayn deprei gerçekçi sisik tehlike analizinde o bölgede oluģ olan sarsıntıların aksiu seviyesi olarak tanılanıģtır. Muhteel sisik tehlike analizinde ise yapının örü boyunca %3-5 oranında aģa ihtiali olan bir olay olarak tanılanır. Maksiu dizayn deprei etodunun aacı halkın can ve al güvenliğini dizayn deprei sırasında ve sonrasında da koruaktır. Bunun anlaı, yapının taģıa kapasitesi olabilecek en kötü yük kobinasyonunda bile aģılaalıdır ĠĢlete Dizayn Deprei (ODE) ĠĢlete dizayn deprei yapının dizayn örü boyunca en azından bir kere olacağı tahin edilen orta derecede bir depre olarak tarif edilir. ĠĢlete dizayn depreinde sisik dizayn yükleesi yapısal eleanların yapısal perforans gereksinilerine bağlıdır. ĠĢlete dizayn deprei etodunun aacı, gerçekleģen dizayn deprei sırasında ve sonrasında iģlete açısından bir sorun yaģaaak ayrıca çok az veya hiç hasara uğraaaktır. Ġlave olarak elastik olayan deforasyonların iniularda tutulası da aaçlardan biridir. Yeraltı yapısının depre tepkisi elastik sınırlar içerisinde kalalıdır Zein Hareketi Paraetreleri Bir aksiu dizayn deprei veya iģlete dizayn deprei tanılanırsa, dizayn olayını karakterize etek için yer hareketinin paraetrelerine ihtiyaç vardır. Bu paraetrelerin seçii dizaynda kullanılan analiz etodunun tipiyle alakalıdır. Zeinin içinde veya bir yapı üzerinde bulunan bir nokta için, yer hareketleri 3 ötelene ve 3 döne bileģeni ile tarif edilebilir. Fakat genellikle döne bileģenleri ihal edilir. Bir zein hareketi ive, hız veya deplasan ile birlikte 3 öneli paraetre olan genlik, frekans ve güçlü yer hareketinin süresi ile karakterize edilebilir Ġve, Hız ve Deplasan Genlikleri Zein hareketinin aksiu değerleri örneğin pik zein ivesi, hız ve deplasanı çoğunlukla sisik tehlike analizinden geliģtirilen aksiu dizayn depreinin ve iģlete dizayn depreinin belirlenesinde kullanılır. Bununla birlikte deneyiler gösteriģtir ki pikten çok etkili yer hareketi paraetreleri yapısal tepkinin daha iyi göstergeleri olaktadır. Özellikle bu olay büyük depreler için daha doğrudur. Etkili değer bazen sarsıntının aynı güçle sürdürülen seviyesi olarak tanılanır ve 41

61 Kaya a Tablo 4. Pik zein hızının pik zein ivesine oranı (Power, 1996) Moent büyüklüğü (M W ) Pik zein hızının (c/s) pik zein ivesine oranı (g) Kaynak-yer uzaklığı (k) , , , Sert zein a 6, , , YuuĢak zein a 6, , , a Bu tabloda, tortu tipleri Ģu kaya hız sınırları ile gösterilir. Kaya > 750 /sn; sert zein /sn; yuuģak zein < 00 /sn. YuuĢak zeindeki pik zein hızı ile pik yer ivesi arasındaki iliģki daha az kesindir. Tablo 4.3 Pik zein deplasanının pik zein ivesine oranı (Power, 1996) Kaya Moent büyüklüğü (M W ) Pik zein deplasanının (c/s) pik zein ivesine oranı (g) Kaynak-yer uzaklığı (k) , , , Sert zein 6, , , YuuĢak zein 6, , , Bu tabloda, tortu tipleri Ģu kaya hız sınırları ile gösterilir. Kaya > 750 /sn; sert zein /sn; yuuģak zein < 00 /sn. YuuĢak zeindeki pik zein hızı ile pik yer ivesi arasındaki iliģki daha az kesindir. 4

62 paraetre değerlerinin 3. veya 5. en büyük değeri olarak hesaplanır (Nuttli, 1979). Yeraltı yapılarındaki depre hasarları, parçacık hızı ile deplasan arasında iveden daha yakın bir iliģki olduğu ispatlaıģtır. Azalı iliģkileri pik zein yüzey ivelenesinin tahini için geçerlidir. Aa aynı zaanda pik hızların ve deplasanların tahini içinde geçerlidir. Tablo 4. ve Tablo 4.3 yer özel data yokluğunda, bilinen pik zein ivesi ile bağlantı kurak ve pik zein hızı ve deplasanını tahin etek için kullanılabilir Hedef Tepki Spektrası ve Hareket Zaan Tanı Alanı Dizayn zein hareketinin paraetrelerini açıklaak için en yaygın olan yol, yer hareketinde olan sönülü tek serbestlik dereceli sistein tepkisini gösteren ive tepki spektrasıdır. Hedef tepki spektrası seçiliģ ise bir veya daha çok dizayn tepki spektrasına benzer zein hareketi zaan tanı alanı geliģtirilebilir. Bu zaan tanı alanları yapay olabileceği gibi benzer karakterler ile gerçek depre kayıtlarına dayanabilir. Tepki spektruu proje ühendisi için yararlı bir araç olakla birlikte Ģu durularda kullanılaalıdır. Eğer zein yapı siste tepkisi son derece lineer olayan ise veya yapının uzunluğu boyunca hareketin fazı ve genliği kayda değer bir Ģekilde değiģecek kadar yapı uzunsa tepki spektruu kullanılaası daha iyi olacaktır. Zaan tanı alanının yerel bölge tepki analizi ile birleģtirildiği durular genellikle daha yararlıdır Yer Hareketinin Uzaysal Tutarsızlığı Birçok ühendislik yapısı için yapının en uzun boyutu bile yer hareketinin heen heen aynı anda bir ucunda ve diğer ucunda olacak kadar küçüktür. Bununla birlikte uzun yapılar için örneğin köprüler veya tüneller, farklı yer hareketleri yapının farklı parçalarında karģı karģıya gelebilir. Bu yüzden yayılan dalgaların etkileri göz önüne alınalıdır. Bu uzaysal tutarsızlık yapının tepkisinde öneli etkiler oluģturabilir. Uzaysal tutarsızlığa sebep olan 4 ana faktör vardır. 1. Dalga-geçiĢ etkileri. Dağınık kaynak etkileri 3. Güzergah boyunca hoojen olayan ortaın sebep olduğu yayılı etkileri 4. Yerel zein etkileri 43

63 Kaydedilen zein hareketleri gösteriģtir ki uzaysal tutarlılık, uzaklık ve frekansın artasıyla azalaktadır (Kraer, 1996). Eğer proje ühendisi tünel uzunluğu boyunca farklı biri deforasyonları ve kuvvetleri hesaplarsa uygun uzaysal tutarsızlıklarla zein hareketi zaan tanılarının üretii kritik bir iģ olaktadır. Ayrıca proje ühendisi katkıda bulunan ilgili faktörleri tanılaak, belli bir bölgedeki yer hareketi tutarsızlığını belirleek ve uygun zaan tanı alanları üretek için ühendislik sisolojisi ile yakından ilgilenelidir Dalga YayılıĢı ve Yer Özel Tepki Analizi AraĢtıralar gösteriģtir ki enine kese dalgaları depre enerjisinin büyük bir kısını iletektedir. DüĢey düzledeki genlikler genellikle yatay düzledeki genliğin en büyüğün yarısı veya üçte biri olarak tahin edilir. Bununla birlikte son zaanlardaki deprelerde örneğin Northridge ve Kobe Depreleri nde ölçülen düģey iveler yatay ivelere eģit oluģ zaan zaanda daha büyük değerlere ulaģıģtır. Bu yüzden yer hareketinin düģey bileģeni sisik dizaynda öneli ve dikkatli incelenesi gereken bir konu oluģtur. GeniĢ güçlü yer hareketi bilgileri her derinlikteki yeraltı yapısı için elde edileeyebilir. Bu yüzden, dizayn yer hareketlerinin geliģii derinliğe bağlı azala etkilerini kapsaaya ihtiyaç duyar. Her ne kadar bu analizler düģey yayılan cisi dalgalarının tü etkilerini ihal etse de yaygın analitik yönteler bir boyutlu yer tepki tekniklerini kullanaktadır. Schnabel (197) tarafından ele alınan bir etot derindeki hareketi değerlendirebilek için deconvolution iģleini yüzey girdi hareketine uygulaıģtır. Ġkinci etot, giriģ hareketini uydurak ve büyüte faktörünü bulak için değiģken derinliklerde yer hareketi uygulaası ile alakalıdır. Bu iki yöntede bölge için zein hareketi spektruu geliģtirek ve zein özelliklerinin toplanası için tekrarlanır (St. John ve Zahrah, 1987). Lineer, eģdeğer lineer (SHAKE, Schnabel, 197) veya lineer olayan (Hashash ve Park, 001; Borja, 1999, D-MOD, Matasovic ve Vucetic, 1985) bir boyutlu dalga yayılıģı etotları çoğunlukla yuuģak zein tabakalarında yayılan dalgalar için kullanılır. Yer hareketleri genellikle derinlikle birlikte azalır (Chang, 1986). Bir dalga yayılıģı analizinin uygulanabilesi yuuģak zein tabakalarından geçen kese dalgasına olduğu kadar zein hareketinin titreģi peryoduna ve genliğine ihtiyaç duyar. Daha doğru sayısal etotlar veya bilgiler yoksa Tablo 4.4 deki bilgiler zein hareketi ile zein yüzeyi arasındaki iliģkiyi belirleede kullanılabilir. 44

64 Tablo 4.4 Tünel derinliğindeki yer hareketinin yüzeydeki harekete oranı Tünel derinliği () Tünel derinliğindeki yer hareketinin Yüzeydeki harekete oranı < > Depre Etkisine Zein Tepkisinin Değerlendirilesi Yer sarsıntısına zeinin gösterdiği tepki iki gruba ayrılır; (1) zein göçesi () zein sarsıntısı ve deforasyonlar. Burada yapılan açıklaalar yer sallantısına ve deforasyona odaklanıģtır. Zeinin geniģ ve sürekli deplasanlara uğraadığı varsayılır Zein Göçesi Sisik sarsıntının bir sonucu olan zein göçesi sıvılaģayı, Ģev göçesini ve fay deplasanlarını kapsar. Zein göçesi özellikle tünel giriģ yapılarında ve yüzeysel tünellerde yaygındır. Bu gibi durularda özel dizayn faktörleri dikkate alınalıdır SıvılaĢa SıvılaĢa boģluk suyu basıncının artası ve doygun kohezyonsuz zeinlerde efektif gerilenin azalası ile ortaya çıkan bir durudur. BoĢluk suyun basıncındaki artıģ ku kaynaası, kese dayanıın azalası, yanal yayıla ve Ģev göçesi ile sonuçlanabilir. SıvılaĢa olayı nispeten gevģek kularda ve yapay dolgu tabakalarında daha yaygındır. Yeraltı su seviyesinin altında ve sıvılaģaya üsait zein tabakalarında yer alan tünellerde 5 duru ortaya çıkabilir: (a) yanal basınçta artıģ (b) yanal pasif basınçta azala (c) sıvılaģan zeinde yüze veya bata (d) zeinde yanal yayıla olursa yanal deplasanlar (e) boģluk suyu basıncı sönüünden ve zeinin konsolidasyonundan sonra kalıcı otura ile basınç ve çeke kırılası. 45

65 ġekil 4.7 Zeindeki sıvılaģanın yeraltı yapılarında sebep olduğu etkiler ġev Göçesi Yer sarsıntısının bir sonucu olan toprak kayası sık karģılaģılan bir doğa olayıdır. ġev göçeleri tünel hatlarının yüzeysel olan bölülerinde ve tünel giriģ kısılarında tehlike oluģturaktadır. Tünel giriģ yapılarında en öneli sorun zein göçeleri olaktadır. Eğer giriģ yapıları aynı zaanda istinat duvarı görevi görüyorsa özel önleler alınalıdır. Tayvan daki Chi Chi Deprei nde bu tür sorunlarla çok sık karģılaģılıģtır Fay Deplasanları Bazı durularda yeraltı yapıları fay bölgesinden geçek zorunda kalırlar. Böyle durularda yeraltı yapısı oluģabilecek olan fay deplasanlarını tolere edebilecek Ģekilde dizayn edilelidir. Bu durularda oluģacak olan hasarlar iniu seviyelerde kalalıdır. Özel dizayn bölülerinin uzunluklarının belirlenesi için tü faylar tanılanalıdır ve proje deva ettirilecek ise risk aliyet analizi yapıladır Zein Hareketi ve Deforasyonlar Zein göçesinin olaası duruunda büyük kalıcı deforasyonlar ile karģı karģıya kalınır. Bu duruda tasarı, sisik dalgaların sebep olduğu gelip geçici zein deforasyonlarına odaklanır. Bu deforasyon olayı oldukça kopleks bir yapıya sahiptir. Mühendislik dizayn aaçları için bu kopleks deforasyon Ģekilleri teel durular olacak Ģekilde basitleģtirilir. Yeraltı yapılarının sisik olaylar 46

66 sırasında 3 teel deforasyon Ģekline girdiği farz edilir. (1) basınç çeke () boyuna eğile (3) ovalleģe ve eğile. En basit duru için yeraltı kazı aksına paralel yayılan basınç dalgaları dikkate alınır. Bu duruda dalgalar boyuna yönde basınç ve çekeye sebep olurlar. Eğer zein yuuģak ve zein ile yapı arasındaki kese gerile transferi, arayüzey kese dayanıı ile sınırlanıyorsa bu etkileģi daha da öneli olaktadır. Tünel aksının enine veya norali doğrultusunda yayılan sisik dalgalar, ovalleģe ve eğile olarak adlandırılan deforasyonlara sebep olur. 4.6 Yapının Depre Etkisine KarĢı DavranıĢının Değerlendirilesi Sisik Dizayn Yüklee Kriterleri Yeraltı yapıları için dizayn yüklee kriteri yer sarsıntısından ve deplasanlardan dolayı oluģan ilave yükleri kapsaalıdır. Maksiu ve iģlete dizayn depreleri için zein hareketi paraetreleri belirlenir belirlenez yeraltı yapıları için yük faktör dizayn etodu kullanılarak yük kriterleri geliģtirilir. Bu bölü aksiu dizayn deprei ve iģlete dizayn deprei için sisik dizayn yüklee kriterlerini gösterektedir (Wang, 1993) Maksiu Dizayn Deprei için Yüklee Kriterleri Maksiu dizayn yük faktör etodunu kullanan ve tavsiye edilen sisik yüklee kobinasyonları Ģu Ģekildedir. Aç kapa tünel yapıları için; U D L E E EQ 1 (4.1) U : Ġstenen yapısal dayanı kapasitesi D : Yapısal bileģenlerin ölü yüklerinden dolayı oluģan etkiler L : Hareketli yüklerden dolayı oluģan etkiler E1 : Toprağın ve suyun düģey yüklerinden dolayı oluģan etkiler E : Toprağın ve suyun yatay yüklerinden dolayı oluģan etkiler EQ : Dizayn depre hareketinden dolayı oluģan etkiler Dairesel kesitli dele ve aden tünelleri için; U D L EX H EQ (4.) 47

67 Burada tanılanan U, L, D ve EQ bir önceki bölüde tanılandığı gibidir. H ise hidrostatik su basıncı yüklerinden doğan etkilerdir. MDE için yüklee kobinasyonlarındaki yorular Ģu Ģekildedir. Yapı ilk önce statik yüklee koģulları altında yeterli dayanı kapasitesine göre dizayn edilelidir. Yapı daha sonra depre etkidiği zaan he süneklik he de dayanı açısından kontrol edileli. Depre olayı yüzeysel yapılarda yapının eylesizlik etkisi olarak ortaya çıkar. Buna karģın yeraltı yapılarında depre etkisi zein deforasyonlarının yapıya etki etesi Ģeklinde olur. Dayanı kapasite kontrolünde, depre yükleesinin etkileri iç oentler ve kuvvetler açısından açıklanabilir. Bu oentler ve kuvvetler yapı etrafındaki zein tarafından oluģturulan hat deforasyonlarına göre hesaplanabilir. Eğer denkle (1) veya denkle () ile açıklanan dayanı kriteri elastik yapısal analize dayanıyorsa tatin edici olabilir. Bu yüzden aksiu dizayn deprei altında ilave koģula gerek yoktur. Genellikle, depre yükleesi Ģiddeti düģük yani depreselliği az olan bir yer ise veya zein oldukça sertse dayanı kriteri kolayca karģılanabilir. Eğer yapı hattının, elastik analiz ve (4.1) veya (4.) kullanılarak bulunan eğile dayanıı örneğin aç kapa tünel çerçevelerin belli noktalarında evcut durudan fazla bulunursa aģağıdaki iki dizayn iģleinden biri takip edilelidir. 1. Yapının kritik bölgelerinde zein ve diğer ek yükler tarafından oluģturan deforasyonlara ayak uydurak için yeterli sünekliği sağlaak. Aaç elastik olayan deforasyonlar sonucu yapısal dayanıın düģeesi ve hasarın kabul edilebilir bir seviyede kontrol altında tutulasıdır. Genellikle, yapıdaki sünekliğin artası depre kuvvetlerinde azalayı sağlar. YaklaĢık olarak kuvvet azalta faktörü sağlanan sünekliğe eģit sayılabilir. Bu azalta faktörü köprü dizayn Ģartnaesi olan AASHTO (1991) da kullanılan tepki değiģtire faktörüne benzeektedir. Bununla birlikte ade elastik olayan kese deforasyonları dayanıda azalaya sebep olabilir bunu engelleek için yapısal eleanlarda özellikle aç-kapa dikdörtgen çerçevelerde eniyetli kese dayanıı sağlanalıdır. 48

68 Kese kuvvetleri için süneklik faktörlerinin kullanılası uygun olayabilir.. Elastik olayan hareketlere zorlanan noktaların plastik afsal olarak dikkate alınarak tekrar çözülesi. Plastik afsal analizinde oent ve iç kuvvetlerde tekrar dağılı söz konusu olacaktır. Eğer yeni çözüler sonucunda yeni plastik afsallar oluģursa, analiz yeni oluģan afsalları da kapsayacak Ģekilde tekrar yapılır. Bütün potansiyel afsallar uygun bir Ģekilde açıklanana kadar bu iģle deva eder. Mafsallardaki uygun detaylar ta sünekliği sağlaak için uygulanır. Yapısal dizayn açısından gerekli dayanı plastik afsal analizinden çıkan sonuçlara dayandırılabilir. Maksiu dizayn deprei sırasında ve sonrasında yapının topla dayanıı korunalıdır. Yapılar depre yüklerin yanında statik yükleri de taģıyabilek için eniyetli bir kapasiteye sahip olalıdır. Plastik afsalların oluģuundan dolayı stabilitenin bozulacağı potansiyel Ģekiller tanılanalı ve bunlara karģı çözüler üretilelidir. Aç-kapa yapıları için, (4.1) kullanılarak bulunan kapasitenin değerlendirilesinde E1 ve E yüklerindeki belirsizlikler ve oluģabilecek en olusuz kobinasyon dikkate alınalıdır. Maden tünelleri için benzer göz önüne alalar EX ve H yükleri içinde geçerlidir. Birçok duruda, hareketli yükün yokluğu ta olarak hareketli yükün dikkate alınasından daha kritik bir duru oluģturabilir. Bu yüzden, sıfıra eģit olan hareketli yük duruu yapısal dayanı kapasitesini bulurken kullanılalıdır ĠĢlete Dizayn Deprei için Yüklee Kriterleri ĠĢlete dizayn deprei için sisik dizayn yüklee kobinasyonları yapısal eleanların perforans gereksinelerine bağlıdır. Genellikle yapı eleanlarının düģük veya orta dereceli depreler sırasında az veya hiç hasar göreesi isteniyorsa yapı eleanlarında elastik olayan deforasyon düģük tutulalıdır. Yük faktör dizaynına dayanan yüklee kriterleri tavsiye edilir. Aç kapa tünel yapıları için; U 1.05 D 1.3L ( E1 E ) 1. 3EQ 1 (4.3) 49

69 Burada tanılanan D, L, E1, E, EQ ve U terileri (4.1) bağıntısında tanılanıģtır. Eğer belirsizliklerden ötürü E1 ve E için yüklee değerleri çok alınıģsa β 1 = 1.05 alınır. Diğer durularda β 1 = 1.3 kabul edilir. Dairesel kesitli dele ve aden tünelleri için; U 1.05 D 1.3L ( EX H ) 1. 3EQ 1 (4.4) Burada tanılanan D, L, EX, H, EQ ve U (4.) de tanılanıģtır. Eğer belirsizliklerden ötürü EX ve H için yüklee değerleri çok alınıģsa β 1 = 1.05 alınır. Diğer durularda sadece EX için β 1 = 1.3 kabul edilir. Bu iki denklede kullanılan yük faktörleri ile alakalı birçok tartıģa konusu evcuttur. Son karar projedeki özel perforans gereksinilerine bağlıdır. Örneğin Central Artery de ölü yük için katsayı 1.3 kullanılıģtır. Bu değer Türkiye de yapılan yeraltı yapıları için depresiz duru için 1.4 depreli duruda ise 1.0 ve 0.9 olarak alınıģtır. ĠĢlete dizayn deprei için yüklee kobinasyonlarında yorular Ģu Ģekildedir. Yapı ilk önce statik yüklee kobinasyonları altında yeterli dayanı kapasitesine göre dizayn edilelidir Aç-kapa yapıları için, (4.3) kullanılarak bulunan kapasitenin değerlendirilesinde E1 ve E yüklerindeki belirsizlikler ve oluģabilecek en olusuz kobinasyon dikkate alınalıdır. Maden tünelleri için benzer göz önüne alalar EX ve H yükleri içinde geçerlidir. Dizayn için en olusuz Ģartlar kullanıldığı zaan gereksiz aģırılıktan kaçınak için daha küçük yük faktörleri tavsiye edilir. En olusuz duru aksiu yük veya iniu yük ile olabilir. Bu duru yüklee kobinasyonlarının en kritik duruuna bağlıdır. Derin dairesel tüneller için uhteelen en kritik yüklee duruu aksiu kazı yükleesi (EX) ile iniu hidrostatik su basıncı (H) olduğu zaan olaktadır. Aç kapa tünel yapıları için en kritik sisik duru, aksiu yanal toprak basıncın (E) iniu düģey toprak basıncı (E1) ile bir arada olduğu zaan ortaya çıkaktadır. Eğer E nin hesaplanasında çok tutucu yanal toprak basıncı katsayısı dikkate alınıģsa daha küçük olan yük faktörü (β 1 =1.05) kullanılalıdır. 50

70 Aç kapa beton çerçeve yapıları için oentlerin yeniden dağılıı daha randıanlı bir dizayn elde etek için tavsiye edilir. Eğer yapının eğile dayanıı elastik analiz ve (4.3) veya (4.4) ile bulunan değeri aģıyorsa elastik olayan deforasyonlardan ein olak için yapı süneklik bakıından kontrol edilelidir. Eğer gerekliyse yapı iģlete dizayn deprei sırasındaki tasarlanıģ perforans aaçlarından ein olak için tekrar dizayn edilelidir. Hareketli yükün olaası duruu (4.3) ve (4.4) için değerlendirilelidir Yeraltı Yapılarının Zein Deforasyonlarına Tepkisi Bu bölüde, bir önceki bölüde ortaya konan dizayn depreinden doğan etkilerin iktarı belirlenecektir. Depre teriinin geliģii sisik dalgaların ve yeraltı yapıları ile zein arasındaki etkileģiin neden olduğu deforasyonları anlaayı gerektirir. Bu bölü hesaplanan deforasyonları ve üç deforasyona karģılık gelen kuvvetleri hesaplaak için kullanılan iģleleri tanılaaktadır. Dizayn yaklaģılarının kısa özeti Tablo 4.6 da veriliģtir Serbest Alan Deforasyon YaklaĢıı Serbest alan deforasyonları terii yapıların veya kazıların bulunadığı yerlerde sisik dalgaların sebep olduğu zein biri deforasyonlarını tanılar. Bu deforasyonlar yapı ile onu çevreleyen zein arasındaki etkileģii yok sayar. Aa bu deforasyonlar yapının önceden tahin edilen deforasyonunun birinci sıradaki tahinini sağlayabilir. Proje ühendisi yapıya doğrudan etki eden deforasyonları seçebilir. Bu yaklaģı yapıdaki deforasyonları zeinin yapıya göre rijitliğine bağlı olarak fazla veya az tahin edebilir. Kapalı for elastik çözüler; BasitleĢtiriliĢ kapalı for çözüler, yeraltı yapılarındaki deforasyonların ve biri deforasyonların ilk tahinlerinin geliģtirilesi için yararlı oluģtur. Bu basitleģtiriliģ etotlar sisik dalga alanının tünel boyunca tü bölgelerde aynı genlikte olduğunu varsayaktadır. Farklılık sadece varıģ zaanındadır. Her ne kadar yer hareketi tutarsızlıkları boyuna yöndeki gerilelerde ve biri deforasyonlarda arta eğiliinde olsa da dalga yayılıģı ve tünel boyunca dalga genliklerindeki 51

71 değiģie izin veren kopleks üç boyutlu dalga yayılıģı ihal edilir. Düzle dalga varsayılarına dayanan analiz sonuçları özenle ve dikkatle yorulanalıdır. Newark ve Kuesel hoojen, izotropik ve elastik ortalarda tekrar oranının belirli açılarında yayılan bir haronik dalganın neden olduğu serbest alan deforasyonun hesaplanası için basitleģtiriliģ bir etot öneriģlerdir. En kritik aksiu biri deforasyon gele açısı ki genellikle eniyet olarak kullanılır, depre tahinlerinin bilineyenlerine karģı ölçü yapar. Newark ın yaklaģıı biri deforasyona sebep olan dalgaların büyüklüklerini tahin etek için bir yönte sağlaıģtır. St. John ve Zahrah (1987), Newark ın yaklaģılarını basınç, kese ve Rayleigh dalgalarının sebep olduğu serbest alan, eksenel ve eğrilik biri deforasyonları için çözüler geliģtirede kullandılar. Çözü için üç dalga tipide Tablo 4.5 de gösteriliģtir. Fakat S dalgaları genellikle pik parçacık iveleri ve hızları ile iliģkilidir. Sisik dalgaların sebep olduğu biri deforasyonlar ġekil 4.9 da gösteriliģtir. Bir dizaynda hangi tip dalganın baskın olduğunu belirleek oldukça güçtür. Rayleigh dalgalarının sebep olduğu biri deforasyonların sadece sığ yapılarda ve sisik kaynaklardan uzakta olan bölgelerde baskın ola duruu söz konusudur (Wang, 1993). BirleĢtirilen eksenel ve eğrilik deforasyonları tünelin elastik kiriģ gibi davranası ile elde edilebilir. Kullanılan kiriģ teorisi ile topla serbest alan eksenel biri deforasyonları (ε ab ), eksenel ve eğile deforasyonlarının ürettiği boyuna deforasyonların toplanası ile bulunur (Power, 1996). ab V C P P cos a r C p P sin cos (4.5) P dalgaları için ab V C S S sin cos a s r cos C S 3 (4.6) S dalgaları için ab V C R R cos a r C R R sin cos (4.7) Rayleigh dalgaları için 5

72 L Yayıla doğrultusu L/ Dsinυ Tünel Aksı υ y u x Dcosυ L / cosυ x Zeinin eksenel deplasanı u x =Dsinυsin(πx/Lcosυ) u x U y =Dcosυsin(πx/Lcosυ) Zeinin enine deplasanı u y ġekil 4.8 Basit haronik dalga hareketi ve tünel aksı Buradaki: r : Dairesel tünelin yarıçapı veya dikdörtgen tünel yüksekliğinin yarısı a : P dalgalı pik parçacık ivesi, : P a : Rayleigh dalgalı pik parçacık ivesi R : Dalganın tünel aksı ile yapıģ olduğu açı v : Tünel hattının poisson oranı l V : P dalgalı pik parçacık hızı, : P P a S dalgalı pik parçacık ivesi S C Yayılan P dalgasının açık hızı V : S dalgalı pik parçacık hızı, C : Yayılan S dalgasının açık hızı s V : Rayleigh dalgalı pik parçacık hızı R C : Rayleigh dalga yayılıģının hızı olaktadır. R s 53

73 54 Tablo 4.5 Cisi ve yüzey dalgalarından dolayı oluģan eğrilik ve biri deforasyonlar (St.John ve Zahrah, 1987) Dalga tipi Boyuna biri gerile Noral biri gerile Kaya biri gerilesi Eğrilik P dalgası S dalgası Rayleigh dalgası Basınç bileģeni Kaya bileģeni l l V C V l C l P P V C S S V l C l P P cos for sin cos V S for C RP R V C RP R S cos for n l n n n n n V C P P sin V P for 90 C V C S S P V S C V C RP R V C V C RS R sin cos RP R S sin for for sin V C P V C P V P C S V C S V C RP P sin cos S S V P C V C RP P P cos for for 0 0 sin cos R for cos a C P p sin cos 1 P 0 az a 0,385 C a S K cos C K S a C R 3 p S 0 for 0 S a RP K sin cos C K a 0,385 C R RP R a RP K sin cos C for 35 for ' 16 ' n V C RS R for 0 90 V C RS R for 0 0 K a C RS R for ( C ( C p p C C s s ) ) veya 1 C p (1 ) C (1 ) S ; E C P (1 v )(1 v (1 v ) ) ; ve G C S

74 Tablo 4.6 Yeraltı yapılarında sisik dizayn yaklaģıları YaklaĢılar Avantajları Dezavantajları Uygulanabilirliği Dinaik toprak basıncı etodu 1.GeçiĢte akul sonuçlar veriģtir..miniu paraetreler yeterlidir. 3.Depre yüküne karģı ek güvenlik sağlar. 1.Teorik teellerin yeterli olaası..derinliği fazla olan tünellerde ovalleģe deforasyonları fazla olaktadır. 3.Zein özelliklerinin bazı tiplerinin kullanıı sınırlı. Miniu toprak kaplaası olan yeraltı yapılarında. Serbest alan ovalleģe deforasyon etodu Zein yapı etkileģii ile sonlu eleanlar analizi 1.Zeinden daha rijit tünel yapıları için aģırı güvenlidir..forülasyondaki kıyaslanabilir kolaylıklar. 3.Uygulaalarda akul sonuçlar veriģtir. 1.Zein yapı etkileģiini en iyi tesil eder..yapı tepkisini belirleede en iyi yöntedir. 3.Koplike tünel geoetrilerinde ve zein Ģartlarında problelerin çözüünde baģarılıdır. 1.Zeinden daha esnek tünel yapıları için yeterli güvenlikte değildir..zeinden kayda değer oranda rijit olan tünellerde aģırı güvenlik sağlar. 3.Çok değiģken zein Ģartlarında kesinliği azdır. 1.Kopleks ve hızlı bilgisayar analizleri gerektirir..sisik dizayn giriģ paraetrelerindeki belirsizlik. Zeinle eģit rijitliğe sahip yeraltı yapılarında. Tü koģullarda. BasitleĢtiriliĢ çerçeve analizi odeli 1.Zein yapı etkileģiine yakındır..forülasyondaki kıyaslanabilir kolaylıklar. 3.Yapı tepkisini belirleede akul derecede doğruluk. 1.Çok değiģken zein Ģartlarında kesinliği azdır. SıkıĢtırılıĢ yüzey altı zein profilleri dıģında tü durularda. 55

75 Tünel çapı artarken eğrilik deforasyonlarının eksenel biri deforasyonlara olan katkısı artaktadır. Bununla birlikte serbest alan denklelerin kullanıldığı hesaplaalar, sisik yükler altında tünellerin biri deforasyonların eğile bileģenlerinin eksenel biri deforasyonlar ile karģılaģtırıldığında nispeten küçük olduğunu gösteriģtir. ġu konuya da dikkat etek gerekir. Belli olan ve bu denklelerde kullanılan P ve S dalgalarının hızları yüzeysel topraktan veya yüzeysel olan kayadan daha çok derin kayalardan yayılan sisik dalgaların hızlarına daha yakın olabilir. Belli olan S dalgalarının hızları -4 k/s arasında iken P dalgalarının hızları 4-8 k/s arasında olaktadır. υ υ υ Rayleigh dalgaları P dalgaları S dalgaları ġekil 4.9 Sisik dalgaların sebep olduğu boyuna eksenel ve eğile biri deforasyonları Dairesel tünellerin ovalleģe deforasyonları; Sisik dalgalar tünel aksına dik yönde yayıldığı zaan ovalleģe deforasyonlarına sebep olur. Bu duruda enine yönde dizayn yapılır. Yapılan çalıģalar ovalleģeye yatay veya eğik olarak yayılan dalgalar sebep olabilirken düģey yayılan kese dalgaların ise bu tip deforasyonlara sebep olan depre yükleesinin en etkili Ģekli olduğunu gösteriģtir (Wang, 1993). Zein kese deforasyonları ġekil 4.10 da gösterildiği gibi iki yolla tanılanabilir. BoĢluksuz olan zeinde aksiu çap biri deforasyonu serbest alan kese biri deforasyonun bir fonksiyonudur. 56

76 d d ax (4.8) BoĢluklu zeindeki çap biri deforasyonu ayrıca ortaın poisson oranı ile de alakalıdır. d d (1 v ) (4.9) ax Her iki denklede hattın yokluğunu dikkate alır. Böylece tünel ve zein arasındaki etkileģi ihal edilir. Serbest alanda boģluklu zein boģluksuz zeine göre veya 3 kez daha fazla deforasyona sebebiyet verektedir. Hat rijitliği ortaın rijitliğine eģit olduğu zaan boģluksuz deforasyon denklei uygun olurken bu duru etrafındaki zeine göre rijit olan hatlar için akul bir deforasyon kriteri sağlar (Wang, 1993). Δd/ Δd/ Sürekli zein Açık boģluk Serbest alan kese biri deforasyonu, γ Serbest alan kese biri deforasyonu, γ ġekil 4.10 BoĢluklu ve boģluksuz zeinde serbest alan kese deforasyonları Dikdörtgensel tünellerin eğile deforasyonları; Bir depre sırasında dikdörtgen kutu yapıları kese deforasyonlarına aruz kaldığı zaan yapıda enine eğile deforasyonları eydan gelecektir (ġekil 4.11). Eğile deforasyonları Tablo 4.5 de verildiği gibi zeindeki kese biri deforasyonlarından hesaplanabilir. 57

77 Yatay kaya deforasyonu, Δ (c) Zein yüzeyi ΔB ΔA Derinlik (c) Δ dif A Δ diff Δ diff =Δ A -Δ B B 450 Zein deforasyon profili B.A Kutu yapının eğile deforasyonu ġekil 4.11 Serbest alan eğile deforasyonunun yeraltı yapısına etkisi Sayısal analiz Özellikle bölgedeki tabakalaģa değiģkense sayısal analiz, serbest alan kese biçi değiģtirelerini tahin etek için gerekli olabilir. Örneğin bir boyutlu dalga yayılıģı analizi yapan birçok bilgisayar prograı evcuttur. Örnek olarak FLUSH (Lyser, 1975) ve LINOS (Bardet, 1991) gösterilebilir. Birçok progra bölge jeolojisini yatay olarak tabakalanıģ bir siste olarak odelleektedir. Bu progralar çözüleri elde ederken bir boyutlu dalga yayılıģı teorisini kullanaktadırlar (Schnabel, 197). Navorro (197) cisi dalgaları (kese ve basınç) ile yüzey dalgalarının (Rayleigh ve Love) sonucu oluģan basınçlar ve zein deforasyonları için sayısal hesaplaalar ortaya koyuģtur. Serbest alan kese biçi değiģtirelerin sonucu kese biri Ģekil değiģtire dağılıı veya derinlikli kese deforasyon profili olarak açıklanabilir. Serbest alan deforasyon yaklaģıının uygulanabilirliği; Serbest alan eğik deforasyon etodu San Francisco BART istasyon ve tünelleri, Los Angeles Metrosu dahil olak üzere birçok öneli projede uygulanıģtır (Kuesel, 1969). Kuesel, birçok duru için eğer bir yapı serbest alan zein deforasyonlarını elastik bir Ģekilde abzorve edebiliyorsa herhangi baģka özel sisik koģul ve Ģartlara gerek oladığını ortaya koyuģtur. Ayrıca Monsees ve Merrit (1991) aksiu dizayn deprei altında plastik afsal olasına izin verilen 58

78 noktaların ġekil 4.1 de gösterildiği gibi sistein tüden çökesine sebep olacak Ģekilde plastik afsal oluģasına izin verileesi gerektiğini belirtiģlerdir. Serbest alan deforasyon etodu sisik olayların neden olduğu zein deforasyonlarının küçük olduğu durular için basit ve etkili dizayn Ģeklidir. Bununla birlikte birçok duruda özellikle yuuģak zeinlerde bu etot aģırı tutucu bir dizayn Ģekli olaktadır. Çünkü yuuģak zeinlerdeki serbest alan deforasyonu oldukça fazla olaktadır. Örneğin yuuģak zeinlerdeki dikdörtgen kutu yapılarında dizayn genellikle statik yüklere karģı dayanabilek için sert biçilere göre yapılaktadır. Böylece yapıda deforasyonlara daha az tolerans gösteriliģ olunur. Zein yapı etkileģii çoğu yapının dizaynı için gerekli olan bir yaklaģıdır. Serbest alan deforasyon yaklaģıının diğer etotlarla sisik dizayn açısından karģılaģtırılası Tablo 4.6 da veriliģtir. (a) (b) (c) Kabul edilebilir duru iki afsal Kabul edilebilir duru dört afsal Kabul edileez duru herhangi bir eleanda üç afsal ġekil 4.1 Yeraltı yapılarında plastik afsal oluģuu Zein Yapı EtkileĢii YaklaĢıı Bir yeraltı yapısının bulunası o zeinde serbest alan deforasyonlarını azaltaktadır. Takip eden bölülerde zein yapı etkileģi odelinin yönteleri anlatılacaktır. Dairesel tüneller için kapalı for elastik çözüler; Çözülerin bu bölüünde zein yapı etkileģiini statiğe benzer bir Ģekilde odelleek için elastik teel kiriģ yaklaģıı kullanılıģtır. Çözüler dinaik etkileģi etkilerini ihal etektedir. Sisik yüklee altında, tünel kesitinde eksenel 59

79 eğile ile birlikte serbest alan eksenel, eğrililik, ve kese deforasyonların sebep olduğu kese biri deforasyonları gözleniģtir. Maksiu yapısal biri deforasyon : ġekil 9 da gösterilen 45 dereceli kese dalgasının sebep olduğu aksiu eksenel biri deforasyon: A a L fl (4.10) ax E A 4 E A 1 c 1 c K L a L : Ġdeal sinüsodial kese dalgasının dalga boyu uzunluğu DüĢey düzlede eğrilikten dolayı oluģan kese kuvveti ve oent V H V H Yatay düzlede eğrilikten dolayı oluģan kese kuvveti ve oent Eksenel kuvvet ġekil 4.13 Tünel aksı boyunca yayılan sisik dalgaların sebep olduğu kuvvet ve oentler K a : Ortaın boyuna yay katsayısı (tünelin biri uzunluğunda biri deforasyon için gerekli kuvvet) A : Ġdeal sinüsodial kese dalgasının serbest alan deplasan tepki genliği A c : Tünel hattının kesit alanı E l : Tünel hattının elastisite odülü f : Tünel ve etrafındaki zein arasındaki sınır sürtüne kuvveti 60

80 Tünel hattında, tünel ekseni boyunca yayılan sisik dalgaların sebep olduğu kuvvetler ve oentler ġekil 4.13 de gösteriliģtir. Hat ve onu çevrelen zein arasında aksiu sürtüne kuvvetleri hattaki eksenel kısalayı sınırlaaktadır. Maksiu sürtüne kuvveti (Q ax ), her biri uzunlukta sisik dalga uzunluğunun dörtte bir sınır kese kuvveti olarak tahin edilebilir. 0 dereceli olay kese dalgasının sebep olduğu aksiu eğile biri deforasyonu: A b L r (4.11) ax 4 E I 1 c K L t I c : Tünel kesitinin eylesizlik oenti K t : Ortaın enine yay katsayısı r : Dairesel tünelin yarıçapı veya dikdörtgen tünel yüksekliğinin yarısı He hat he de orta lineer elastik olarak göz önüne alındığına göre bu biri deforasyonlar süperpoze edilebilir. Ayrıca depre yükleesi çevrisel olduğuna göre pozitif ve negatif uç değerleri değerlendirilelidir. Tünel kesitine etkiyen aksiu kese kuvveti aksiu eğile kısalasının bir fonksiyonu olarak yazılabilir. V ax E I A l c L 4 E I 1 c 1 K L t 3 M L ax E l L I c r b ax (4.1) Eksenel ve eğile kuvvetlerinden elde edilen biri deforasyonların birleģtirilesiyle elde edilen topla eksenel biri deforasyonu: ab a b Ģeklinde tarif edilir. (4.13) ax ax Tekrarlarsak bu denkleler yuuģak zeinlerde yapılan yeraltı yapıları için gereklidir. Kaya veya sert zeinlerde yapılan yapılarda dizayn serbest alan deforasyonları kullanılarak yapılabilir. Ayrıca Ģunu belirtek gerekir ki yapısal rijitliğin veya dayanıın arttırıldığı yapılarda sonuçta kuvvetler azaltılaaz. Aksine bu yapılar daha fazla kuvveti çekerler. Bunların yerine, uygun sünek donatılı veya esnek noktaların yapılası daha uygun ve etkili olacaktır. 61

81 Yay katsayıları; Literatürde var olan aksiu kesitsel kuvvetlerin diğer açıklaaları ile kuvvetlerin ve deforasyonların aksiizasyonunu kapsayan ana farklar dalga boyu ile ilgilidir. JSCE (1975) aksiu kesitsel kuvvetlerin sonuç veresi için aksiu yapacak olan dalga boyu değerlerini öneriģtir. Ayrıca St. John ve Zahrah (1987) JSCE nin önerdiğinin bir benzeri olan aksiizasyon etodunu öneriģlerdir. Buradaki fark, olay dalga boyunun fonksiyonları olarak dikkate alınan K a ve K t, yay katsayıları yaklaģıın dıģında tutuluģtur. K t 16G (1 ) d K a (4.14) (3 4 ) L Buradaki G kaya odülü, υ ise ortaın poisson oranı, d ise dairesel tünelin çapı veya dikdörtgensel yapının yüksekliği olaktadır. Bu yay sabitleri (1) yeraltı yapısı ve zein arasındaki basınç oranını () yeraltı yapısının Ģidiki duruunda olduğu zaan ortaın azaltılıģ deplasanlarını tesil etektedir. Yaylar geleneksel elastik teellerdeki kiriģ analizinden farklı olaktadır. Sadece bu katsayılar zeinin dinaik odülünün tesilcisi olaalıdır. Aa bu sabitlerin türevi dikkate alınan sinüsoidal dalgadan dolayı sıra ile pozitif ve negatif olan sisik yüklee etkilerini dikkate alalıdır (Wang, 1993). Derinliği az olan yerlerde bulunan yeraltı yapılarının kuvvet ve oentlerini hesaplaak için bu denkleler kullanıldığı zaan zein yay direnç değerleri kaplaanın yüksekliği ve yanal pasif zein direnci ile sınırlandırılır. Zein yapı etkileģi analizi için kullanılan idealleģtiriliģ sinusodial serbest alan dalga paraetreleri; Matsubara (1995) yeraltı yapılarının dizaynı için giriģ dalga boyları ile ilgili bir tartıģa ortaya atıģtır. Yer hareketinin olay dalga boyu Ģu Ģekilde tahin edilebilir. L T (4.15) C S Buradaki T zeindeki kese dalgasının en etkili doğal periyodu, zeinin kendi doğal periyodu veya aksiu deplasanın oluģtuğu periyottur. Idriss ve Seed (1968) aģağıdaki bağıntıyı öneriģlerdir: 4h T (4.16) C S 6

82 Eğer yer hareketi kese dalgalarına bağlıysa ve ortaın sert bir tabakayla kaplı sabit yuuģak zein tabakasından oluģtuğu sanılıyorsa h zein tabakasının kalınlığı olaktadır (St. John ve Zahrah 1987). Yer deplasan tepki genliği A, yatay bir hat boyunca yer hareketinin uzaysal değiģileri gösterir ve yer özel yüzey altı Ģartlarından elde edilelidir. Genellikle deplasan genliliği dalga uzunluğunun artasıyla artar. Deplasan genliği A ve dalga boyu L olan bir sinüsodial dalga ele alındığı takdirde, A aģağıdaki denklelerden elde edilebilir. Serbest alan eksenel biri kısalalar için: A V s sin cos (4.17) L C S Serbest alan eğile biri kısalaları için: 4 A a s 3 cos (4.18) L C S Dairesel tünellerin ovalleģe deforasyonları; Eğile deforasyonlarına ait ilk çalıģalar, Peck tarafından 197 yılında yapılıģtır. Bu çalıģalar Burns ve Richard ın 1964 ve Hoeg in 1968 yılında yapıģ olduğu çalıģalara dayanaktadır. Peck dıģ yüklee Ģartları altında oluģan eğile oentleri, deplasanlar ve ite kuvvetleri açısından kapalı for çözülerini öneriģtir. Tünel hattının tepkisi yapının sıkıģabilirlik ve uzayabilirlik oranının, arazi örtü basıncının (γ.h) ve sükunetteki toprak basıncının bir fonksiyonudur. Kese dalgalarından oluģan sisik yükleeleri uyarlaak için, serbest alan kese gerilesi arazi örtü basıncı ile yer değiģtirilir ve alan basit kese duruunun bir benzerini yapak için sükunetteki toprak basıncı değeri (-1) olarak atanır. Kese gerilesi ayrıca biri kaya deforasyonun bir fonksiyonu olarak açıklanabilir. Tünelin onu çevreleyen zeine göre olan rijitliği sıkıģabilirlik ve esneyebilirlik oranları (C ve F) ile belirlenir. Bunlar sırasıyla yapı ile ilgili olarak ortaın uzaa ve eğile rijitliğinin ( ovalleģeye karģı direnç) ölçüsüdürler. l E 1 r l C (4.19) E t(1 )(1 ) 3 E 1 R l F (4.0) 6 E I (1 ) l 63

83 Buradaki E ortaın elastisite odülü, I tünel hattının eylesizlik oenti (biri geniģlik için) dairesel hatlar için R yarıçap ve t ise tünel hattının kalınlığıdır. Noral ayrıla oladan ve böylece kese kuvvetinin de oladığı ta kaya koģulları dikkate alındığında, biri çap deforasyonu, aksiu ite, ve eğile oenti Ģu Ģekilde açıklanabilir (Wang, 1993): d d 1 K F 1 3 ax (4.1) T ax 1 K 6 E 1 ax (4.) (1 r ) M ax 1 K r 1 ax (4.3) 6 E (1 ) Burada K 1 1 (1 ) (4.4) F 5 6 Bu kuvvetler ve oentler ġekil 4.14 de gösteriliģtir. Ta kaygan hat tepki katsayısı (K 1 ) ile esneklik oranı arasındaki iliģki ġekil 4.15 de gösteriliģtir. b t V M T 3 bt I= 1 A 1 = b.t b 1 =1 biri ġekil 4.14 Tünel aksına dik olarak yayılan sisik dalgaların sebep olduğu kuvvet ve oentler YapılıĢ olan çeģitli çalıģalara göre ara yüzeydeki kaya sadece yuuģak zeinde olan tüneller için ve sert sisik yüklee duruları için geçerlidir. Çoğu 64

84 tüneller için ara yüzey Ģartları ta kaygan ve kaygan olaa arasındadır. Bu yüzden iki duruda kritik hat kuvvetleri ve deforasyonlar bakıından araģtırılalıdır. Bununla birlikte basit kese altındaki ta kaya varsayıları tahin edileeyen öneli aksiu itelere sebep olabilir. Bu yüzden ta zein sürekliliğinin kayasız varsayıının, hat ite tepki değerlendirilesinde yapılası tavsiye edilir. T ax 1 E K r K r ax ax (4.5) 6 (1 ) K F 1 1 C 1 1 (4.6) 5 F 3 1 C C ġekil 4.16 da gösterildiği gibi, zein poisson oranı 0.5 den küçük olduğu zaan, sisik olayların neden olduğu iteler, sıkıģabilirlik ve süneklik oranlarının azalasıyla artar. Poisson oranı 0.5 değerine yaklaģtıkça (doygun drenajsız kil), ite tepkisi sıkıģabilirlikten bağısızdır. Çünkü zeinin sıkıģtırılaadığı dikkate alınır (Wang, 1993). Noralize ediliģ hat deforasyonları, hat tepkisinde süneklilik oranının öneinin bir göstergesi olaktadır ve Ģu Ģekilde tanılanıģtır (Wang, 1993): d d lining free field K 3 1 F (4.7) Bu denklee ve ġekil 4.17 e göre süneklik oranını birden küçük olduğu zaanlarda tünel hatlarındaki deforasyon serbest alandan daha az olacaktır (yani yuuģak zeinde sert hattın olası duruu). Süneklik oranı arttıkça, hattın Ģekil değiģtiresi serbest alandan daha fazla olakta ve boģluklu zein deforasyonlarına eģit olan üst sınırlara ulaģabilektedir. Bu Ģartlar süneklik oranı çok büyük oldukça deva eder. 65

85 Tepki Katsayısı, K1 Poisson Oranı Esneklik Oranı, F Tepki Katsayısı, K1 Poisson Oranı Esneklik Oranı, F ġekil 4.15 Dairesel tünellerde ve ta kaya arayüzey duruunda hat tepki katsayısı ve esneklik oranı 66

86 Penzien ve Wu (1998) tünel hatlarında eğile deforasyonlarından ötürü oluģan ite, kese ve oentler için benzer kapalı for elastik çözüler geliģtiriģlerdir. Penzien (000) dikdörtgen ve dairesel tünellerin eğile deforasyonlarını değerlendirek için analitik bir iģle geliģtirdi. Yapının Ģekil değiģtiresini tahin etek için, hat zein eğile oranı Ģu Ģekilde tanılanır: R structure (4.8) free field Dairesel tünel halinde, R hattın çap deforasyonun serbest alan çap deforasyonuna oranıdır. Ta kaya duruu varsayıldığında, dairesel tünel hatlarında sisik olaylar sırasında zein yapı etkileģiinin sebep olduğu ite, oent ve keseler için çözüler Penzien tarafından Ģu Ģekilde açıklanıģtır. n n d R d lining free field (4.9) T ( ) n 1 1 E Id lining 3 d (1 ) 1 cos 4 (4.30) M ( ) 6 E d n Id 1 lining 1 (1 ) cos 4 (4.31) V ( ) n 1 4 E Id lining 3 d (1 ) 1 sin 4 (4.3) Sadece noral yüklee altında hat zein eğile oranı Ģu Ģekilde tanılanır: n R 4(1 ) n ( 1) (4.33) n 1 E I (5 6 ) 1 3 d G (1 ) 1 (4.34) Dairesel hatlardaki aģağıda belirtilen kuvvet bileģenleri için iģaretlerin gösterii ġekil 4.18 de veriliģtir. Kayanın oladığı duruda forülasyonlar Ģu Ģekilde olaktadır. n lining d Rd (4.35) free field 67

87 Poisson oranı = 0, Poisson oranı = 0,35 Poisson Oranı = 0,35 SıkıĢabilirlik oranı C Poisson oranı = 0,5 Ġte Tepki Katsayısı, K Ġte Tepki Katsayısı, K Ġte Tepki Katsayısı, K Esneklik oranı SıkıĢabilirlik oranı C Esneklik oranı Esneklik oranı SıkıĢabilirlik oranı C ġekil 4.16 Ġte tepki katsayısı ve sıkıģabilirlik oranı arasındaki iliģki 68

88 (Δlining)/(Δree-filed) Poisson Oranı Esneklik Oranı, F (Δlining)/(Δree-filed) Poisson Oranı Esneklik Oranı, F ġekil 4.17 Noralize ediliģ hat deforasyonu ve esneklik oranı 69

89 T ( ) 4 E Id lining 3 d (1 ) 1 1 cos 4 (4.36) M ( ) 6 E d Id 1 lining 1 (1 ) cos 4 (4.37) V ( ) 4 E Id lining 3 d (1 ) 1 1 sin 4 (4.38) Burada tanılanan 4(1 ) R (4.39) ( 1) 1 E I (5 6 ) 1 3 d G (1 ) 1 (4.40) Penzien in çözülerinde (000) ta kaya duruu için ite ve oent değerleri ile 1993 yılında Wang ın bulduğu değerler birbirine çok yakın çıkıģtır. Bununla birlikte kayanın oladığı duru için Wang tarafından elde edilen ite değeri, Penzien tarafından bulunan değerle kıyaslandığında biraz daha büyük olduğu görülüģtür (bakınız uygulaa 4). Bu sonuç 1996 yılında Power tarafından da belirleniģtir. Bu farklılığın sebebi hala araģtırılaktadır. T(O) O M(O) V(O) θ D/ Tünel hattı T(θ) M(θ) V(θ) ġekil 4.18 Dairesel hatlarda kuvvet bileģenleri için iģaretlerin gösterilesi 70

90 Dikdörtgen tünellerin eğile deforasyonları; Yüzeysel ulaģı tünelleri genellikle kutu Ģeklinde ve aç kapa etodu ile yapılırlar. Bu tünellerin sisik karakteristikleri dairesel tünellerden oldukça farklıdır. Bir kutu çerçeve statik yükleri dairesel bir tünel kadar eniyetli bir Ģekilde ileteez. Bu yüzden aç kapa çerçevenin duvarları ve döģeeleri daha kalın ve böylece daha rijit ola ihtiyacını gösterir. Aç kapa yapılarının dizaynı zein yapı etkileģiini dikkatli bir Ģekilde göz önüne alayı gerektirir. Bunun sebebi artan yapısal rijitlik ve yüzeysel göülü olduğu için daha çok olan yer deforasyonlarıdır. Sisik yer deforasyonları iki sebepten dolayı yüzeye yakın olan yapılarda büyük ola eğiliindedir. 1. DüĢük örtü basıncından ötürü çevresindeki zeinin azalan rijitliği. Yer yükselte etkileri. Duvar arkası dolgu zeini, arazi zeininden farklı özelliklere sahip sıkıģtırılıģ alzeeleri içerebilir. Bu alzeelerinde birbirinden farklı sisik tepkileri olabilir (Wang, 1993). Kutu yapıların yapısal rijitliği hesaplanan biri deforasyonları öneli bir Ģekilde düģürür. Serbest alan biri deforasyonlarına göre dizayn edilen bu tür yapılar aģırı güvenli bir Ģekilde yapılaktadır (Hwang ve Lyser, 1981). Tünel zein etkileģi probleleri için kapalı for çözüler dairesel tünellerde uygun olakla birlikte dikdörtgen tüneller için uygun olaaktadır. Bunun sebebi bu yapılarda çok değiģken geoetrik karakteristiklerin bulunasıdır. Dizayn kolaylığı için dinaik zein etkileģi etkilerini dikkate alak için basit ve pratik yönteler geliģtiriliģtir (Wang, 1993). Birkaç faktör zein yapı etkileģi etkisine katkıda bulunur. Bunlar zein yapı arasındaki rölatif rijitlik, yapı geoetrisi, girdi depre hareketleri ve tünel göüle derinliğidir. En öneli faktör yapıya göre zeinin basit kesedeki rijitliğidir. ġekil 4.19 da gösterildiği gibi basit kese duruu altında bir zein kolonu içerisinde bir dikdörtgen zein eleanı dikkate alalı. Zein eleanı basit kese gerilesine aruz bırakıldığı zaan kese biri deforasyonu veya açısal Ģekil değiģtiresi Ģu Ģekilde tanılanır (Wang, 1993). (4.41) s H G 71

91 Zein yüzeyi Basit kese altında zein kolonu Δ τ H (a) τ L Rijit teel Δ P = τ x L (b) H ġekil 4.19 Zein ve dikdörtgen çerçeve arasındaki rölatif rijitlik (a) serbest alan zein ortaının eğile deforasyonu (b) dikdörtgen çerçevenin eğile deforasyonu Bu denklein yeniden düzenlenesinden sonra, parçanın eğile veya kese rijitliği, kese gerilesinin ona karģılık olan açısal Ģekil değiģikliğine oranı olarak yazılabilir. L s G / H (4.4) Uygulanan kese gerilesi yapının geniģliğince toplanarak yoğunlaģtırılıģ bir kuvvete, P ye çevrilebilir. Bu duru açısal Ģekil değiģtire için aģağıda verilen açıklaa ile sonuçlanır. s P W (4.43) H HS HS 1 1 s / H S 1 W H (4.44) 7

92 S 1, yapının biri eğile deforasyonunu sağlaak için gerekli olan kuvvete denir. Yapının esneklik oranı önceden ele alındığı gibi hesaplanabilir: F G S W (4.45) 1 H Bu açıklaalarda, biri yoğunlaģıģ kuvvetin sebep olduğu biri eğile rijitliği basitçe yanal eğile yön değiģtiresi karģılığı olak üzere S e eģittir. Keyfi düzenleniģ bir dikdörtgen çerçeve için süneklik oranı, geleneksel çerçeve analizi kullanılarak basit çerçeve analizinin yapılasıyla belirlenebilir. Bazı basit çerçeveler için süneklik oranı bilgisayar analizine gerek kaladan hesaplanabilir. Örneğin tavan ve iç döģeenin eylesizlik oentlerinin (I R ) ye yan duvarların eylesizlik oentinin (I W ) ye eģit olduğu bir çerçeve için süneklik oranı Ģu Ģekilde hesaplanır (Wang, 1993): F G 4 H W EI W HW EI R (4.46) E : Çerçevenin düzle gerile elastisite odülü Tavan döģee eylesizlik oentinin (I R ), iç döģee eylesizlik oentinin (I I ) ve yan duvar eylesizlik oentinin (I W ) ye eģit olduğu bir çerçeve için süneklik oranı F G 1 H W EI W (4.47) eģittir. Buradaki Ψ (1 a )( a 3a ) ( a a )( 3a 1) 1 1 (4.48) (1 a 6a ) 1 I I I R a 1 (4.49) a I I H W R (4.50) W 73

93 Yapısal OvalleĢe ve OvalleĢe Katsayısı; Dikdörtgensel yapı için ovalleģe katsayısı, noralize ediliģ olan yapı ovalleģe Ģekil değiģtiresinin serbest alan zein Ģekil değiģtiresine oranı olarak tanılanabilir (Wang, 1993). R structure free field structure H free field H structure free field (4.51) Buradaki γ : açısal Ģekil değiģtire, Δ : yanal ovalleģe deforasyonudur. Sonlu eleanlar analizi sonuçları gösteriģtir ki zein ve yapı arasındaki göreceli rijitlik, ovalleģe deforasyonundan dolayı yapının Ģekil değiģtiresi üzerinde öneli bir etkiye sahiptir. F 0.0 Yapı rijit, bu yüzden yapı zeinde oluģan Ģekil değiģtirelere rağen yıkılayacaktır. F 1.0 Yapı içinde bulunduğu ortaa göre rijittir. Bundan dolayı deforasyon ve hasar az olacaktır. F 1.0 Yapı ve içinde bulunduğu orta eģit rijitliğe sahiptir. Bu yüzden yapı yaklaģık olarak serbest alan Ģekil değiģtiresine aruz kalır. F 1.0 Yapının ovalleģe Ģekil değiģtiresi serbest alanla ilgili olarak yükseltilir. Yinede bu dinaik yükselteden dolayı değildir. ġekil değiģtire yükseltilir çünkü ortada bir boģluk bulunaktadır. F Yapının rijitliği yoktur, bu yüzden yapı aynı delikli zeinlerde ki gibi deforasyonlara uğrayacaktır. Yapılan çalıģalar gösteriģtir ki belirli bir süneklik oranı için dikdörtgen bir tünelin dairesel bir tünele göre noralize ediliģ Ģekil değiģtiresi yaklaģık olarak %10 daha azdır (ġekil 4.0). Bu sonuç, dairesel tünel tepkisinin benzer süneklik oranına sahip dikdörtgen yapı için üst sıçrayıģ olarak kullanılasına izin verir. Ayrıca bu sonuç gösterektedir ki dikdörtgen tüneller için geleneksel dizayn uygulaası, yuuģak zeinlerdeki rijit yapılarla alakalı durular için çok tutucudur ( F 1. 0 ). Buna ukabil, süneklik oranının F 1. 0 olası duruunda, serbest alan deforasyon etoduna göre dizayn edilen bir dikdörtgen tünelin tünel tepkisinin 74

94 Dairesel tüneller için Yapısal Deforasyon Serbest Alan Deforasyonu Poisson oranı Süneklik Oranı, F Dairesel tüneller için Poisson oranı Yapısal Deforasyon Serbest Alan Deforasyonu Ġçi dolu üçgenler : dikdörtgen tüneller için Çigiler : dairesel tüneller için Süneklik Oranı, F ġekil 4.0 Dairesel ve dikdörtgen tüneller için noralize ediliģ yapı 75

95 düģük olarak tahin edilesiyle karģı karģıya kalınaktadır. Yapısal açıdan bakıldığında bu duru öneli bir endiģe kaynağı sayılayabilir. Çünkü bu duru süneklik oranları çok rijit ortaları iģaret etektedir. Böylece küçük serbest alan deforasyonları oluģaktadır. Bu duru aslında büyük deforasyonları absorbe edebilen oldukça sünek yapıları da iģaret edebilir (Wang, 1993). OvalleĢe deforasyonları eģdeğer statik yüklee etodunun kullanıldığı yeraltı yapılarında da kullanabilir. Bu duru ġekil 4.1 de gösterileye çalıģılıģtır. Derin göülü dikdörtgen yapılar için, genellikle kese kuvvetlerine bağlanan ovalleģelerin çoğu tavanın dıģ yüzeyinde oluģaktadır. Yüklee tavan ve duvarın birleģtiği yere yoğunlaģtırılıģ bir kuvvet olarak basitleģtirilir (ġekil 4.1a). Yüzeysel dikdörtgen tüneller için, zeinle tavan arayüzeyi arasında oluģan kese kuvveti aģırı yükleenin artasıyla artar. Yapıda ovalleģeye sebep olan en etkili dıģ kuvvet zein ile tavan arasındaki kese kuvvetinden, yan duvarlar boyunca oluģan noral toprak basıncına doğru yavaģ yavaģ kayabilir. Bu yüzden üçgen basınç dağılıı odele ġekil 4.1b de gösterildiği gibi uygulanır. Genellikle, üçgen basınç dağılı odeli dikdörtgen yapıların alt noktaları için daha kritik oent kapasite değerleri bulur. Buna karģın yoğunlaģtırılıģ kuvvet etodu tavan duvar birleģi noktalarında daha kritik oent sonuçları verektedir (Wang, 1993). Yukarıdaki görüģ hoojen zeinlerde bulunan yeraltı yapılarını kapsaaktadır. Eğer yeraltı yapısı yuuģak ve sert zeinler arasında kalıyorsa, uygulanan analiz bu iki zein arasında değiģen yer hareketlerini ve kese deforasyonlarını izah etelidir. Adı Adı Dizayn Yöntei; Dikdörtgen yapıların dizaynı için basitleģtiriliģ çerçeve analizi yeterli ve akul bir dizayn yaklaģıı olarak kabul edilebilir. Takip eden bölüde böyle bir analiz için adı adı yapılacaklar anlatılıģtır. 1. Yapının teel ön dizaynı yapılır ve statik dizayndaki eleanların ilk boyutları ve uygun dizayn gereksinileri belirlenir.. Zeinin serbest alan kese biri deforasyonlarının topla deforasyonlara oranı, Δ free-field, düģey yayılan yatay kese dalgaları kullanarak tahin edilir. 3. Serbest alan ortaı ile yapı arasındaki göreceli rijitlik (esneklik oranı) belirlenir. 76

96 (a) Sözde yoğunlaģtırılıģ kuvvet, P Δ structure =R.Δ free-field (b) Δ structure =R.Δ free-field Sözde üçgensel basınç dağılıı ġekil 4.1 BasitleĢtiriliĢ çerçeve analizi odelleri: (a) derin tüneller için sözde yoğunlaģtırılıģ kuvvet (b) yüzeysel tüneller için sözde üçgensel basınç dağılıı 4. (4.51) de tanılanan ve ġekil 4.0 de gösterildiği gibi süneklik oranına bağlı ovalleģe katsayısı (R) belirlenir. 5. Yapının gerçek ovalleģe deforasyonun R olarak structure free field hesaplanır. 6. Basit bir çerçeve analizinde depreselliğin neden olduğu ovalleģe deforasyonu etki ettirilir. 7. Diğer yüklee bileģenlerinden gelen elean iç kuvvetleri ovalleģeye eklenir. Eğer kalıcı olan yapı sükunetteki toprak basıncına göre dizayn edilirse, depreden önce veya sonra oluģacak basınçlarda eydana gelecek artıģı dikkate alaya gerek yoktur. Eğer yapı aktif toprak basıncına göre dizayn edilirse he aktif he de sükunetteki basınçlar dinaik yükler için kullanılalıdır. 8. Eğer 7. addeden çıkan sonuçlar yapının uygun kapasiteye sahip olduğunu gösterirse dizaynın yeterli olduğu düģünülür. Aksi takdirde deva edilir. 77

97 9. Eğer yapının eğile dayanıı adde 7 deki değeri aģıyor ise eleanların dairesel sünekliği kontrol edilir. Eğer elastik olayan deforasyonlar ortaya çıkarsa özel dizayn Ģartları yerine getirilelidir. ĠĢlete dizayn deprei için deforasyon sonuçları elastik sınırlar içinde tutulalıdır. Küçük elastik olayan deforasyonlar proje-özel perforans gereksinelerine bağlı olarak kabul edilebilir veya edileyebilir. Maksiu dizayn deprei için ükün olan iģleyiģ değerlendirileli. ACI 318 gereğince oentlerin yeniden dağlıı kabul edilebilir olalı. Ayrıca oluģan plastik afsalların duruu da kabul edilebilir Ģekilde olalıdır. Eğer plastik afsallar oluģursa süneklik oranı tekrar hesaplanalı ve analiz 3. aģaadan itibaren tekrar baģlatılalıdır. 10. Eğer dayanı ve süneklik gereksinelerini karģılanıyorsa veya elastik olayan deforasyon sonuçları izin verilen sınırları aģıyor ise yapı tekrardan yapının perforans hedeflerine bağlı olarak dizayn edilelidir. 11. Yapısal eleanların boyutları gerektiği kadar odifiye edilir. Eğer plastik dizayn bağlaında sınır Ģartlar herhangi bir noktada aģılıyorsa dizayn taalanıģtır. Donatı oranında gevrek davranıģtan kaçınak için ayarlaaya ihtiyaç duyulabilir. Statik veya sözde statik yükler altında, aksiu kullanılabilir basınç biri beton deforasyonu eğile için 0.004, noral yüklee için 0.00 dir. OvalleĢe deforasyonlarına ek olarak aç-kapa yapıların dizaynında düģey ivelerden ve sürtünesel toprak sürüklenelerinden oluģan yükler dikkate alınalıdır. DüĢey sisik kuvvetler aç kapa tünel yapısının tavanına, tahin edilen pik düģey zein ivesinin dolgu kütlesi ile çarpılasından elde edilen iktar kadar kuvvet uygularlar. Bu duru dikkatle inceleneli ve gerekli önleler alınalıdır. Dinaik Toprak Basıncı; Aç kapa tünel yapılarındaki dinaik toprak basıncı yapının dıģ yüzeyi boyunca kopleks kesenin ve noral gerile dağılılarının Ģeklini alır. Bu dıģ kuvvetlerin ta olarak iktarının belirlenesi için dikkatlice yapılacak olan dinaik zein-yapı analizine ihtiyaç vardır. Dinaik toprak basıncı etotları genellikle yapının çevresindeki zeinin içsel kuvvetlerinden oluģan depre yükleri olarak dikkate alınır. Yanal toprak basınçlarındaki arıtıģı belirleek için çoğunlukla kullanılan etot Mononobe-Okabe etodudur. Bu etot 1970 yılında Seed ve Whitan tarafından da önerildiği gibi 78

98 ayrıca Japon ĠnĢaat Mühendisleri Birliği (JSCE) tarafından da kabul görüģtür. Bu etot dinaik toprak basınçlarını, zein özellikleri ve belirleniģ olan sisik katsayı ile iliģkilendirip hesaplaaktadır. Mononobe-Okabe etodu ilk olarak yeraltında bulunan istinat duvarları için geliģtiriliģ olup, duvar arkasında kalan zeinin hareket etesi esasına göre geliģtiriliģtir. Bununla birlikte bir göülü dikdörtgen yapısal çerçeve zeinle birlikte hareket edecektir. Düzle biri boy değiģtire altındaki dikdörtgen kesitler için Mononobe-Okabe etodu gerçekçi olayan sonuçlara yol açaktadır. Bu yüzden tipik tünel kesitleri için tavsiye edileektedir. Genellikle derin göülü tünellerde, tahin edilen yatay toprak basıncı daha az güvenilir olaktadır. Çünkü sisik zein hareketlerinde derinlikteki artıģlar oldukça öneli olaktadır. Bir önceki bölüde taslağı çizilen deplasan / deforasyon kontrol iģleleri tüneller için kullanılalıdır. Sayısal Metotlar; Yeraltı yapıları için sisik zein-yapı etkileģi problelerinin kopleks yapısı sayısal etotların kullanıını gerektirebilir. Özellikle bu duru aç kapa yapıları için daha da gerekli olaktadır. Çünkü bu tür yapıların sisik hasarlarla karģı karģıya kalaları daha uhteeldir. Ayrıca dairesel olayan Ģekle sahip veya değiģen hatlara sahip aden tünellerinde basit kapalı for çözülerin kullanıı ikansızlaģaktadır. Yeraltı yapıları için kullanılan sayısal analiz etotları yoğunlaģtırılıģ kütle / rijitlik etotları ile sonlu eleanlar ve sonlu farklar etotlarını içerektedir. DüĢey ve eğile deforasyonları analizi için en uygun yol üç boyutlu odelden yararlanaktır. YoğunlaĢtırılıĢ kütle etodunda tünel birkaç bölüe ayrılır. Bu bölüler birbirine, tünelin eksenel kese ve eğile rijitliklerini tarif eden yaylarla birbirine bağlanır. Zein reaksiyonları yatay, düģey ve eksenel yaylarla tesil edilir (Hashash, 1998) (ġekil 4.) ve analiz eģdeğer statik analiz olarak yürütülür. Tünel uzunluğu boyunca seçilen yerlerde ilk hesaplananlar serbest alan deplasan zaan tanı alanlarıdır. Zaan tanı alanı dalga yayılıģının etkilerini de içerelidir. Hesaplanan serbest alan deplasan zaan tanı alanları statik analiz benzeri bir analizde, zein tünel etkileģiini tesil eden yayların sonuna uygulanır. Eğer dinaik ve zaan tanı alanında analiz istenirse, uygun sönü faktörleri yaylara ve yapıya dahil edilelidir. 79

99 DüĢey Enine Zein Yayları DüĢey Boyuna Enine Tüp Kesiti Deplasan zaan tanı alanı kaydı ġekil 4. BasitleĢtiriliĢ üç boyutlu odel Sonlu farklar veya sonlu eleanlar odellerinde, çevredeki jeolojik orta ya ayrılır yada zein yaylarıyla tesil edilir. Bu odeller için var olan bilgisayar prograları (code) FLAC 3D, SASSI, FLUSH, ANSYS-III, ABAQUS ve diğerlerini içerir. Ġki boyutlu ve üç boyutlu sonlu eleanlar ve sonlu farklar odelleri aç kapa tüneller ile dele tünellerin kesitlerini analiz etede kullanılabilir (ġekil 3 ve 4). ġekil 4.4 de sonlu eleanlar etodu plastik davranıģ gösteren yapının bölülerini kontrol etek için kullanılıģtır. Hareketin zayıf düzle boyunca olduğu jeolojik orta Ģartlarındaki (kese bölgeleri, yataklana düzleleri, birleģi yerleri) tünellerde, yerel gerile yoğunlaģaları ile kırıla ve göçelerin oluģabileceği potansiyel durularda farklı elean odellerin kullanıldığı analizler düģünülebilir. Bu odellerde, zein / kaya kütlesi farklı blokların bir araya getirilesi Ģeklinde odellenir. Bu bloklar sırasıyla ya rijit yada esnek alzeeler olarak odellenebilir. Zayıf düzle boyunca bloklar arasındaki göreceli hareketler noral ve kese doğrultularında kuvvet-deplasan iliģkisi kullanılarak odellenir. UDEC ve DDA bu tip analizler için olan iki bilgisayar prograıdır. Goez-Masso ve Attalla (1984) detaylı sonlu eleanlar analizleri ile basitleģtiriliģ tünel odellerini karģılaģtıran geniģ ve detaylı bir çalıģa yapıģlardır. ÇalıĢalar sonucunda birkaç istisna hariç olak üzere basitleģtiriliģ etotların oldukça tutucu sonuçlar vere eğiliinde olduğu görülüģtür. Bu sonucun bir sebebi basitleģtiriliģ etotların yapı-zein etkileģi etkilerini dikkate alakta baģarısız olaları oluģtur. 80

100 ġekil 4.3 Aç kapa yapısındaki aksiu deplasan dağılıı Önceden yapılan lineer analizler, serbest alan analizinden bulunan ovalleģe değerlerinden küçük olarak bulunuģlarsa da Los Angeles Metro sisteindeki lineer olayan analiz sonuçları (Sweet, 1997) yapısal ovalleģenin serbest alandan daha büyük olduğunu gösteriģtir. Bu duru he lineer olayan yapısal davranıģın he de serbest alan çevre frekans içeriğinin yapısal ovalleģe davranıģına katkısı olduğu iddiasını destekleektedir. Manoogian (1998) bir paraetrik çalıģa aracılığıyla yer hareketinin yeraltı yapılarının varlığından dolayı öneli derecede kuvvetlenebileceğini gösteriģtir. Bununla birlikte bu çalıģa zeini elastik yarı uzay ve tünel hattını da elastik olarak dikkate alıģtır. ġekil 4.4 Aç kapa yapısının defore oluģ hali. Siyah olan bölgeler plastik afsal olan kısılardır. 81

101 4.6.3 Özel sisik Dizayn Konuları GiriĢ Yapılarında ve Ġstasyonlarda Tünel BirleĢi Noktaları Yeraltı yapıları sık sık yapısal rijitlikte ve zein Ģartlarında ani değiģikliklerle karģı karģıya kalırlar. Bu durulara örnek olarak (1) tünellerin binalarla yada istasyonlarla arasındaki birleģi noktaları; () tünellerin birleģi yerleri; (3) değiģen rijitliklerin farklı jeolojik ortalar arasındaki geçiģleri; (4) tünellerde hareketin önlendiği yerel tutuluģ bölgeler. Bu gibi yerlerde rijitlikteki farklılıklar yapıda hareketlerin oluģasına sebep olabilir. Bu duruda bu noktalarda gerilelerin yoğunlaģasına sebep olur. Bu arayüzey problelerin en bilinen çözüü esnek birleģi bölgelerinin oluģturulası ile olabilektedir. Tünel yapısının rijit bir Ģekilde giriģ yapılarına yada istasyonlara bağlandığı durular için, Yeh (1974) ve Hetenyi (1976) diferansiyel çapraz eğilelerden dolayı tünel ve istasyon arayüzeyi arasında oluģan ek oent ve kese gerilelerini tahin etek için bir çözü geliģtirdiler. Sisik birleģi noktalarının dizaynı he uzunlaasına he de enine yönde olak üzere gereken ve izin verilen diferansiyel hareketlerin belirlenesi ile baģlaalıdır. Bu noktalar he statik he de dinaik toprak yüküne ve ayrıca su yüklerine he depreden önce he de sonrasında dayanabilecek Ģekilde dizayn edilelidir. Bu bölülerin sağla kalaları gerektiği gibi su geçirez olarak da kalaları gerekektedir. Diferansiyel hareketler kapalı for çözüler veya sayısal etotlar kullanılarak hesaplanabilir. San Francisco Körfezi Hızlı UlaĢı Sistei yeraltı yapılarında ve havalandıra binalarında bu hareketler dikey ve boyuna yönlerde olak üzere ±37 ve ±150 olarak hesaplanıģtır. Alaeda Tüpleri güçlendire dizaynı için iki ayrı dinaik zein yapı etkileģi analizi giriģ yapıları ve akan tüneller için uygulanıģtır. Tünel ve giriģ binaları birbirinden bağısız hareket edebilen yapılar olarak düģünülüģtür. Bir deplasan zaan tanı alanı, giriģ binasının tünelin en sonundan tünele bağlandığı nokta için hesaplanıģtır. GiriĢ binası ile tünelin birleģi yeri hesaplanan iki deplasan tanı alanı arasındaki farka kendini uydurak zorundadır. Bu analizler gösteriģtir ki boyuna diferansiyel deplasanlar öneli iktarda enine deplasanlardan büyüktür. Eğer sürekli dizayn kullanılırsa oldukça büyük kuvvetler ve oentlere sebebiyet verilebilir. Tünel ve giriģ yapıları arasında farklı hareketlere izin verek için bir esnek bölge yapılası tavsiye edilir. 8

102 Kuesel (1969), herhangi zein kaya geçiģ bölgesinde bir tünel yapısı zein içerisinden kaya veya kaya kenarına doğru yöneleesini tavsiye etiģtir. Tünel yapıında en azından 60 c lik bir kazı bölgesi toprak veya agrega dolgu ile doldurulalıdır. Bunun nedeni sisik olaylar sırasında rijit bir bölgenin oluģasını önleektir. Bununla birlikte bu olay dele tünellerinde her zaan ükün değildir. Böyle bölgelerde esnek hatlar kurulabilir. Tünel giriģ yapıları ve hava enfezi yapıları diğer yeraltı yapılarından farklıdır. Bu tip yapıların sisik dizaynlarında eylesizlik etkileri dikkate alınalıdır. Aynı zaanda diferansiyel hareketlerden dolayı yapı ve bağlantı yapısı arasında oluģabilecek çarpıģalar dikkate alınalı ve dizayn buna göre yapılalıdır. Bu duruu önleyebilek için giriģ ve hava enfez yapıları esnek bölgelerin kullanılası yardııyla tünel yapısından izole edilebilir Tünel Parçalarının Bağlantı Dizaynı Önceki bölülerde anlatılıģ olan ve tünel ovalleģesi için kullanılan analiz etotlarında tünel hat kesitlerinin sürekli olduğu farz ediliģtir. Bir tünel, tünel akineleri kullanılarak yapıldığı zaan genellikle bölüler halinde yapılır ve bu bölüler birbirlerine daha sonra bağlanır. Bölülerin birleģi noktaları bekleneyen yer deforasyonları dikkate alınarak dizayn edilelidir. Dizaynı yapan ühendisler birleģi noktalarının davranıģını elastik sınırlar içinde tutacak Ģekilde yapalı veya elastik olayan tepkileri önceden tahin ederek birleģi noktalarının dizaynını bu doğrultuda yapalıdır. Takada ve Adbel-Aziz (1997) bu konuda çalıģalar ortaya koyuģlardır. Yüksek olan yer sarsıntıları altında birleģi bölgelerinde plastik uzaalar eydana gelekte ve bu duru sisik olaylar sonrasında su sızalarına sebebiyet verebilektedir Mevcut Yeraltı Yapılarının Sisik Güçlendiresi Dairesel tüneller için düģünceler; Bir tünel yapısının örü için öneli olan konulardan biride hat ile onu çevreleyen jeolojik orta arasındaki teasın kalitesidir. Zeinle yapı arasındaki teasın kalitesi çekirdek örnekler alınarak veya jeolojik teknikler ile araģtırılabilir. Bunların sonucunda zein enjeksiyon yapılarak veya diğer yönteler ile iyileģtirilebilir. Tünel hattının zayıf zein koģullarında olduğu veya yüksek risk taģıyan durularda yapılan teas enjeksiyonu yeterli dayanı geliģiini sağlaayabilir. Bu duruda tünel hattının değiģtirilesi de gündee gelebilir. Bundan daha önce düģünülesi gereken hat kalınlığının betonare ile arttırılası veya ilave donatılarla 83

103 güçlendirilesi olabilir. Arttırılan hat kalınlıkları her zaan kabul edilebilir çözüler sağlaayabilir. Çünkü artan yapısal rijitlik daha fazla kuvvetin yapıya etkiesi anlaına gelecektir. Dayanıın arttırılası kadar sünekliğin arttırılası daha etkili bir önle olarak düģünülebilir (Power, 1996). Eğer aģırı eksenel veya eğile gerileleri oluģacağı önceden söyleniyorsa, güçlendire çözüü tünel hattına dayanıdan daha çok ek süneklik sağlaak için yapılabilir. Hatta iletilen deforasyonlar artan zein yapı etkileģiinden dolayı azaladıkça hattın kalınlaģtırılası boyuna eksenel ve eğile gerilelerinin azaltılası için etkili olayacaktır. Tünel ekseni boyunca eklenen daire çevresindeki özel noktalar boyuna yönde ilerleyen dalgaların neden olduğu gerile ve deforasyonlarını azaltabilir. Eklenen noktaların değeri noktasız uulan perforans ile kıyaslanalıdır. Çoğu kez yapıda bulunan donatı yeterli sünekliği sağlayabilir. Eğer noktalar yapılırsa, bu duruda noktaların olduğu yerlerde zayıf yerler eydana gelekte ve bu yerlerde enine kese deforasyonları eydana gelebilektedir. Noktaların su sızdırasını önlee yeteneği üzerinde ayrıca düģünülelidir. Bu yaklaģı San Francisco Körfezi Hızlı UlaĢı Sistei ndeki Alaeda Tüpleri için güçlendire dizayn uygulaasında kullanılıģtır. Aç kapa tünelleri için düģünceler; Eğer analizler, kesitin etki eden ovalleģe deforasyonlarına veya sisik toprak basıncına dayanaayacağını gösterirse yapısal odifikasyon düģünülelidir. Bazı ükün stratejiler, betonare hatların sünekliğin arttırılasını, evcut hatlara çevre takviyelerinin yapılasını ve birleģi yerlerine çelik plaka eklenesini içerir. BirleĢi yerlerine yapılan eklerin boyuna yönde esnekliği arttırdığı düģünülebilir Yeraltı Yapılarında Yapısal Eleanlar için Göz Önüne Alınacak Durular Önceki bölülerde anlatılıģ olan dizayn etotları, yeraltı yapılarının yapısal destek eleanlarındaki kuvvetlerini ve deforasyonların büyüklüklerini önceden bulaızı sağlar. AĢağıda dizaynırın yapısal eleanların detaylı dizaynını geliģtirirken dikkate alası gereken birkaç sorun sıralanıģtır. 1. Yeraltı yapılarındaki depre etkileri yapının dayanıı tarafından kayda değer bir Ģekilde değiģtirileeyen deforasyonların Ģeklini alır. Yapı statik yükleri taģıyabilek için kapasite kaybı oladan etki eden deforasyonları absorbe etek için yeterli süneklik ile yerine dizayn edilelidir. Bununla birlikte sağlanan yeterli süneklik çerçevedeki oent direncini giderek ile 84

104 aynı değildir. Moent direnci olayan aç kapa yapıları zein dolgusunun dinaik hareketleri altında göçe duruuna kolaylıkla gelebilir (Owen ve Scholl, 1981).. Eğrilik Ģekil değiģtiresi: Yer sarsıntısı tünellerde büyük eğrilik Ģekil değiģtirelerine sebep olabilir. Yapı beklenen deforasyonunu ve tünel yapısının zorlanasını azaltak için enine özel noktaların dizaynı ile ekleli olarak yapılabilir (Kuesel, 1969). 3. Elastik Ģekil değiģtire kapasitesi: Sürekli yapısal çerçevenin elastik ovalleģe Ģekil değiģtiresi, hücrenin en rijit dıģ köģe noktasının döne kapasitesi olarak hesaplanır. Eğer en rijit köģenin elastik döne kapasitesi etki eden kese Ģekil değiģtiresini geçerse ilave koģullara gerek kalaz (Kuesel, 1969). 4. Ġzin verilen plastik Ģekil değiģtire kapasitesi: Eğer etki eden kese Ģekil değiģtiresi en rijit köģe noktasının elastik döne kapasitesini aģarsa, plastik Ģekil değiģtire daha az rijit olan eleana etki eder. Diğer eleanın elastik dönesi, plastik deforasyona uğraıģ eleanın aksiu uç dönesini belirleek için etki eden zein Ģekil değiģtiresinden çıkarılabilir. Eğer etki eden döne bir tekil elean için bu değeri geçerse, nokta, onların elastik rijitliklerini eģitleyene kadar noktanın her iki eleanına plastik esnekliği dağıtak için dizayn edilebilir (bu duru çok alıģılaıģ durularda gerekli olabilir). Kese göçesi plastik esnekliği olan eleanlarda önlenebilir. 5. Tünel hatlarının burkula dayanıı konusunda, özellikle hattın ince olası halinde dikkatli olunalıdır. 6. Rijit diyafraların esnek yapısal çerçevelerle hareket ettikleri yerlerde, çerçevenin Ģekil değiģtiresi bitiģik olan diyafra tarafından engellenebilir (etro istasyonlarındaki dıģ duvarlarda olduğu gibi). Diyafraa bitiģik olan dıģ duvarlarda, tavan ve kat döģeelerinde özel yapı noktaları deplasanları sönüleek için gerekebilir. 7. Statik dizaynda, dıģ duvarların iç yüzeylerindeki düģey donatı duvarların orta bölgesine kadar olan bölüde gereklidir. Bununla birlikte, sisik hareket sırasında bu duvarlar çeke ile karģı karģıya kalacaklardır. Bu yüzden duvarlardaki iç donatı yukarıya, döģeenin altına kadar uzatılalıdır. 8. Doğrudan zeinle teası olayan yapısal eleanlar rijit dıģ yapısal eleanlar ile sürekli oldukları zaan, bu iç eleanlar plastik döneden 85

105 etkilenebilirler. Böyle durularda, bu eleanlar arasına sünek kesitler ve afsallar dizayn edilelidir. Ġç kolonlar, duvarlar, kiriģler ve döģeeler boyuna eksenlerine noral olan dinaik kuvvetlere dayanabilecek Ģekilde dizayn edilelidirler. 9. Eksenel eleanların uç birleģilerinin dizaynında ve detaylandırılasında ve ayrıca tü yapının ovalleģe etkileri de düģünülerek özel dikkat gösterilelidir. Sürekli diyafralarla uyu içinde davranan basınç eleanlarının, dizayn kabulleri gereğince davranalarından ein olak için genellikle özel detaylandıralara gerek olacaktır. 10. Depre etkisinden ötürü oluģan Ģekil değiģtireler ana yapısal çerçeveye elastik kapasitesi dıģında bir zorlaa yapaazlar. Bütün ilave yapılar rijit bir Ģekilde ekleniģ gibi hareket edebilirler (bu uzantılar ana yapının bir parçası olarak da dizayn edilebilirler). Ana iskelet yapıdaki beklenen plastik deforasyonlardan dolayı ana ilave yapılarının bağlantı dizaynı gevģek olarak da yapılabilir. Bu duruda birleģi bölgesi kolayca onarılabilir veya farklı hareketlere izin verecek Ģekilde dizayn edilebilir. 11. Dikdörtgen yapıların sonları ile duvarlar ve çatı döģeelerinin birleģi yerleri farklı deforasyonları karģılayabilelidir. Çatı döģeesi ile duvarların birleģe noktaları üst ve alt döģeeler arasına etki eden kese deplasanına eģit enine farklı hareketlere karģı koyabilelidir. Ara kat döģeeleri de benzer fakat daha küçük olan deplasanlara karģı koyabilelidir. Yan duvar ve son duvar arasındaki birleģi noktaları yapı için beklenen enine ovalleģe Ģekil değiģtiresini dikkate alarak dizayn edilelidir. Son duvarlar, çatı ve kat döģeeleri arasındaki deforasyon noktaları tercihen boyuna döģeelerde olalıdır. BirleĢi noktaları bir depre sonrasında zorlanan eleanların tair edilesine izin verek için ulaģılabilir olalıdır. 1. Deforasyon nokta yerleģiinde öneli olan husus yapısal çerçevelerde plastik deforasyonun heen eydana geleesidir. Plastik deforasyonun olacağı tahin edilen bütün noktalarda veya bu tür özel birleģi noktalarında su sızalarını önleek için tedbirler alınalıdır. Yerel bentonit hazne veya bir plastik conta bu noktada iģe yarayabilir. 86

106 Zein Göçeleri için Dizayn Stratejileri Yeraltı yapıları için büyük sürekli yer deforasyonlarına karģı destek yapıları yapak pek ükün olasa da zein stabilize teknikleri örneğin zein iyileģtirilesi, drenaj, zein güçlendirilesi, enjeksiyon veya toprak dayana sisteleri büyük deforasyonların önlenesi açısından etkili olabilirler. Diğer alternatifler zeindeki probleleri kaldırayı veya yeni bir tünel halinde tünel güzergahının yeninden belirlenesi alternatiflerini kapsar. Bu bölüde yeraltı yapılarının dizaynı için, zein sorunlarıyla birleģiģ belirli probleleri azaltanın yaklaģıları ve ana hatları ortaya konaya çalıģılıģtır. SıvılaĢabilen ortalarda yüze duruu; SıvılaĢan zeinlerde yeraltı yapılarının yüze duruu yeraltı yapılarının öneli problelerinden biridir. Schidt ve Hashash (1999) sıvılaģaya üsait tabakalarda bulunan yeraltı yapıları için ükün olan yüze durularını tarif etiģlerdir. Yer değiģtiren tünelin altındaki sıvılaģan zein, tüneli biraz daha yukarı kaldıracaktır. DüĢük ağırlıklı yeraltı yapılarının sıvılaģan zeinlerde yukarı kalkasının önleek için uygulanabilecek etotlardan bir tanesi sızdırazlık perdesi kullanıı ve Schidt ile Hashash ın (1999) tarif ettikleri Ģekilde izolasyon prensiplerine uyulası ile olabilir (ġekil 4.5). Sızdırazlık perdesi, palplanģ perdesi veya örneğin jet grout veya taģ kolon ile iyileģtirilen zein ile yapılabilir. Drenaj yapabile kapasitesine sahip palplanģ perdesi depreden dolayı oluģan boģluk suyu basıncını da düģürebilir. Tanaka (1995) tarafından yapılan sarsa asası deneyleri gösteriģtir ki drenaj kapasitesine sahip palplanģ perdeleri sıradan palplanģ perdelerine göre birçok hasarı önleektedir. Bariyer duvarları evcut boģluk suyu basıncını he yeraltı yapısının altındaki bölüde he de yapının altında bulunan zeinde düģürektedir. Uzun bariyer duvarları kullanılarak yapılan yükselte iģi kısa olanlara göre, hız yükseltesini ve topla yeraltı yapısı düģey deplasanlarını azaltaktadır. Bu yapıların sıvılaģadan dolayı yukarı kalkası daha geniģ yapılara göre daha zor bir hale gelektedir. SıvılaĢa potansiyeli azaltıldığı takdirde farklı deplasanlara izin veren esnek noktaların kullanıı tünel birleģileri için yinede gerekli olabilir. 87

107 GevĢek dolgu zein (a) SıvılaĢan zeinin akası Yer değiģtiren tünel Yukarı yönde basınç Doğal zein Dolgu zein 0,6 Doğal zeine giriģ TaĢ kolon Geçirili Ģilte (b) (c) Dolgu zein Jet enjeksiyon taģ kolon.4 6 1, ġekil 4.5 SıvılaĢadan dolayı tünelin hareketini önleek için sızdırazlık perdesi kullanıı. (a) sıvılaģanın eydana gelesi (b) taģ duvarlar ile yapılan izolasyon duvarı (c) jet grout ile yapılan izolasyon duvarı ġev dayanıksızlığı ve yanal yayıla; ġev dayanıksızlığı ve yanal yayılan hareketlerin sebep olduğu sıvılaģanın azaltılabilesi için teknik olarak ükün olan tek yol zeini stabilize (iyileģtire) etektir. Bir yeraltı yapısının bu hareketlere karģı dizayn edilesi, tehlikenin yeri belirlenedikçe ve hareketlerin iktarı küçük oladıkça kuģkulu bir duru olarak kalacaktır (Power, 1996). Aktif faylardan geçen yeraltı yapıları; Genel dizayn felsefesi yeraltı yapılarını beklenen fay deplasanlarına karģı koyabilecek ve sonradan eydana gelen hasarların onarıına izin verecek düzeyde inģa etektir. Fay deplasanlarını tahin etek için kullanılan etotlardan biri bazı kaynak paraetrelerinin fonksiyonu olarak sanılan deplasanları açıklaak için apirik bağlantıların kullanıldığı etottur. Bilinen ve kullanılan 41 adet tarihsel depre için kaynak paraetrelerinin dünya çapındaki bilgileri, agnitüt, kırıla uzunluğu, 88

108 kırıla geniģliği, kırıla alanı ve yüzey deplasanları arasındaki apirik bağlantılar Wells ve Coppersith tarafından 1994 yılında geliģtiriliģtir. Maksiu ve ortalaa yüzey deplasanlarının he oent büyüklüğüyle he de yüzey kırıla uzunluğu ile karģılıklı iliģkisi vardır. Deplasan ve oent büyüklüğü arasındaki karģılıklı iliģki deplasan ile yüzey kırıla uzunluğu arasında da görülektedir. Fay deplasan tehlike değerlendiresi için nispeten yeni sayılabilecek bir iskelet çalıģa Coppersith ve Youngs (000) tarafından ortaya konuģtur. Muhteel fay deplasan tehlike analizi, uhteel sisik tehlike analizinin bir uzantısı ve uhteel sisik tehlike analizi ile aynı eleanlardan oluģaktadır. Fay deplasan tehlikesinin değerlendirilesi için uhteel sisik tehlike analizinin üçüncü adıındaki zein hareketi için tahini iliģki deplasan indirgee fonksiyonu ile yer değiģtirir. Bununla birlikte, yer hareketi için apirik dataların öneli bir kısı tarafından desteklenen farklı tahini bağlantılar, fay deplasan tehlikesi için olan odeller halen, geliģenin ilk aģaası içerisinde yer alaktadır. Muhteel sisik tehlike analizi ile alakalı olan ve deplasan yaklaģıı olarak adlandırılan bir alternatif etotta özel bölgelerde yapılan gözleleri kullanır. Burada aaç tehlikeyi değerlendirek ve belirleektir. Tehlikeyi sadece gözleniģ frekanslar ve deplasanların iktarı ile değerlendirerek, deplasan yaklaģıı taaıyla deprelerin kaynaklarını ve sisisitelerini dikkate alır. Bu etot noralde uhteel sisik tehlike analizi için gerekli olan adıları azaltır, fakat uhteelen bölge özel datalarına ihtiyaç duyulacaktır. Bu etotların ikisi de Yucca Dağı nın fay deplasan tehlikesinin değerlendirilesi için kullanılıģtır (Coppersith ve Youngs, 000). Aktif faylardan geçen tünellerin dizayn stratejileri deplasanın büyüklüğüne ve yer değiģtirelerin olduğu bölgenin geniģliğine bağlıdır. Eğer büyük yer değiģtireler dar bir bölgede yoğunlaģıģsa, alternatif dizayn çoğunlukla tünelin geniģletilesinden ve yer değiģtire bölgesinin dıģında yapa alternatiflerinden oluģacaktır AraĢtıra Gereksinileri Bu çalıģada yer alan bilgiler, yeraltı yapılarının dizaynı hakkında Ģidiye kadar bilinenleri anlataktadır. Daha birçok konu yeraltı yapılarının sisik tepkilerinin anlaģılası ve sisik dizayn prosedürlerinin geliģtirilesi için araģtırılaktadır. Bu araģtıra konularının bazıları aģağıda veriliģtir. 1. Tünellerin ve yeraltı yapılarının yer hareketi sırasında tepkilerinin ölçülesi. Bu ölçüler tünel uzunluğu boyunca yanal ve düģey deplasan ölçülerini 89

109 içerelidir. Bu bilgiler uzaysal tutarsızlık etkilerini ve tünel tepkisindeki yer hareketini anlaak için yararlı olacaklardır.. Bir aç kapa yapısının aģırı toprak yükünden dolayı tavan döģeesine olan yük transfer ekanizasının değerlendirilesinin geliģtirilesi. AĢırı zein yükünün eylesizlik kuvvetinin hepsi tavan döģeesine aktarılaaz; bununla birlikte eylesizlik kuvvetine sebep olan zein bloğunun değerlendirilesi ta olarak açıklanaaıģtır. 3. Büyük düģey yer iveleri sonucu tünel hatlarında ve etro istasyon kolonlarında eydana gelen etkilerin araģtırılası. Büyük düģey kuvvetler Daikai Metro Ġstasyonu nun çöke sebeplerinden birini oluģturuģtur. 4. GiriĢ ve etro yapılarında olduğu gibi, tünellerin dinaik zein yapı etkileģi problelerini çözek için sayısal odellerin geliģtirilesi. Bu odeller yeraltı yapıların yanlarındaki fay kaynaklarının ürettiği yüksek yer titreģilerinin etkilerini anlaada yardıcı olacaklardır. 5. Yer hareketinin yönünün ve savura etkisinin tünel tepkisi üzerindeki öneinin değerlendirilesi. 6. Tünel boyunca farklı hareketlerin geliģesinde zein hareketi tutarsızlığının öneinin değerlendirilesi. Zein hareketinin tutarsızlığı özellikle yuuģak zeinlerde ve derin olayan tünellerde önelidir. YuuĢak zeinlerde bulunan yüzeysel tünellerde, tünel ile zein arasındaki kaya potansiyeli oldukça yüksektir. 7. Yeraltı yapılarına yerel yükselte ve azalta faktörlerinin etkisinin değerlendirilesi. 8. Yeraltı yapılarında tekrarlanan çevrisel yüklerin etkisinin araģtırılası. 9. Sıradan olayan hat uygulaalarının araģtırılası. Su izolasyonu için kullanılan alzeelerin sisik nokta olarak kullanılası ve böylece yeraltı yapısının sisik perforansının arttırılası. 90

110 5. SAYISAL UYGULAMALAR 5.1 Örnek Hesaplaalar Uygulaa 1: YuuĢak bir zeinde doğrusal tünel (Wang, 1993) Bu örnekte yuuģak zein tabakası üzerine yapılan dairesel ve yerinde yapılan bir tünel ele alınacaktır. Geoteknik, yapısal ve depre paraetreleri aģağıda veriliģtir. Geoteknik paraetreler: S dalgalarının hızı, C s = 110 /s Zein biri ağırlığı, γ t = 17.0 kn/ 3 Zeinin poisson oranı, υ = 0.5 (doyuģ yuuģak kil) Anakaya üzerindeki zein kalınlığı, h = 30.0 Yapısal paraetreler: Hat kalınlığı, t = 0.30 Hat çapı, d = 6.0 r = 3.0 Tünel uzunluğu, L t = 15 Tünel kesitinin eylesizlik oenti, 4 ( ) I C (0.5) Tünel hattının kesit alanı, A c = 5.65 Betonun elastisite odülü, E 1 = 4840 MPa Karakteristik beton dayanıı, f c = 30 MPa Eksenel kuvvet ve eğile altında izin verilen beton sıkıģası, ε allow =

111 R= Tünel enkesiti ġekil 5.1 Uygulaa 1,3,4 deki dairesel tünelin enkesiti Depre paraetreleri (MDE için): Pik zein parçacık ivesi, a s = 0.6 g Pik zein parçacık hızı, V s = 1.0 /s Ġlk önce basitleģtiriliģ denklei kullanalı. Boyuna biri deforasyonda aksiu değeri veren 40 0 li olay dalga açısı için aksiu eksenel biri deforasyon ve eğrilik biri deforasyonu: ab V sin 3 cos a r s s cos sin 40 cos 40 cos 45 C C (110 ) s s C s sin 40 cos 40 cos 45 = ± (110 ) C s olarak hesaplanan aksiu basınç biri deforasyon beton için izin verilen değeri aģaktadır (ε ab > ε allow = 0.003). Tünel ile zein arasındaki etkileģii dikkate alarak çözüe deva edeli. 1. Zeinin doğal peryodu (Dobry, 1976): T 4h C s 4 30, s. Ġdealize ediliģ dalga boyu: L T C s 4 h

112 3. Zeinin kaya odülü: G C s 17.0 (110 ) kpa 4. Zeinin eģdeğer yay katsayısını elde edersek: K a K t 16 G (1 ) (3 4 ) d L (16 )( 0968 )(1 0.5) 6.0 ( ) kn/ 5. Zein deplasan genliği, A: Zein deplasan genliği genellikle dalgaboyunun bir fonksiyonudur. Makul deplasan genliklerinin tahininde yer-özel yüzeyaltı Ģartları dikkate alındığı kadar zein hareketinin karakteristikleri de dikkate alınalıdır. Ele alınan bu çözüde zein deplasan genlikleri basitleģtiriliģ serbest alan denklelerinde kullanılan zein biri deforasyonlarının deplasan genliklerinin bir sonucu olarak zein biri deforasyonun bir davranıģı gibi ele alınır. Buradaki aaç tünel ile zein arasındaki etkileģiin açık olarak değerlendirilesine izin verektir. Deplasan genliği, A ve bir dalgaboyu L, Serbest alan eksenel biri deforasyonu için: V C s s A L V C s s sin cos A sin 40 cos A a A Serbest alan eğile eğriliği: a C s s cos 3 L 4 A A cos A b A

113 6. Maksiu eksenel biri deforasyon ve tünel hattının eksenel kuvveti: a az E l K A a L c 10 A a (0.085 ) eksenel kuvvet tünel ve çevresindeki zein arasındaki aksiu kuvveti ile sınırlandırılır. Maksiu sürtüne kuvveti: fl a Q ( Q ) E A az az f l c az 4 kn 7. Maksiu eğile biri deforasyonu ve buna karģılık gelen eğile oenti b az Ab L E I l c 1 K L t 4 r M az E l I c r b az ( )(1.76 )( ) kn 8. Eksenel ve eğile basınç biri deforasyonlarının izin verilen değerle kıyaslanası: ab a az b az allow 9. Eğileden dolayı oluģan aksiu kese kuvveti: V az M az L kn 10. Betonun izin verilen kese dayanıı: V c 0.85 ' f A c shear (1000 ) 19 kn 94

114 11. Maksiu kese kuvveti ile izin verilen kese dayanıının kıyaslanası V 3319 kn V 19 az c kn Her ne kadar hesaplarda aksiu kese kuvveti izin verilen kese dayanıını geçekte ise de bu proble gerçek dizaynda sorun olayabilir. Çünkü baģka sebeplerden dolayı kullanılan donatı ek kese dayanıı sağlayacaktır. Ayrıca burada deplasan genliği (A) noralden daha büyük olarak dikkate alınıģtır. Uygulaa : Dikdörtgen tünelin eğile deforasyonu (Power, 1996) Depre ve zein pareetreleri: M w = 7.5, kaynak erkez uzaklığı = 10 k Yüzeydeki pik zein parçacık ivesi, a az = 0.5 g S dalgasının zeindeki yayıla hızı, C = 180 /s YuuĢak zein, zein yoğunluğu, ρ = 190 kg/ 3 Tünel paraetreleri (dikdörtgen betonare tünel): Tünel geniģliği W = 10, yükseklik H = 4, derinlik h = 5 H=4 h=5 W=10 ġekil 5. Uygulaa deki yeraltı yapısının enkesiti 1. Serbest alan kese deforasyonu Δ free-field : Tünel derinliğindeki yer hareketi a s 1.0 a g 0.5 g ax 95

115 V s ( 08 c / s / g )( 0.5 g ) 104 c s 1. 0 s ax V C s free field ax H Esneklik oranının hesaplanası, F: G C 190 (180 ) kpa F G S l W H Bir biri enkesit uzunluğunun (1) bir biri (1) eğile deforasyonu yapası için gerekli olan kuvvet kpa olarak belirleniģtir. F 0.5 için eğile katsayısı, R 0. 5 dir. 3. Yapının eğile deforasyonu R structure free field Uygulaa 3: Elastik teel kiriģi analizi etodu ile S dalgalarının sebep olduğu eksenel ve eğrilik deforasyonları (Power, 1996) Depre ve zein paraetreleri: M w = 6.5, kaynak-yer esafesi = 10 k Yüzeydeki pik zein ivesi, a az = 0.5 g C s(r) = 5 k/s Kaya dalgalarının doğal peryodu, T = s S dalgalarının yayıla hızı, C s(s) = 50 /s Zeinin biri ağırlığı, ρ =190 kg/ 3 Zeinin poisson oranı, υ =

116 Tünel paraetreleri (dairesel betonare tünel) (ġekil 5.1) D = 6 r = 3.0, t = 0.3, tünel derinliği = 35 E l = 4.8 x 10 6 kpa, υ l =0., A c = 5.65, 4 4 ( ) 4 (0.5) 1.76 (ġekil 5.) I C 4 1. Boyuna ve enine yönde olan zein yay sabitlerinin belirlenesi: L C T , G C kpa s ( R ) K a K t 16 G (1 ) (3 4 ) d L 16 ( )(1 0.3) kpa. S dalgalarında oluģan aksiu eksenel biri deforasyon: Tünel derinliğindeki yer hareketi Tablo 4 ve Tablo 3 yardıı ile belirlenir. a s 0.7 a g 0.35 az g A (35 c/g) ( 0.35 g) 1. c 0.1 a az A L E l K A a c L S dalgalarının sebep olduğu aksiu eğile biri deforasyonu: b az 1 L E l k I t c A L 4 r Topla biri deforasyon: ab a az b az

117 Eğer elastik teel kiriģ etodu ile bulunan gerileler serbest alan deforasyon etodu ile elde edilen sonuçlardan daha büyük ise serbest alan deforasyon etodu ile bulunan gerileler çözülerde kullanılır. Uygulaa 4: Dairesel tünelin ovalleģe deforasyonu (Power, 1996) Depre ve zein paraetreleri: M w = 7.5, kaynak yer esafesi = 10 k Yüzeydeki pik yer ivesi, a ax = 0.5 g Sert toprak, ρ = 190 kg/ 3, C = 50 /s, υ = 0.3 Tünel paraetreleri (dairesel betonare tünel) (ġekil 5.1) d = 6 r = 3.0, t = 0.3, tünel derinliği = 15 E l = kpa, υ l = 0. Biri geniģlik için tünelin alanı, A l = 0.3 / Tünel hattının biri geniģlik için eylesizlik oenti, I (1)( 0.3 ) / 1 Ta kaya Ģartları dikkate alınarak Penzien nin buluģ olduğu forülasyonlar kullanılacaktır. 1. Eğile deforasyonu (R n ) ve n D lining deplasanı Tünel derinliğindeki yer hareketi Tablo 4 yardıı ile a s 0.9 a g 0.45 az g bulunur. V s ( 140 c / s / g )( 0.45 g ) 63 c / s 0.63 / s ax V C s

118 G C kpa E G (1 ) (10000 )(1 0.3) kpa n 1 E I (5 6 ) l 3 d G (1 ) (4.8)(10 )( )( ) (1 0. ) n R 4(1 n 1 ) 4(1 0.3) d n lining R n d free field R n ax d S dalgalarının sebep olduğu aksiu ite (T) ve oent (M): Maksiu T ve M, 4 için eydana gelecektir. 1 E Id l lining T 3 4 d (1 ) 53.5 kn n 1 cos 1 ( )( )( (1 0. ) ) cos 4 4 M 4 6 E d kn l Id n lining 1 (1 ) cos 4 (6)( )( )( (1 0. ) ) cos Ġte ve eğile oentinden oluģan gerilelerin ve biri deforasyonlar: T ( ) A t M ( ) Y I (160.6)( 0.15 ) kpa Ta kaya Ģartları dikkate alınarak Wang ın (1993) forülleri kullanılırsa; 1. Esneklik oranı (F) ve ta kaya hat tepki katsayısı (K 1 ): F E 6 E 1 (1 ) r l I (1 3 ) ( )(1 0. 6(4.8)(10 6 )( 3) )( )(1 0.3)

119 K 1 (1 ) F (1 0.3) ( ) 5 6(0.3) S dalgalarının sebep olduğu ite ve oent: T ax 1 K 6 1 E (1 r ) ax 1 ( ) (3)( ) 53.5 kn (1 0.3) M ax K 6 E (0.137 ) (3 1 ax (1 r ) 6 (1 0.3) )( ) kn 3. Ġte ve eğile oentinden kaynaklanan topla gerile ve biri deforasyonlar: T A l MY I (160.6)( 0.15 ) kpa Yapılan hesaplar kayasız duru için tekrarlanıģtır ve sonuçlar aģağıdaki tabloda özetleniģtir: Tablo 5.1 Wang ve Penzien in buluģ olduğu sonuçların karģılaģtırılası Wang (1993) Penzien (000) Ta kaya Kayasız Ta kaya kayasız T (kn) M (kn.) σ (kpa)

120 5. Depre Hesabının Ġki Farklı Metotla Yapılası ve Sonuçların KarĢılaĢtırılası 5..1 Uygulaanın Tanıtıı Bu bölüde yüzeysel bir yeraltı yapısının depre hesabında kullanılan iki farklı etodun karģılaģtırılası yapılacaktır. Bunun için Ankara Metrosu 3. aģaa kısında yapılıģ olan Botanik, Gop, OSB ve Fatih yeraltı etro istasyonlarının dizaynında kullanılan veriler kullanılacaktır. Burada iki katlı ve iki bölüden oluģan yeraltı istasyon yapısının depre hesabı karģılaģtıra yapak üzere serbest alan deforasyon etodu ve basit çerçeve analizi ile SAP 000 sonlu eleanlar prograı kullanılarak çözülüģtür. Ele alınan bu yapının boyutları ġekil 5.5 de gösteriliģtir. ġekil 5.3 Ankara Metrosu Botanik Ġstasyonu nun 8-11 aksları arası SAP 000 ile oluģturulan üç boyutlu odeli ġekil 5.4 Ankara Metrosu Botanik Ġstasyonu 4-8 aksları arası ile Ģaft yapısının SAP 000 ile oluģturulan üç boyutlu odeli 101

121 Bu çözülerde hesaplaalar basit ve karģılaģtırılabilir olası istendiğinden iki boyutlu olarak yapılıģtır. Botanik Ġstasyonu nun SAP 000 prograı ile üç boyutlu olarak odelleniģ hali ġekil 5.3, ġekil 5.4 ve ġekil 5.5 de veriliģtir. ġekil 5.5 Ankara Metrosu Botanik Ġstasyonu aksları arası ile Ģaft yapısının SAP 000 ile oluģturulan üç boyutlu odeli 0.8 h = ġekil 5.6 Sayısal uygulaada ele alınan iki katlı yeraltı istasyonu 10