İstinat duvarlarının tasarımında deprem etkilerinin incelenmesi
A study on design of retaining walls under earthquake loading
Yazar: İREM ZEYNEP YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. TUĞRUL ÖZKAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
İSTİNAT DUVARLARININ TASARIMINDA DEPREM ETKİLERİNİN İNCELENMESİ ÖZET Binlerce insanın ölümüne sebep olan 1999 Kocaeli depreminden sonra, deprem etkileri altında geoteknik tasarımın önemi daha iyi anlaşılmıştır. Bölgedeki birçok yapının, sıvılaşma ve ihmal edilen zemin davranışı nedeniyle zarar gördüğü belirlenmiştir. Deprem etkisinde çeşitli zemin pararametreleri nedeniyle zarar gören yapılar, geoteknik deprem mühendisliği tasarımlarının can güvenliği açısından önemini ortaya koymaktadır. Deprem etkisinde kalan istinat duvarları, büyük ölçüde ek dinamik basınçlar nedeniyle zarar görmektedir. Zemin-duvar etkileşimi ve zemin basınçlarının dağılımı son yıllarda geoteknik mühendisliğinde tüm dünyada geniş bir ilgi konusu haline gelmiştir. İstinat duvarlarının deprem etkisindeki davranışıyla ilgili birçok teori geliştirilmiştir. Bu çalışma istinat duvarlarının dinamik analiziyle ile ilgili bugüne kadar geliştirilen belli başlı teorileri içermektedir. Bunun yanında farklı zemin basıncı dağılımlarına sahip deprem yönetmelikleri de çalışmanın kapsamına alınmıştır. İstinat duvarlarının genel olarak deprem etkisindeki analiziyle ilgili bir değerlendirmeden sonra çalışma konsol istinat duvarlarının tasarımı üzerine yoğunlaşmaktadır. Konsol istinat duvarları günümüzde hala en çok uygulama alanı bulan istinat duvarı türlerinden biridir ve diğer dayanma yapıları gibi konsol istinat duvarları da deprem etkisinde oluşan dinamik kuvvetler etkisinde kaldıklarında göçme riski taşımaktadırlar. Konsol istinat duvarlarının Türk Deprem Yönetmeliği'ne göre tasarımı ile ilgili daha önce yapılan bir çalışma incelenmiş, bu çalışma geliştirilmiştir. Konsol istinat duvarı modeli üzerinde parametrik bir çalışma yapılmıştır. Bu parametrik çalışmada, dolgu ve temel zemininin cinsi ile deprem bölgesi değişkenlerine bağlı olarak farklı duvar yükseklikleri için çözüm yapılmıştır. Değişkenlerin etkisiyle, farklı özelliklere sahip istinat duvarları için tasarımda etkin olan stabilite kontrollerinin bulunması amaçlanmıştır. Çözüm yapılırken tüm stabilite tahkiklerini sağlayan minimum duvar genişlikleri seçilmiş ve çalışmanın sonucunda, duvar genişliğinin belirlenen parametrelere göre değişimi irdelenmiştir. Bu Yüksek Lisans Tezi yedi ana bölümden oluşmuştur. İlk bölüm konu ve çalışmanın amacıyla ilgili kısaca bilgi vermektedir. İkinci bölüm rijit istinat duvarlarının kullanım alanları, çeşitleri ve bu çeşitlerin özellikleriyle ilgili bilgileri içermektedir. Ayrıca istinat duvarlarının drenajı ve yapımı gibi pratik konulara kısaca değinilmektedir. Üçüncü bölümde öncelikle klasik statik zemin basıncı teorileri açıklanmaktadır. Bunun yanısıra dinamik zemin basınçlarının hesplanması ve istinat duvarlarının dinamik analizine ilişkin yöntemler anlatılmaktadır. Dördüncü bölüm istinat duvarlarının dinamik analiziyle ilgili yapılan çalışmaları kapsamaktadır. Bu bölümde sarsma tablası ve santrifüj deneylerine de yer verilmiştir. Beşinci bölüm istinat duvarlarının tasarımını konu almaktadır. Stabilite kontrolleri ve çeşitli deprem yönetmeliklerine göre istinat duvarlarının tasarımı ile ilgili bilgi vermektedir. Altıncı xıııbölümün başında, konsol istinat duvarlarının Afet Bölgelerinde Yapılacak Yönetmelik'e göre tasarımıyla ilgili daha önce yapılan bir çalışma incelenmiş ve çalışmadaki yaklaşım geliştirilmiştir. Excel programı kullanılarak hazırlanan konsol istinat duvarı modeli ile ilgili kabuller ve çözüm yöntemiyle ilgili bilgiler de bu bölümde yer almaktadır. Bölümün sonunda çözümlerden elde edilen tablo ve grafikler sunulmuştur. Yedinci bölümde çözümlere ait kritik kontrollerin nedenleri incelenerek yorumlanmıştır. Çalışmanın sonucunda, 4 farklı deprem bölgesi için minimum duvar genişliğinin duvar yüksekliğine oranı olan B/H değerleri ile dolgu zemininin içsel sürtünme açısı; (j) 'nin değişim eğrileri elde edilmiştir. Bu eğriler konsol istinat duvarlarının ön boyutlandırılmasına yardımcı olacak niteliktedir. xıv

Abstract:
A STUDY ON DESIGN OF RETAINING WALLS UNDER EARTHQUAKE LOADING SUMMARY After the Kocaeli earthquake in Turkey in 1999, which cost thousands of lives, the researches have shown the significance of geotechnical design under earthquake conditions. Most of the structures were damaged because of liquefaction and neglecting the soil behavior under earthquake conditions. It is seen one more time that the degree of damage is mostly influenced by soil conditions and hence proper earthquake geotechnical engineering design is vital for safety. Retaining structures are mostly damaged by the dynamic pressures occurring due to the soil conditions under earthquake loading. There are many theories about the behavior of retaining walls under earthquake loading. The soil-wall interaction and other parameters affecting the distribution of active seismic pressures formed under earthquake conditions behind a retaining wall has become a wide interest recently throughout the world. This study is concerned with the methods presented so far in design of retaining walls under earthquake forces. Earthquake regulations of different countries that have different lateral earth pressure distributions are discussed in the content of this study. After a general evaluation of seismic design of retaining walls, the study focuses on the design of cantilever retaining walls. Cantilever retaining walls are one of the most frequently used retaining structures and are susceptible to failure during strong earthquakes because of seismically induced lateral earth pressures and inertial effects of the wall, like the other retaining structures. In content of the study, a former study on cantilever retaining wall design under earthquake conditions according to Turkish Design Code, is discussed and a further model study of a cantilever wall to improve the former approach is proposed. The parametric study is concerned with many variables related with the soil type, seismic zone and wall height. By changing the variables, different walls are designed with minimum base width. The effect of the variables and the critical stability check which is the dominant one in design is identified while analyzing the solutions. In this Master of Science Thesis, there are seven main chapters. The first chapter gives brief information about the subject and the aim of the study. The second chapter gives general information about the rigid retaining wall types and their properties. Besides, some practical points about drainage and construction are given. In the third chapter, classical earth pressure theories are presented and static condition is discussed. In addition, theories about dynamic lateral earth pressures and methods in dynamic analysis of retaining walls are mentioned. The fourth chapter is about the studies on the dynamic behavior and analysis of retaining wall. In this chapter, there is also information about centrifuge and shaking table tests. The fifth chapter is about the design of retaining walls. Information about stability checks and different design codes are given in this chapter. xvIn the beginning of the sixth chapter, a former study about the design of cantilever retaining walls under earthquake loading according to Turkish Design Code is explained and improved. The model study on cantilever retaining walls which is prepared using Excel program is proposed. Its assumptions and the method of solution used by it are given. Besides, at the end of this chapter summary tables and graphs that are obtained from the results of the solutions are proposed. In the seventh chapter, the results of the analysis; the critical conditions of the stability checks and explanation of the results are presented, related comments are stated. Angle of friction of the backfill material: versus B/H-ratio of minimum base width to height- curves, for four different seismic zones are given, which can be used in the design of cantilever retaining walls. xvi