İstinat Duvarları ve Tipleri Nelerdir?
Tabii zeminler ile toprak, kum, çakıl gibi malzemelerden oluşan dolgu zeminler, eğer farklı kottaki iki düzey arasında düşey bir düzlem halinde ise dengede duramaz ve göçerler. Göçmeyi önlemek, toprak nedeniyle oluşan yanal kuvvetleri engellemek için arazide ya düşük eğimde kademelendirme ile şevlendirme yapılır ya da istinat duvarları inşa edilir.
İstinat duvarları özellikle eğimli arazilerde zemini tabi şev açısından daha dik açılarda tutmak ve toprak kaymasını engellemek amacıyla imal edilen mühendislik yapılarıdır. İstinat yapıları kıyı bölgelerinde, dere ve kanal kenarlarında erozyon ve taşkından koruma, köprü ve yaklaşımlarında kenar ayak görevi yapma, derin kazıları ve yapıları tutma, eğimli arazilerde güvenli kademelendirme, şev stabilitesini arttırma gibi birçok fayda sağlarlar.
Genel tanım olarak ise bir istinat duvarları (dayanma duvarı) zemin yüzeyinde meydana gelen değişimleri düşeye yakın bir düzlemde tutan ve zeminin doğal şev açısı ile hareket etmesini engellemek için kullanılan yapılardır.
Klasik Betonarme İstinat Duvarı
Klasik betonarme bir İstinat duvarlarının görünen yüzüne duvar önü, zeminle temas halindeki yüzüne duvar arkası denir. İstinat duvarı, yatay hareketlere karşı yeterli mesnet teşkil edecek bir taban ve buna ankastre bir gövdeden oluşur. Tabanın ön tarafındaki alt uca topuk adi verilir. Duvar gövdesinde drenaj katmanında gelen suyu dışarı atan ve tıkanmayı engelleyen yapılara ise barbakan denir.
Betonarme istinat duvarı kesiti, zemin ve drenaj detayları
İstinat duvarları devamlı olarak dış etkenlere maruzdur. Bu bakımdan duvarların yapımında dış etkenlere dayanıklı malzemeler kullanılmalıdır. İstinat yapılarının en büyük düşmanı olan yer altı suyu ve yağmur suyu bu yapıların tasarımında ve imalatında dikkate alınmalı, suyun dolgu zemini içerisinden hızlıca atılabilmesi için uygun dolgu malzemesi seçilmeli ve gerekli tedbirler alınmalıdır.
İstinat Duvarı Tipleri
İstinat duvarları proje özelliklerine, duvar yüksekliğine, arazi yapısına, kullanılacak zemin tipi ve uygulama yöntemlerine göre birçok farklı şekilde imal edilebilir. Günümüzde birçok değişik dayanma yapısı inşa etmek mümkün olmakla birlikte genel olarak kullanılan istinat yapıları 4 ana başlık altında verilebilir;
Ağırlık(Masif) Taş İstinat Duvarları
Genellikle taş duvar olarak anılan masif kütle istinat duvarları kendi ağırlıkları ile zeminden gelen yanal itkiyi kontrol etme prensibi ile çalışan yapılardır. Bu tür dayanma yapıları genellikle taş, kaya ve betondan yapılır. Çekme kuvvetlerine karşı dayanımları düşük olması nedeniyle 3-4 metreden fazla yüksekliklerde yapılması güvenlik açısından önerilmez. Genellikle harçlı ve harçsız olmak üzere büyük taşlardan ve kayalardan yapılmaktadır.
Ağırlık tipi taş istinat duvarı uygulaması
Taş, pere kaplamalar genellikle görünümleri nedeniyle istinat duvarlarına benzetilse de bu yapılar genellikle şev yüzeyini kaplamak, hidrolik yapılarda erozyonu engellemek, mimari uygulamalarda estetik ve doğal bir görünüm sağlamak için imal edilen kaplama uygulamalarıdır. Bu yapılar toprak yüklerini taşıma amaçlı olarak yapılmazlar.
Betonarme Konsol İstinat Duvarları
Betonarme olarak imal edilen bu yapılar konsol mantığı ile çalışırlar. Demir donatılı olarak betonarme gövdeye sahip bu yapılarda toprak yükü önceden tasarlanmış bir temel üzerine yapılan gövdenin moment alması ve dönmeye karşı direnmesi ile taşınır.
Betonarme istinat yapıları ağırlık duvarlarına oranla daha narin kesitlere sahip, daha ekonomik ve güvenli mühendislik yapılarıdır. Dönmeye, kaymaya ve göçmeye karşı önceden projelendirilerek imal edilirler. Yüksekliğin fazla olduğu, duvar kalınlığının az ve sağlam olması istenilen yerlerde, elverişli taş temininin zor olduğu durumlarda istinat duvarları betonarme olarak inşa edilir.
Betonarme konsol istinat duvarı uygulaması
Betonarme istinat yapılarında yükseklik ile maliyet doğru orantılıdır. Yükseklik arttıkça duvar kesiti hızla kalınlaşır, gereken beton ve demir miktarı önemli oranda artar. Duvarın yüksekliği 8-9 m ve üzerine çıktığı takdirde ise sistem ekonomik olmaktan uzaklaşır.
Bu duvarlar genel olarak proje gereksinimlerine göre L ve ters L konsol, hafifletme konsollu duvarlar, nervürlü istinat duvarları gibi birçok farklı yapıda imal edilirler.
Toprakarme Duvarlar (Çelik Şeritli Duvarlar)
MSE (Mekanik olarak güçlendirilmiş Zemin) ilkesi ile çalışan prekast panelli toprakarme (donatılı zemin) sistemlerde zemin ile özel aderanslı çelik donatının birlikte kullanılması ile bu malzemeler arasında sürtünme yaratılır. Bu sistemlerde zemin kütlesinin içinde oluşan gerilmeler özel galvanizli çelik şerit donatılar tarafından karşılanır. Dolgunun akmasını engellemek ve estetik bir görüntü sağlamak amacı ile donatılı zemin bloğunun yüzünde prekast beton cephe elemanları kullanılır.
Toprakarme çelik şeritli duvar uygulaması
Donatı elemanları yatayda projesine göre değişken boy ve ara mesafe ile kademeler halinde sıkıştırılarak inşa edilen dolgu içerisine yerleştirilir. Donatılar prekast yüzey elemanlarına bağlanır. Toprakarme yapılar esnek tipte istinat yapıları olmaları nedeniyle, dinamik yükleme altındaki performansları yüksektir. Bunun yanında geosentetik donatılı Flexi Geogrid donatılı duvarlara oranla daha nitelikli dolguya ihtiyaç duyarlar.
Toprakarme duvarlar yapılar ekonomi, yüksek imalat hızı, estetik görünüm ve güvenilirliği kanıtlanmış deprem dayanımı gibi avantajları ile diğer imalat yöntemlerine kıyasla ön plana çıkmaktadır.
Geogrid Donatılı MSE Geo Duvarlar
Geosentetik donatılı duvarlar özellikle klasik istinat yapılarının ulaşamayacağı yüksekliklere rahatlıkla ulaşabilmeleri ve yüksek deprem yükleri altında mükemmel performans göstermeleri nedeniyle tercih edilirler.
Son 40 yıl içinde ABD’de MSE teknolojisi ile inşa edilen istinat duvarları, klasik betonarme ve toprakarme istinat duvarlarına alternatif olarak büyük bir uygulama alanı bulmuştur. Dolgu içinde projesinde belirlenen aralıklarla kullanılan geosentetik donatılar (geotekstil, geocell veya geogrid), dolgu malzemesinin duvar kenarlarına yaptığı yatay zemin yüklerini, çekme kuvveti olarak üzerine almaktadır. Geosentetik donatılarla güçlendirilmiş dolgu malzemesi kayma yüzeylerini engelleyerek, çok dik dolgu şevlerine imkan vermektedir. Böylelikle 90°’ye yakın açılarda 20-30 m yüksekliğe ulaşabilen istinat duvarları imal edilebilmektedir.
Geosentetik donatılı MSE geo duvar uygulamalarında temel bileşen dolgu malzemesinin güvenle istenilen açıda kalmasını sağlayan geosentetik donatılardır. İmalat tipine göre bu donatılar geogrid, örgülü geotekstil, polimer şerit veya geocell hücresel dolgu sistemi olabilir. Bununla birlikte duvar ön yüzünde kullanılacak malzemenin tipi de duvar tipini belirler. MSE istinat duvarı ön yüzlerinde modüler beton elemanlar, doğrudan bohçalamalı geogridler, geocell ve benzeri malzemeler kullanılabilir. Duvar ihtiyaçlar doğrultusunda blok görünümlü, doğal bitkiler ile yeşil görünümlü olabilir. Duvar ön yüzü de istenilen eğim açısında imal edilebilir.
Modüler Bloklu Geo Duvar
Bohçalamalı Yeşil Geo Duvar
Modüler Bloklu Yeşil Geo Duvar
Geocell Ön Yüzlü Yeşil Geo Duvar
MSE duvarlar son derece emniyetli yapılardır. Deprem yükleri altında enerji emebilen yapılarından dolayı mükemmel performans gösterirler. Gücü yapıya eşit olarak dağıtan bu sistemler, zayıf zeminlerde dahi dönmeye ve göçmeye karşı yüksek direnç gösterirler. MSE geogridli sistemler betonarme istinat yapılarından farklı olarak arkalarındaki toprağın yükünü moment ile taşımak yerine her kademede serilen geosentetik donatılara aktarılan çekme yükleri sayesinde önemli derecede moment almadan çalışırlar. Ayrıca rijit betonarme sistemlerin aksine bu sistemler elastik olmaları nedeniyle aşırı deprem yüklerinde dahi taşıma kapasitelerini yitirip ani göçmelere neden olmazlar.
Bu tip istinat duvarlarında kullanılan donatı polipropilen/polyester esaslı olduğundan herhangi bir korozyon riski bulunmamaktadır. Bu tip duvarların yol mühendisliğinde sıkça rastlanan şev stabilitesi ve temel sorunlarına tipik betonarme istinat yapılarına oranla çok daha ekonomik çözümler getirdiği bilinmektedir. Ayrıca imalat hızı, istenilen geometriye uyum sağlaması, estetik görünüşü ve esnek bir yapıya sahip olmaları, deprem hareketlerine ve temel oturmalarına rijit bir yapıya oranla daha iyi karşılık vermeleri bu tarz duvarların başlıca üstünlüklerindendir.
Dünya üzerinde çeşitli ülkelerde ve ülkemizde yapılan akademik çalışmalar ve deprem yükleri altında yapılan tam ölçekli deneyler geosentetik donatılı duvarların performansının ne kadar başarılı olduğunu göstermektedir. Ayrıca önemli depremler sonrası yapılan gözlemler ve ölçümler geosentetik donatılı duvarların doğru projelendirildiğinde ve uygulandığında ne kadar başarılı olduklarını kanıtlamıştır.
