Eurocode ve ingiliz standartlarına göre blok tipi rıhtım duvarı tasarımı ve sismik tasarım kıyaslaması
Design of blockwork quay wall in accordance with eurocode and british standards, and comparison of seismic design
Yazar: IRMAK BAKNALI
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ÖZGER ; DOÇ. DR. TARKAN ERDİK ; DOÇ. DR. BERNA AYAT AYDOĞAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Yanaşma yapıları, fonksiyonları, deniz ile etkileşimleri ve maruz kaldıkları yükler açısından kapalı ve açık tip olarak sınıflandırılabilirler. Kapalı tip yanaşma yapıları, su ile toprak arasında bir duvar olan istinat yapıları olarak tanımlanıp, ağırlık ve palplanş tipi olarak iki ana gruba ayrılmaktadırlar. Açık tip yanaşma yapıları, kazıklarla temellendirilen bir üst yapı ile su-kara etkileşimindeki dolgudan meydana gelmektedir.
Ülkemizdeki yanaşma yapılarında, bölgenin fiziki koşularına ve kullanım fonksiyonlarına bağlı olarak genellikle ağırlık tipi duvar veya kazıklı rıhtım/iskele uygulamaları görülmektedir. Yapı önü su derinliği ihtiyacı, proje sahasındaki jeolojik koşullar, depremsellik, yapım süresi ve nihayetinde maliyete bağlı olarak iki tip arasında seçim yapılabilmektedir.    
Ağırlık tipi rıhtımlar, yapım süresi ve maliyeti açısından oldukça ekonomik olmakla beraber, genellikle su kesiminin veya deprem etkilerinin düşük olduğu zayıf olmayan kumlu zeminlerde veya anakayanın deniz tabanına yakın olduğu yerlerde tercih edilmektedir. Bu tip rıhtımların yükseklikleri arttıkça sismik kuvvetler altında tasarımları güçleşmekte ve ekonomik olmaktan çıkmaya başlamaktadır.
Ağırlık tipi rıhtım duvarları, adından da anlaşılacağı üzere, stabilitelerini zati ağırlıkları ile sağlamaktadır. Yapının ölü ağırlığı, ters yönde moment oluşturarak devrilmeye karşı direnç sağlar. Aynı şekilde yapının ağırlığı ve bu ağırlığın temelle yarattığı sürtünme kuvveti ile kaymaya karşı koymaktadırlar. 
Ağırlık tipi rıhtım duvarı tasarımında, sahanın batimetrisi, geoteknik durumu, rüzgar ve dalga iklimi, akıntılar, gelgit ve su seviyesi değişimleri ve depremsellik gibi çevresel koşulların yanı sıra, tasarımda kullanılacak malzemeler, yapının tasarım ömrü, toprak itkisi, hidrostatik ve hidrodinamik yükler, bağlanma kuvvetleri, limit durumlar, göçme modları, tasarım yaklaşımı, yük kombinasyonları ve analiz yöntemleri gibi tasarım esaslarının belirlenmesi oldukça önem taşımaktadır.  
Ülkemizde, AYGM'nin 2016 yılında yayınlamış olduğu "Kıyı Yapıları Planlama ve Tasarım Teknik Esasları" kılavuzunda, yanaşma yapıları için tanımlanan tasarım esasları genel olarak Eurocode ve İngiliz standartlarını baz almaktadır. Ancak bu konuda halen eksik kalan veya net anlaşılmayan noktalar bulunmaktadır. Bu çalışmada, ağırlık tipi bir rıhtımın bütünüyle ve tüm ara adımlar açıklanarak Eurocode ve İngiliz standartlarında yer alan tasarım esasları ve yaklaşımlarına göre boyutlandırılması ve analizleri yapılmış olup, buna ek olarak "Kıyı ve Liman Yapıları, Demiryolları, Hava Meydanları İnşaatlarına İlişkin Deprem Teknik Yönetmeliği, DLH, 2008", yeni yayınlanan "Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, TBDY2018" ve  "Eurocode 8, Part-5, Design of Structures for Earthquake Resistance, Foundations, Retaining Structures and Geotechnical Aspects, EN 1998-5: 2004"de tanımlanan eşdeğer deprem ivmesi katsayısı metotları genel stabilite bazında kıyaslanmıştır. 
Hesaplar bölümünde, blok tipi rıhtım duvarı için genel stabilite, bloklar arası stabilite, global stabilite, zemin taşıma gücü, oturmalar ve bloklar arası kayma dişlerinin hesapları ve analizleri yapılmıştır. Buna ek olarak rıhtım önü oyulma koruma tabakası tasarım hesapları yapılmıştır.
Genel stabilite ileri kayma analizinde, EN 1997-1: 2004'de tanımlı "Tasarım Yaklaşımı 1", kombinasyon 1 ve 2 için %63.9 ve %63.2 gibi birbirine çok yakın kapasite kullanım oranları ortaya çıkmıştır. Aynı şekilde, bloklar arası ileri kayma stabilitesi analizinde, en üst prekast ve yerinde dökme başlık bloğu arasında iki farklı kombinasyon altında %87.9 ve %86.0'luk birbirine çok yakın kapasite kullanım oranları görülmüştür. Ekstrem yükleme koşulları altında bloklar arası stabilite ve servis yükleme koşulları altında zemin taşıma gücünün tasarımı kontrol ettiği görülmektedir. Genel ve global stabilite analizlerinde ise 1.50'nin üzerinde emniyet faktörleri mevcuttur ve yapı, genel ve global stabilite açısından yeterince emniyetlidir.
Bu çalışmada, ayrıca, eşdeğer deprem ivmesi katsayıları, DLH 2008, TBDY 2018 ve EN 1998-5: 2004 yönetmelikleri ile belirlenerek genel stabilite analizi için sismik tasarım kıyaslaması yapılmıştır. Buna göre, yatay eşdeğer deprem ivmesi katsayıları, sırasıyla, 0.13, 0.11 ve 0.07 olarak belirlenmiştir. EN 1998-5: 2004 ayrıca düşey eşdeğer deprem ivmesi katsayısı tanımlamaktadır. DLH 2008, TBDY 2018 ve EN 1998-5: 2004 için hesaplanan eşdeğer deprem ivmesi katsayıları ile dönme stabilitesi kapasite kullanım oranları sırasıyla, %68.5, %61.7 ve %50, ileri kayma stabilitesi kapasite kullanım oranları ise sırasıyla, %86.4, %78.3 ve %64.8 olarak bulunmuştur. Burada, özellikle DLH 2008 ve EN 1998-5: 2004 arasında, yapının boyutlarını ve tasarımını etkileyebilecek ciddi bir fark olduğu söylenebilir.

Abstract:
Berthing structures can be classified as closed and open types in terms of functions, their interactions with the sea and the loads to which they are exposed. Closed-type berthing structures are defined as a retaining wall between water and soil, and divided into two main groups which are gravity and sheetpile type. Open-type berthing structures consist of a deck founded on piles and a sloped revetment between water-land interaction.
As for the berthing structures in our country, it is observed that gravity-type quay wall or piled wharf applications are very common depending on the physical conditions of the region and usage functions. One of these two types may be chosen based on the water depth requirements in front of the quay, geological conditions on the project site, seismicity, construction time and cost.    
Gravity-type quay walls are very economical in terms of construction time and cost, but are generally preferred in dense sandy soils area or where the bedrock is near the sea bed or lower seismic zones. As the heights of these types of quays increase, the design become more difficult under the seismic actions and they are gradually losing their economic advantages.
Gravity-type quay walls, provide their stability with their self-weight. The self-weight of the structure generates a moment in the favourable direction and provide resistance to overturning stability. Likewise, the structure resist against forward sliding with the frictional force between the structure and foundation. 
In the design of gravity-type quay wall, it is crucial to determine the environmental conditions, such as bathymetry, geotechnical status, wind and wave climate, currents, tides and water level changes and seismicity, as well as design principles such as the materials to be used in the design, the design life of the structure, earth pressure, hydrostatic and hydrodynamic loads, mooring forces, limit states, failure modes, design approaches, load combinations and analysis methods.  
In Turkey, the design principles defined for the berthing structures are based on Eurocode and British standards in the guideline titled "Technical Principles for Planning and Design of Coastal Structures" published by the Directorate General of Infrastructure Investments (AYGM) in 2016. However, there are still some missing or unclear points in this regard. This thesis entirely designs and analyses a gravity-type quay in accordance with the design principles and approaches of Eurocode and British standards by clarifying all intermediary steps. Furthermore, it compares equivalent seismic coefficient methods for overall stability, as defined in "Technical Earthquake Regulations on the Constructions of Coastal and Port Structures, Railways, and Airports, DLH 2008", "Turkish Building Earthquake Regulations, TBDY 2018" which has newly been published, and "Eurocode 8, Part-5, Design of Structures for Earthquake Resistance, Foundations, Retaining Structures and Geotechnical Aspects, EN 1998-5: 2004". 
In the calculation section, the overall stability for the blockwork quay wall, inter-block stability, global stability, bearing capacity of soil, settlements and inter-block shear keys are calculated and analysed. In addition, design calculations are carried out for scour protection layer in front of the quay wall.
The forward sliding analysis for the overall stability reveals close-run utilization rates such as 63,9% and 63,2% for "Design Approach 1", combinations 1 and 2 under ultimate limit state GEO, as defined in EN 1997-1: 2004. Similarly, close-run utilization rates such as 87,9% and 86,0% is observed under two different combinations between the top precast and cast-in-situ capping blocks in the inter-block forward sliding analysis. It is concluded for the analysis that the bearing capacity of soil under serviceability limit states and the inter-block stability under ultimate limit states control the design. According to the overturning and global stability analyses, the safety factors are over 1.50 and the structure is sufficiently safe.
In this thesis, equivalent seismic acceleration coefficients are determined in accordance with DLH 2008, TBDY 2018 and EN 1998-5: 2004 regulations, and a seismic design comparison are performed for the overall stability analysis. Accordingly, the horizontal equivalent seismic acceleration coefficients were determined as 0.13, 0.11 and 0.07, respectively. EN 1998-5: 2004 also defines the vertical equivalent seismic acceleration coefficient. Overturning stability utilization rates are found as 68.5%, 61.7% and 50%, and the forward sliding stability utilization rates are 86.4%, 78.3% and 64.8%, respectively. Consequently, it is possible to state that there is a serious difference between DLH 2008 and EN 1998-5: 2004 that can affect the dimensions and design of the structures.