Palplanş (Sheet Pile) Tasarımı

1. Tanım ve Palplanş Tipleri

Palplanşlar; çelik, beton veya vinil malzemeden üretilen, birbiriyle kenetlenerek sürekli bir perde duvarı oluşturan elemanlardır. Başlıca kullanım alanları derin kazı iksa sistemleri, rıhtım ve liman yapıları, kıyı koruma yapıları, su kanalı kenarları, nehir taşkın duvarları ve geçici su kesme perdeleridir.

Tablo 1: Tanım ve Palplanş Tipleri

Saha Notu: Türkiye genelinde en yaygın kullanılan palplanş tipleri ArcelorMittal AZ ve Larssen U serisidir. İstanbul, Bursa, İzmir gibi büyük şehirlerdeki metro, otopark ve tünel iksa projelerinde genellikle Z profil (AZ serisi) tercih edilir; gömme derinliği ve moment kapasitesi açısından U profile belirgin üstünlük sağlar.

Dikkat: Vinil/PVC palplanşlar yalnızca sismik tehlikenin düşük olduğu, hafif yüklü geçici uygulamalarda kullanılmalıdır. Türkiye deprem bölgelerinde kalıcı statik taşıyıcı eleman olarak kullanılmamalıdır.

Tablo 2: Notasyon ve Semboller

2. Zemin Basıncı Hesabı

2.1 Aktif ve Pasif Zemin Basınçları

Rankine Teorisi (düşey düzgün duvar, $\delta = 0$):

$K_a = \tan^2\!\left(45° - \frac{\phi'}{2}\right) = \frac{1 - \sin\phi'}{1 + \sin\phi'}$

$K_p = \tan^2\!\left(45° + \frac{\phi'}{2}\right) = \frac{1 + \sin\phi'}{1 - \sin\phi'}$

Coulomb Teorisi (duvar–zemin sürtünmesi $\delta$ dahil, daha gerçekçi):

$K_a = \frac{\sin^2(\beta + \phi')}{\sin^2\beta \cdot \sin(\beta - \delta)\left[1 + \sqrt{\dfrac{\sin(\phi' + \delta)\sin(\phi' - \alpha)}{\sin(\beta - \delta)\sin(\beta + \alpha)}}\right]^2}$

Burada $\beta$ = duvar eğim açısı (genellikle 90°), $\alpha$ = zemin yüzeyi eğim açısı, $\delta$ = duvar–zemin sürtünme açısı.

Pratik Not: Tipik duvar sürtünmesi $\delta = \phi'/2$ alınır (tahkimatsız palplanş için güvenli taraf). Türkiye'de killi zeminlerde uzun vadeli $\phi' = 20$–32°, kısa vadeli $c_u = 20$–80 kPa değerleri saha etütlerinden (SPT, presyometre, CPT) belirlenmelidir.

Tablo 3: Aktif ve Pasif Zemin Basınçları

2.2 Net Basınç Diyagramı

Desteksiz (konsol) palplanş için net zemin basıncı (gömme bölgesi, $z > H$):

$\sigma_{net}(z) = K_a \cdot \gamma \cdot z - K_p \cdot \gamma' \cdot (z - H)$

Su altı durumunda efektif birim hacim ağırlık $\gamma' = \gamma_{sat} - \gamma_w$ kullanılır ($\gamma_w = 10$ kN/m³).

Net basınç sıfır geçiş noktası O:

$z_O = \frac{K_p \cdot \gamma' \cdot H}{K_p \cdot \gamma' - K_a \cdot \gamma}$

3. Tasarım Yöntemi

3.1 Gömme Derinliği Tasarımı (Konsol Palplanş)

Net basınç diyagramının sıfır geçiş noktası O belirlenir; O noktasına göre moment dengesi:

$\sum M_O = 0 \quad \Rightarrow \quad M_O^{akt} = M_O^{pas}$

Kuru/homojen zemin için yaklaşık gömme derinliği:

$d \approx \frac{H}{\left(\dfrac{K_p}{K_a}\right)^{1/3} - 1}$

Güvenli tasarım gömme derinliği (EN 1997-1 Madde 9.7.2):

$d_{tasarım} = 1{,}2 \times d_{analitik}$

Dikkat: TS EN 1997-1 DA-2 yaklaşımında pasif direnç katsayısı $\gamma_{R;e} = 1{,}40$ ile bölündüğünde ayrıca geometrik artış uygulanmayabilir. Tasarımcı hangi yaklaşımı seçtiğini projesinde açıkça belirtmelidir.

Tablo 4: Gömme Derinliği Tasarımı (Konsol Palplanş)

3.2 Ankrajlı Palplanş Tasarımı (Serbest Mesnet Yöntemi)

$H > 5$ m olan durumlarda ankrajlı palplanş daha ekonomiktir; gömme derinliği konsol duruma kıyasla %30–50 azalır.

Serbest mesnet yöntemi (free earth support method) — EN 1997-1 Madde 9.7.3:

$\sum M_A = 0 \quad \Rightarrow \quad \text{Pasif direnç koşulu} \geq \text{Aktif baskı momenti}$

Gerekli ankraj kuvveti (birim uzunluk başına):

$T = E_a - E_p$

3.3 ULS Yük Kombinasyonları (DA-2)

Tablo 5: ULS Yük Kombinasyonları (DA-2)

3.4 Profil Seçimi

Tasarım momenti $M_{Ed}$'den gerekli elastik kesit modülü (TS EN 1993-5:2007 Madde 5.2.2):

$W_{el,req} = \frac{M_{Ed}}{f_{yd}}$

S355 çelik için tasarım akma dayanımı ($\gamma_{M0} = 1{,}0$):

$f_{yd} = \frac{f_{yk}}{\gamma_{M0}} = \frac{355}{1{,}0} = 355 \text{ MPa}$

4. Temel Formüller

4.1 Aktif Basınç Bileşkesi (kumlu zemin, su altı)

$E_a = \frac{1}{2} K_a \gamma' H^2 + K_a q H$

Burada $\gamma' = \gamma_{sat} - \gamma_w$ efektif birim hacim ağırlık, $q$ sürşarj yükü (kPa).

4.2 Pasif Basınç Bileşkesi (gömme bölgesi)

$E_p = \frac{1}{2} K_p \gamma' d^2$

DA-2 kapsamında:

$E_{p,d} = \frac{E_p}{\gamma_{R;e}} = \frac{E_p}{1{,}40}$

4.3 Minimum Gömme Derinliği — Killi Zemin ($\phi = 0$)

Peck Yöntemi (TS EN 1997-1:2004 Madde C.1):

$d = \frac{2c_u - q}{q + \gamma H - 2c_u} \cdot H$

4.4 Çelik Dayanım Kontrolü (TS EN 1993-5:2007 Madde 5.2)

Eğilme dayanımı:

$M_{c,Rd} = \frac{W_{el} \cdot f_y}{\gamma_{M0}} \geq M_{Ed}$

Kesme dayanımı:

$V_{c,Rd} = \frac{A_w \cdot f_y}{\sqrt{3} \cdot \gamma_{M0}} \geq V_{Ed}$

4.5 Hidrostatik Su Basıncı

$u = \gamma_w \cdot h_w \quad (\gamma_w = 10 \text{ kN/m}^3)$

Sızıntı güvenlik kontrolü (TS EN 1997-1:2004 Madde 10):

$i_{tasarım} \leq i_{kritik} = \frac{\gamma'}{\gamma_w} \approx 0{,}9 \text{ (kum için)}$

4.6 Killi Zeminde Taban Kaldırılması (Heave) Kontrolü

Bjerrum–Eide (1956) yöntemi:

$F_{heave} = \frac{N_c \cdot c_u}{\gamma H + q} \geq 1{,}50$

Burada $N_c = 5{,}14$ (geniş kazıda); dar kazılarda $N_c$ genişlik–derinlik oranına göre artırılır.

5. Palplanş Profil Referans Tablosu (ArcelorMittal AZ Serisi)

Tablo 6: Palplanş Profil Referans Tablosu (ArcelorMittal AZ Serisi)

6. Tasarım Süreci Akış Diyagramı

7. Korozyon Yönetimi

7.1 Korozyon Hız Bölgeleri (EN 1993-5:2007 Tablo 4.1 ve 4.2)

Tablo 7: Korozyon Hız Bölgeleri (EN 1993-5:2007 Tablo 4.1 ve 4.2)

Korozyon payı hesabı örneği — deniz suyu liman uygulaması, düşük su bölgesi, 50 yıl:

$\Delta t = 0{,}075 \text{ mm/yıl} \times 50 \text{ yıl} = 3{,}75 \text{ mm (her yüzey)}$

Toplam kalınlık kaybı (iki yüzey): $2 \times 3{,}75 = 7{,}5$ mm

Dikkat: Türkiye'de Karadeniz ve Ege kıyılarındaki yüksek tuzluluk nedeniyle Hızlandırılmış Düşük Su Korozyonu (ALWC) oluşabilir; bu durumda konsantre korozyon oranları $0{,}5$–$0{,}8$ mm/taraf/yıl düzeyine çıkabilir.

8. Palplanş Çakma Yöntemleri

Tablo 8: Palplanş Çakma Yöntemleri

Saha Notu: İstanbul Tarihi Yarımadası gibi tescilli tarihi yapılar civarındaki projelerde statik basma veya yüksek frekans HF vibro yöntemi tercih edilmelidir. Gürültü sınırları 6331 sayılı İSG Kanunu kapsamında denetlenir.

9. Deprem Etkisi (TBDY 2018 Madde 16.9)

9.1 Sismik Aktif Basınç Artışı (Mononobe-Okabe Yöntemi)

$\Delta K_{ae} = K_{ae} - K_a$

Sismik aktif basınç katsayısı:

$K_{ae} = \frac{\cos^2(\phi - \psi - \beta)}{\cos\psi \cdot \cos^2\beta \cdot \cos(\delta + \beta + \psi) \cdot \left[1 + \sqrt{\dfrac{\sin(\phi+\delta)\sin(\phi-\alpha-\psi)}{\cos(\delta+\beta+\psi)\cos(\alpha-\beta)}}\right]^2}$

Burada $\psi = \arctan(k_h/(1-k_v))$ sismik atalet açısı.

TBDY 2018 kapsamında yatay sismik katsayı:

$k_h = \frac{S_{DS}}{2g} \quad (\text{TBDY 2018 Madde 16.9})$

Tablo 9: Sismik Aktif Basınç Artışı (Mononobe-Okabe Yöntemi)

10. Sayısal Örnek

Veri:

• Serbest yükseklik: $H = 6{,}0$ m
• Zemin: Kuru kum, $\phi' = 32°$, $\gamma = 18$ kN/m³
• Sürşarj: $q = 10$ kPa
• Desteksiz (konsol) palplanş, DA-2 yaklaşımı

Çözüm:

$K_a = \tan^2(45° - 16°) = \tan^2(29°) = 0{,}307$

$K_p = \tan^2(45° + 16°) = \tan^2(61°) = 3{,}255$

$E_a = \frac{1}{2}(0{,}307)(18)(6^2) + (0{,}307)(10)(6) = 99{,}5 + 18{,}4 = 117{,}9 \text{ kN/m}$

$d \approx \frac{6{,}0}{(3{,}255/0{,}307)^{1/3} - 1} = \frac{6{,}0}{(10{,}60)^{1/3} - 1} = \frac{6{,}0}{2{,}196 - 1} = \frac{6{,}0}{1{,}196} = 5{,}01 \text{ m}$

$d_{tas} = 1{,}2 \times 5{,}01 = 6{,}01$ m → seç $d = 6{,}0$ m

$M_{max} \approx \frac{E_a \cdot H}{3} = \frac{117{,}9 \times 6{,}0}{3} = 235{,}8 \text{ kNm/m}$

$W_{el,req} = \frac{235{,}8 \times 10^6}{355} = 664 \text{ cm}^3/\text{m}$

Profil: AZ 12 ($W_{el} = 895$ cm³/m) yeterlidir. Kontrol: $895 > 664$ cm³/m ✓

11. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler:

• Serbest yükseklik: $H = 4{,}0$ m
• Zemin: Kuru kum, $\phi' = 30°$, $\gamma = 17$ kN/m³
• Sürşarj yok ($q = 0$)
• Konsol palplanş, DA-2

İstenen: a) $K_a$ ve $K_p$, b) Yaklaşık gömme derinliği $d$, c) Tasarım gömme derinliği $d_{tas}$

Çözüm:

$K_a = \tan^2(45° - 15°) = \tan^2(30°) = 0{,}333$

$K_p = \tan^2(45° + 15°) = \tan^2(60°) = 3{,}000$

$d \approx \frac{4{,}0}{(3{,}000/0{,}333)^{1/3} - 1} = \frac{4{,}0}{(9{,}0)^{1/3} - 1} = \frac{4{,}0}{2{,}080 - 1} = \frac{4{,}0}{1{,}080} = 3{,}70 \text{ m}$

$d_{tas} = 1{,}2 \times 3{,}70 = 4{,}44 \text{ m} \rightarrow \text{seç } d = 4{,}5 \text{ m}$

Sonuç: Toplam palplanş boyu $L = H + d = 4{,}0 + 4{,}5 = 8{,}5$ m

Kontrol: $K_p/K_a = 9{,}0 > 1$ → pasif direnç aktif baskıyı karşılıyor ✓

Problem 2 — Orta

Veriler:

• $H = 6{,}0$ m; zemin: doygun kum, $\phi' = 35°$, $\gamma_{sat} = 19{,}5$ kN/m³
• Yeraltı su seviyesi zemin yüzeyinden 2,0 m aşağıda
• Sürşarj: $q = 15$ kPa; konsol palplanş, DA-2

Çözüm:

Efektif birim hacim ağırlık: $\gamma' = 19{,}5 - 10 = 9{,}5$ kN/m³

$K_a = \tan^2(27{,}5°) = 0{,}271; \quad K_p = \tan^2(62{,}5°) = 3{,}690$

Aktif basınç bileşkeleri:

• Zemin: $E_{a,zemin} = 17{,}89 + 75{,}88 = 93{,}77$ kN/m
• Su: $E_{a,su} = \frac{1}{2}(40)(4) = 80{,}0$ kN/m
• Toplam: $E_{a,toplam} = 173{,}77$ kN/m

$d \approx \frac{6{,}0}{(13{,}62)^{1/3} - 1} = \frac{6{,}0}{2{,}386 - 1} = 4{,}33 \text{ m}$

$d_{tas} = 1{,}2 \times 4{,}33 = 5{,}2$ m → seç $d = 5{,}5$ m

$M_{Ed} \approx 173{,}77 \times \frac{6{,}0}{3} = 347{,}5 \text{ kNm/m}$

$W_{el,req} = \frac{347{,}5 \times 10^6}{355} = 978 \text{ cm}^3/\text{m}$

Profil: AZ 18 ($W_{el} = 1310$ cm³/m) yeterlidir. Kontrol: $1310 > 978$ ✓

Sonuç: Doygun zemin ve yüksek su basıncı nedeniyle kuru zemine kıyasla %48 daha büyük kesit modülü gerekmiştir.

Problem 3 — Zor

Veriler:

• $H = 9{,}0$ m; kum, $\phi' = 32°$, $\gamma = 19$ kN/m³; $\gamma_{sat} = 20$ kN/m³ → $\gamma' = 10$ kN/m³
• Yeraltı su seviyesi: 3,0 m derinlikte
• Tek ankrajlı palplanş, $l_a = 1{,}5$ m; sürşarj $q = 20$ kPa
• Çelik: S355; DA-2; İstanbul, $k_h = 0{,}25$ g

Çözüm:

$K_a = 0{,}307; \quad K_p = 3{,}255$

Aktif bileşkeler (katmanlı zemin + su):

$E_{a,toplam} = 43{,}29 + 191{,}82 + 180 = 415{,}11 \text{ kN/m}$

Gömme derinliği (serbest mesnet, moment dengesi):

$415{,}11 \times 3{,}5 = 3{,}875 d^3 \Rightarrow d^3 = 374{,}9 \Rightarrow d = 7{,}20 \text{ m}$

$d_{tas} = 1{,}2 \times 7{,}20 = 8{,}64$ m → seç $d = 9{,}0$ m

Ankraj kuvveti: $T = 179{,}3$ kN/m

$M_{Ed} \approx 415{,}11 \times 3 = 1245{,}3 \text{ kNm/m}$

$W_{el,req} = \frac{1245{,}3 \times 10^6}{355} = 3508 \text{ cm}^3/\text{m}$

Profil: AZ 48 ($W_{el} = 3380$ cm³/m) yetersiz → AZ 50 ($W_{el} = 3540$ cm³/m) seçilir. ✓

Deprem etkisi (TBDY 2018 Madde 16.9):

$\psi = \arctan(0{,}25) = 14{,}04°; \quad \Delta K_{ae} \approx 0{,}25 \times 0{,}307 \times 1{,}20 = 0{,}092$

$\Delta E_{ae} = \frac{1}{2}(0{,}092)(19)(18^2) = 283{,}7 \text{ kN/m}$

Deprem etkisi tasarım momentini yaklaşık %23 artırmaktadır; AZ 50 profilinin yerindeliğini doğrulamaktadır.

12. Türkiye'ye Özgü Saha Koşulları

Tablo 10: Türkiye'ye Özgü Saha Koşulları

13. Sık Yapılan Hatalar

1. Yeraltı su seviyesini ihmal etmek: Su altı koşullarında efektif gerilme hesabı ($\gamma'$) unutulduğunda aktif basınç ciddi ölçüde küçük hesaplanır.
2. Pasif direnç faktörü uygulamama: DA-2'de $\gamma_{R;e} = 1{,}40$ uygulanmadığında sistem tehlikeli tasarlanır.
3. Korozyon payı hesaplamama: Özellikle deniz/nehir kenarı uygulamalarında flanş kalınlıklarından korozyon payı düşülmeden profil boyutlandırması yanlıştır.
4. Ankraj bloğunu aktif kama içine koymak: Ankraj bloğunun etki yarıçapı aktif kayma düzlemi dışına çıkmalıdır; aksi hâlde ankraj direnç sağlayamaz.
5. Killi zeminde uzun vadeli analizi ihmal etmek: Kısa vadeli $c_u$ analizine güvenerek profil seçmek, uzun vadede yeniden dengelenme sonrası duvarın göçmesine yol açabilir.
6. Deprem etkisini atlamak: Türkiye'nin tamamı sismik tehlike altındadır; TBDY 2018 Madde 16.9 kapsamında sismik analiz zorunludur.
7. Çakma yöntemi seçimini ihmal etmek: Hassas tarihi yapı civarında yanlış yöntem seçimi yapı hasarı ve yasal soruna yol açabilir.

İlgili Standartlar ve Kaynaklar

Tablo 11: İlgili Standartlar ve Kaynaklar

Kaynakça

1. İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
2. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
3. İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

Kaynaklar

1. TS EN 1993-5:2007 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
2. TS EN 1997-1:2004 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
3. EN 10248-1:1995.
4. TBDY 2018 Madde 16.9 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm
5. TS EN 1997-2:2007 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Zemin Taşıma Gücü Hesaplama
• Şev Stabilitesi Hesaplama
• SPT N30 Düzeltme Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.