Betonarme istinat duvarlarının 2007 ve 2018 deprem yönetmeliklerine göre karşılaştırılması
Comparision of reinforced concrete retaining walls by 2007 and 2018 earthquake codes
Yazar: MUSTAFA AKBULUT
Danışman: PROF. DR. TURGUT ÖZTÜRK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
İstinat duvarları, eğimli arazide zemini farklı iki düzeyde tutan ve yanal basınçların etkisinde olan kalıcı veya geçici olarak inşa edilen mühendislik yapılarıdır. Zeminlerin göçmesini önlemek, karayolları veya demiryollarında şevleri düzenlemek, yapılacak bir dolgu alanın desteklenmesinde, toprağın, suyun veya herhangi bir malzemenin tutulmasında, kıyıların erozyondan veya taşkınlardan korunması ya da farklı kotta inşa edilecek binaların yapılması gerektiği durumlar gibi çeşitli amaçlar için tasarlanıp kullanılırlar.
İnşa edildikleri konuma ve kullanım amacına göre betonarme istinat duvarları değişik yüklere maruz kalabilmektedir. Tasarımda, dolgu malzemesinin özellikleri, yeraltı su seviyesi, temel altı zemin özellikleri, kullanılacak beton ve demir sınıfı, betonarme istinat duvarının geometrik özellikleri, sürşarj yükünün varlığı ve değeri gibi birçok parametre etkilidir. Bu parametrelere bağlı olarak tasarım için etkiyen yanal basınçların bilinmesi gerekmektedir. İstinat duvarları, hangi amaç için yapılırsa yapılsın, can ve mal güvenliğini sağlamak adına standartlarda ve deprem yönetmeliklerinde belirtilen ilkelere göre sismik yükleri karşılayacak şekilde tasarlanıp gerekli stabilite şartlarını sağlamalıdır.
Betonarme istinat duvarları tasarımında 1 Ocak 2019 tarihine kadar 2007 yılında çıkan Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY) kullanılmıştır. Bu tarihten itibaren ise 2018 yılında yayımlanan Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY) kullanılmaya başlanmıştır. İfade edilen iki deprem yönetmeliği arasında önemli değişiklikler bulunmaktadır. Betonarme istinat duvarlarının tasarımına ilişkin bu iki yönetmelik arasındaki farklılıkları ortaya koymak adına konsolda, ön ampatman da ve arka ampatman da oluşan kritik iç kuvvetler ve istinat duvarının stabilite kontrolleri açısından TBDY ile DBYBHY' e göre karşılaştırılması bu tezin konusunu oluşturmaktadır.
Statik durumda betonarme istinat duvarlarına etkiyen yanal zemin basıncı hesabında Coulomb (Kama) teorisi, dinamik durumda ise neredeyse tüm ülke deprem yönetmeliklerinin esas aldığı Mononobe-Okabe yöntemi baz alınmıştır.
Geçici veya kalıcı olarak yapılan betonarme istinat duvarlarının herhangi bir can veya mal kaybına neden olmaması için tasarım ve analizi önem arz etmektedir. Bu bağlamda sismik etkiler altında yapılan analiz çalışmalarının dayanağı olan Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY), Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (DBYBHY) ve yeni deprem yönetmeliğine benzerliği sebebiyle Eurocode 8 detaylı bir şekilde açıklanmıştır.
Yapılan analizlerde TS 500'de belirtilen depremli ve depremsiz durumda farklı yükleme ve koşullar için yük birleşimleri kullanılmıştır.
Tezin konusu kapsamında betonarme istinat duvarlarının yönetmeliklere göre tasarlanıp karşılaştırılmasında hesap kolaylığı sağlaması ve yapılan işlemlerin sürekli yinelenmesinden ötürü zaman kaybını önlemek için MathCad ve Microsoft Excel Visual Basic for Applications (VBA) programlama dilleri kullanılarak bir analiz programı geliştirilmiştir.
Geliştirilen bu analiz programı ile betonarme istinat duvarının yüksekliği ve genişliği, temel yüksekliği, ön ve arka ampatman genişlikleri, şev eğimi, istinat duvarının arka yüzünün eğimi, dış yükün (sürşarj yükü) değeri ve etkime mesafesi, yeraltı su seviyesinin varlığı ve yüksekliği, zemin kayma direnci açısı ve zemin birim hacim ağırlığı gibi parametreler değişken olarak kullanılmış ve tablolarla birlikte grafikler oluşturarak iki yönetmelik arasında karşılaştırma yapılmıştır. Bu grafiklerde konsol, ön ve arka ampatman da oluşan kritik iç kuvvetler (moment ve kesme kuvveti) ve istinat duvarının stabilite güvenlik katsayıları (devrilme ve kayma) karşılaştırılmıştır.
Yapılan analizlerde farklı betonarme istinat duvarı modelleri kullanılmıştır. Tüm istinat duvarı modellerinde TBDY' ne göre kısa periyot tasarım spektral ivme katsayısının 0.800 civarında olduğu ve DBYBHY' te 1. Deprem bölgesinde olan bir konuma göre yapılan analizlerde birbirine yakın sonuçlar elde edilmiştir. Ancak kısa periyot tasarım spektral ivme katsayısı bu değerden büyük olduğunda TBDY' ne göre elde edilen sonuçların daha kritik olduğu görülmüştür.
Yapılan analizlerin büyük çoğunluğunda düşey deprem yükünün aşağı doğru etkimesi durumunda elde edilen sonuçlar, yukarı doğru etkidiği duruma göre kritiktir.

Abstract:
Retaining walls are permanently or temporarily constructed engineering structures that hold the ground at two different levels on the sloping terrain and under the influence of lateral pressures. They are designed and used for various purposes, such as preventing the collapse of ground, arranging slopes in highways or railways, supporting a filling area that to do, holding soil, water or any other material, protecting the coast from erosion or floods, or constructing buildings to be constructed at different levels.
Reinforced concrete retaining walls can be exposed to different loads depending on the location they are constructed and the purpose of use. In the design, many parameters such as the properties of the backfill material, the underground water level, the soil properties of below of foundation, the concrete and reinforcement class to be used, the geometric properties of the reinforced concrete retaining wall and the presence and value of the surcharge load are effective. Depending on these parameters, lateral pressures that to act must be known for the design. For whatever purpose it is made retaining walls should be designed to countervail the seismic loads according to the specified principles in standards and earthquake codes to ensure the safety of life and property and they should provide the required stability conditions.
Due to the fact that the loss of life and property due to earthquakes occurred in the past, the importance given to the earthquake increases. Various codes have been used to minimize the loss of life and property and to make our areas safer. With the development of technology, these codes have developed by changing over time. In the design of the reinforced concrete retaining walls, until January 1, 2019, the Code About Buildings to be Constructed in Earthquake Areas (DBYBHY) which was adopted in 2007 was used. From this date Turkey Building Earthquake Code (TBDY) that was published in the 2018 has been used. There are significant changes between the two earthquake codes expressed. In order to reveal the differences between these two codes in the design of reinforced concrete retaining walls, it is the subject of this thesis that comparision according to TBDY and DBYBHY of in terms of stability control of the retaining wall and the critical internal forces that to occur in cantilever and foundation.
In the static case, Coulomb theory is used in the calculation of the lateral ground pressure on the reinforced concrete retaining walls, whereas in the dynamic case, the Mononobe - Okabe method is based on the earthquake codes of almost all countries. In addition, the Cullman method, the Seed-Whitman method and Steedman-Zeng methods are also given information.
Design and analysis of reinforced concrete retaining walls that to been constructed temporary or permanently to prevent any loss of life or property is important. In this context, Turkey Building Earthquake Code (TBDY) , Code About Buildings to be Constructed in Earthquake Areas (DBYBHY) and Eurocode 8 that is similar to new earthquake code are explained in detail.
In the doing analyzes have been used load combinations for different loading and conditions in the cases of earthquake and without earthquake, specified in TS 500.
Within the scope of the thesis subject, an analysis program has been developed by using MathCad and Microsoft Excel Visual Basic for Applications (VBA) programming languages in order to ensure ease of calculation and to prevent the loss of time because of the continuous repetition of the operations. This program was developed in accordance with earthquake codes for reinforced concrete retaining walls.
With the analysis program developed, the height and width of the reinforced concrete retaining wall, the foundation height and width, the angle of the slope, the slope of the back side of the retaining wall, the value of the external load (surcharge load) and the effect distance, the presence and height of the underground water level, internal friction angle and the ground unit volume weight such as parameters were used as variables, comparison between the two codes by creating graphs and tables. In these graphs, critical internal forces (moment and shear force) that to occur in cantilever and in foundation and stability safety coefficients of the retaining wall (overturn and slide) were compared.
In the doing analyzes, different reinforced concrete retaining wall models were used. In all retaining wall models, when short-term design spectral acceleration coefficient is around 0.800 according to TBDY and according to a location in the 1st earthquake zone in DBYBHY, similar results were obtained in the doing analyzes. But, when the short-term design spectral acceleration coefficient is greater than this value, the results obtained according to TBDY were found to be more critical.
In the majority of analyzes, more critical results have been obtained when the vertical earthquake load is downward than in the upward action