Diyafram Duvar Tasarımı — Barete ve Panel

Temel standart: TS EN 1538:2010+A1:2015 — Diyafram Duvarlar.

1. Tanım ve Uygulama Alanları

1.1 Panel ve Barete Farkı

Tablo 1: Panel ve Barete Farkı

1.2 Tipik Uygulama Alanları

• Bodrum katı iksası: AVM, gökdelenler, metro terminalleri
• Su geçirimsiz perde: baraj temelleri, deniz dolguları
• Derin temel: Zeminle çok katlı yapılarda barete sistemi
• Tünel iksa: Açık-kesme (cut-and-cover) metro tünelleri

2. Uygulama Süreci

2.1 Kılavuz Duvarı (Guide Wall)

Kılavuz duvarı, panel ekseni boyunca yüzeyde inşa edilen iki adet betonarme kirişten oluşur. Görevleri:

• Kazı ekipmanına yatay yönlendirme
• Bentonit çamurunun döküldüğü kanal
• Yüzey zemininin göçmesini önleme
• Donatı kafesinin pozisyonlanması

Boyutlar: $h = 1{,}0$–$1{,}5$ m (tipik), beton sınıfı ≥ C20/25, kalınlık = panel kalınlığı + 50 mm her yanda.

2.2 Bentonit Çamuru

Bentonit çamuru gereksinimleri (TS EN 1538):

Tablo 2: Bentonit Çamuru

Kazı sırasında bentonit seviyesi her zaman kılavuz duvarının ≥ 1,5 m altında olmalı; yeraltı su seviyesinin ≥ 1,0 m üzerinde tutulmalıdır.

2.3 Kazı Ekipmanları

Kazı ekipmanı seçim kriterleri:

Tablo 3: Kazı Ekipmanları

2.4 Donatı Kafesi Yerleştirme

Donatı kafesi gereksinimleri (TS EN 1538):

• Paspay: ≥ 75 mm (kazı yüzeyinden)
• Donatı boyu: Üstte zemin seviyesinden ≥ 700 mm çıkma (irtibat için)
• Bağlayıcı tel: Paslanmaz çelik veya plastik kaplı
• Ek boyu: $l_{b,rqd}$ (TS EN 1992-1-1 hesabına göre)

2.5 Tremie Beton Dökme

Beton, panel dibine kadar indirilen tremie borusuyla dökülür. Boru alt ucu daima beton içinde ≥ 3 m gömülü olmalı; beton yükseldikçe boru çekilir.

Beton gereksinimleri:

Tablo 4: Tremie Beton Dökme

3. Birleşim Detayları

3.1 Stop-End (Su Durdurucu) Profil

Stop-end tipleri:

Tablo 5: Stop-End (Su Durdurucu) Profil

3.2 Birincil–İkincil Panel Sıralaması

Klasik yöntem:

1. Birincil paneller dökülür ve beton 7 gün kürlenir
2. İkincil paneller, birincil paneller arasındaki dolgu zemin kazılarak oluşturulur
3. Stop-end profili çekilmiş yüzey ile taze beton temas eder

4. Yapısal Tasarım

4.1 Yük Tipleri

Diyafram duvarlar aşağıdaki yüklere maruz kalır:

• Yanal zemin basıncı: Aktif $K_a$ (kazı sırasında) + pasif $K_p$ (kaide)
• Yeraltı suyu basıncı: $u = \gamma_w \cdot h_w$
• Sismik kuvvetler: TBDY 2018 Ek 16B (sıvılaşma kontrolü dahil)
• Ankraj kuvvetleri: $T_{d}$ (zemin ankrajı tasarım yükü, TS EN 1537)
• Düşey yükler: Tabliye yükleri (duvar-döşeme irtibatında)

4.2 Eğilme Momenti Hesabı

Kazı aşamaları boyunca değişen yanal basınç profili analiz edilir. Klasik yöntemler:

Serbest ankrajlı tahkimat (free cantilever):

$$M_{max} = \frac{K_a \cdot \gamma \cdot H^3}{6}$$

Tek ankraja sahip duvar — Blum yöntemi:

$$D^3 - \frac{3 \cdot E_a \cdot a}{K_p - K_a} D - \frac{3 \cdot E_a \cdot (a + b)}{K_p - K_a} = 0$$

Sonlu eleman modeli (önerilen): PLAXIS 2D, SETTLE3 veya DEEPEX gibi yazılımlar; sıralı kazı analizi (staged construction) zorunludur.

4.3 Barete Tasarımı

Barete taşıma gücü (derin temel olarak):

$$Q_{ult} = Q_s + Q_p = \alpha \cdot c_u \cdot P \cdot L + N_c \cdot c_u \cdot A_b$$

Tablo 6: Barete Tasarımı

Yapısal kapasite (TS EN 1992-1-1):

$$N_{Rd} = \alpha_{cc} \cdot f_{ck} \cdot A_c + f_{yd} \cdot A_s$$

Boyuna donatı: $A_s \geq \max(0{,}01 \cdot A_c;\ 4 \cdot \phi_{min})$

5. Kentsel Ölçekte Uygulama

6. Zemin Ankrajı Entegrasyonu

6.1 Ankraj Tasarımı (TS EN 1537)

Yüksek derinlikli kazılarda diyafram duvar zemin ankrajlarıyla desteklenir. Geçici ankrajlar kazı boyunca kullanılır; kalıcı ankrajlar ömrü boyunca tasarlanır.

Ankraj kapasitesi kontrolü:

$$R_{a;k} \geq \frac{P_{d;h}}{\cos\alpha}$$

Tablo 7: Ankraj Tasarımı (TS EN 1537)

Güvenlik faktörü: $\gamma_a = 1{,}5$ (geçici), $\gamma_a = 2{,}0$ (kalıcı) — EN 1997-1.

Ön gerilme: Tasarım yükünün %125'i ile yükleme deneyi yapılır; %100 yüke kilitlenir.

6.2 Kazının Aşamalı İlerlemesi

1. Diyafram duvar tamamlanır
2. 1. kademe (≤ 1–2 m) kazı, ankraj kotuna gelinir
3. Ankraj delgisi ve enjeksiyon
4. Ön gerilme ve kilitleme
5. Sonraki kademeye geçiş
6. Her kademede şakül / inklinometre ölçümü

7. Teknik Kesit

8. Akış Diyagramı

9. Örnek Problemler

Problem 1 — Tekil Panel Tasarımı: Eğilme Momenti ve Donatı

Verilen:

• Panel: $t = 800$ mm, $L_{panel} = 5{,}0$ m
• Kazı derinliği: $H = 12$ m
• Zemin: Kum ($\phi' = 32°$, $\gamma = 18$ kN/m³)
• Yeraltı suyu: Yüzeyden 3 m derinde
• Tek sıra ankraj: kazı başından 2 m aşağıda
• Beton: C30/37 ($f_{ck} = 30$ MPa, $f_{cd} = 17$ MPa)
• Donatı: B420C ($f_{yk} = 420$ MPa, $f_{yd} = 365$ MPa)

Çözüm — Aktif zemin basıncı katsayısı:

$$K_a = \tan^2\!\left(45° - \frac{32°}{2}\right) = \tan^2(29°) = 0{,}307$$

Maks. aktif toprak basıncı (12 m'de):

$$\sigma'_{ah,max} = K_a \cdot \gamma' \cdot H - K_a \cdot \gamma_w \cdot (H - 3) = 0{,}307 \times 8 \times 12 - 0{,}307 \times 10 \times 9 = 29{,}5 - 27{,}6 = 1{,}9\ \text{kPa (yaklaşık)}$$

Not: Gerçek hesapta su basıncı $u = \gamma_w \cdot (H - z_w)$ ayrı eklenir; toplam yatay basınç $= \sigma'_{ah} + u$.

Yaklaşık $M_{max}$ (Blum yöntemi, tek ankraja göre):

$$M_{max} \approx 0{,}128 \cdot K_a \cdot \gamma \cdot H^3 = 0{,}128 \times 0{,}307 \times 18 \times 12^3 = 0{,}128 \times 0{,}307 \times 18 \times 1728 \approx \mathbf{1230\ \text{kN\cdot m/m}}$$

Gerekli eğilme donatısı ($d = 800 - 75 - 16 = 709$ mm):

$$A_s = \frac{M_{Ed}}{f_{yd} \cdot z} = \frac{1230 \times 10^3}{365 \times 0{,}9 \times 709} = \frac{1{,}23 \times 10^6}{232{.}900} \approx 5280\ \text{mm}^2/\text{m}$$

Seçim: Ø25/150 mm = 3272 mm²/m < gerekli → Ø32/150 mm = 5362 mm²/m → Uygun

Problem 2 — Barete Taşıma Gücü Hesabı

Verilen:

• Barete: $2{,}80\ \text{m} \times 1{,}20\ \text{m}$, $L = 16$ m
• Zemin: Sıkı kum ($\phi' = 36°$, $\gamma = 19$ kN/m³, $K_s = 0{,}75$, $\delta = 0{,}7\phi' = 25{,}2°$)
• Beton: C35/45
• Donatı: 10Ø30 + 7Ø20 (toplam $A_s = 9298$ mm²)

Çevre sürtünme kapasitesi:

$$Q_s = K_s \cdot \sigma'_v \cdot \tan\delta \cdot P \cdot L$$

Ortalama efektif düşey gerilme ($z_{ort} = 8$ m): $\sigma'_v = 19 \times 8 = 152$ kPa

$$P = 2 \times (2{,}80 + 1{,}20) = 8{,}0\ \text{m}$$ $$Q_s = 0{,}75 \times 152 \times \tan(25{,}2°) \times 8{,}0 \times 16 = 0{,}75 \times 152 \times 0{,}469 \times 128 = \mathbf{6855\ \text{kN}}$$

Uç taşıma kapasitesi ($N_q = 37$ için $\phi' = 36°$):

$$A_b = 2{,}80 \times 1{,}20 = 3{,}36\ \text{m}^2$$ $$Q_p = \sigma'_v \cdot N_q \cdot A_b = (19 \times 16) \times 37 \times 3{,}36 = 304 \times 37 \times 3{,}36 = \mathbf{37{.}852\ \text{kN}}$$

Toplam taşıma gücü:

$$Q_{ult} = Q_s + Q_p = 6855 + 37852 = 44707\ \text{kN}$$

Tasarım kapasitesi (EN 1997-1, 1 deney → $\gamma_{Rt} = 1{,}4$):

$$R_{c;d} = \frac{Q_{ult} / 1{,}50}{1{,}4} = \frac{29{.}805}{1{,}4} = \mathbf{21{.}289\ \text{kN} \approx 21\ \text{MN}}$$

Problem 3 — Kazı Derinliği Kontrolü: Hidostatik Yükselen Taban Stabilitesi

Verilen:

• Diyafram duvar kazısı: $H = 15$ m
• Panel: $t = 1000$ mm, kil zemine gömme derinliği $D = 6$ m
• Kil: $c_u = 45$ kPa, $\gamma = 17$ kN/m³
• YAS: Doğal zeminde yüzeyden 1 m, kazı içinde pompalanarak –15 m'ye çekilmiş
• Su basıncı: panel tabanında $u = \gamma_w \times (15 - 1) = 140$ kPa (dışarıdan)

Taban stabilite kontrolü (Bjerrum & Eide yöntemi):

$$FS_{kaldırma} = \frac{N_c \cdot c_u}{\gamma \cdot H - \gamma_w \cdot h_w}$$ $$N_c = 5{,}14 \times \left(1 + 0{,}2\frac{B}{L}\right) = 5{,}14 \times 1{,}2 = 6{,}17 \quad \text{(kare veya yuvarlak kazı)}$$ $$FS = \frac{6{,}17 \times 45}{17 \times 15 - 140} = \frac{277{,}7}{255 - 140} = \frac{277{,}7}{115} = \mathbf{2{,}41} > 1{,}5 \quad \text{Uygun}$$

Sonuç: $FS = 2{,}41 > 1{,}5$ — taban stabilitesi sağlanmıştır. Kil gömme derinliği $D = 6$ m yeterlidir.

10. Sık Yapılan Hatalar

Tablo 8: Sık Yapılan Hatalar

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 1997-1:2012 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
2. TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm

İlgili Hesaplama Araçları

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

• Temel Boyutlandırma Hesaplama
• Zemin Taşıma Gücü 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.