Kategoriye DönTMOrtaFHWA NHI-10-024 / TS EN 13251:2016 / TBDY 2018 Bölüm 16
TM-012Orta
Donatılı Zemin (Toprakarme) İstinat Duvarı
Toprakarme (Mechanically Stabilized Earth — MSE) duvar, zemin kütlesinin içine yatay olarak yerleştirilen gerilme elemanları (geogrid, çelik şerit, geotekstil vb.) aracılığıyla aktif toprak basıncına...
Toprakarme (Mechanically Stabilized Earth — MSE) duvar, zemin kütlesinin içine yatay olarak yerleştirilen gerilme elemanları (geogrid, çelik şerit, geotekstil vb.) aracılığıyla aktif toprak basıncına karşı direnç geliştiren, birleşik bir kompozit taşıyıcı sistem oluşturan istinat yapısıdır.
Temel mekanizma:
Zemin dolgusu yükleme altında yatay deplasman yapmaya çalışır.
Donatı elemanı sürtünme kuvvetiyle bu hareketi engeller.
Donatıdaki çekme kuvveti, zemine basınç/sıkıştırma gerilmesi olarak geri aktarılır.
Bileşik zemin+donatı sistemi rijit bir blok gibi davranır.
Saha Notu: Türkiye'de toprakarme duvarlar, 1980'lerden bu yana Reinforced Earth (REAş) ve GeoArt gibi firmalar tarafından uygulanmaktadır. İstanbul–İzmir Otoyolu, Kuzey Marmara Otoyolu, Ankara–Sivas YHT hattı ve İzmir–Çiğli Tramvay Hattı başlıca referans projelerdir.
Tablo 1: Çalışma Prensibi
Özellik / Toprakarme (MSE) / Betonarme Konsol
Özellik
Toprakarme (MSE)
Betonarme Konsol
Maliyet (benzer H)
%40–50 daha az
Referans
Deprem performansı
Üstün (esnek)
Orta
Max. pratik yükseklik
> 20 m
8–10 m
İnşaat hızı
Yüksek (200 m²/gün)
Düşük
Zemin oturmasına tolerans
Yüksek
Düşük
Standart
TS EN 13251:2016 (geogrid)
TS 500:2000
Şekil 1. MSE toprakarme duvarı prefabrik beton panel ön yüzü (Türkiye şantiyesi). C30/37 beton sınıfında prefabrik paneller tipik uygulamadır; panel bağlantı cıvataları galvanizli veya paslanmaz çelik olmalıdır. Türkiye'de otoyol ve YHT hatlarında en yaygın kullanılan istinat sistemidir.
Şekil 2. MSE duvarı prefabrik beton panel ön yüzü yakın çekim. Her panel tipik olarak t = 140–180 mm kalınlığında olup birbiriyle ve geogrid bağlantı noktalarıyla hassas hizalanmalıdır. Yanlış hizalama bağlantı noktasında eğilme yükü oluşturur.
2. Donatı Türleri
2.1 Metalik Donatılar (Galvanizli Çelik Şerit)
Boyutlar: genişlik 50–100 mm, kalınlık 3–5 mm
Yüzey: profilli (nervürlü) — sürtünme artırımı için
Standart: ASTM A36 veya ASTM A572 Gr. 50
Galvanizleme: EN ISO 1461 (minimum 610 g/m²) veya ASTM A123
Çekme dayanımı (uzun dönem tasarım):
Tal=Fy⋅Ac/SF
Burada Ac paslanma sonrası efektif kesit alanı, SF=1,5, Fy akma dayanımıdır.
Paslanma payı (FHWA NHI-10-024 Tablo 3.12):
İlk 2 yıl: 15 µm/yıl
Sonraki yıllar: 4 µm/yıl
Tasarım ömrü: 75–100 yıl
Saha Notu — Türkiye: Sahil bölgelerinde (Ege, Marmara, Karadeniz kıyısı) klorür etkisiyle korozyon hızlanabilir. EC > 2000 µS/cm veya klorür > 200 mg/kg olan zeminlerde metalik donatı yerine PET geogrid tercih edilmelidir.
2.2 Sentetik Donatılar (Geogrid)
Geogridler, Türkiye'de TS EN 13251:2016 standardı kapsamında temin edilir.
Geogrid özellikleri:
Malzeme: HDPE, PP (Polipropilen), PET (Polyester)
Tipik çekme dayanımı: Tult = 20–200 kN/m
Çekme dayanımı ölçüm standardı: TS EN ISO 10319:2015 (Geniş şerit çekme deneyi)
Uzun dönem tasarım çekme dayanımı (FHWA NHI-10-024 Madde 3.5):
Tal=RFCR⋅RFID⋅RFD⋅RFBDTult
Tablo 2: Sentetik Donatılar (Geogrid)
Azaltma Faktörü / Açıklama / Tipik Aralık
Azaltma Faktörü
Açıklama
Tipik Aralık
RFCR
Sünme (creep) azaltma faktörü
1,5 – 5,0
RFID
Kurulum hasarı
1,05 – 3,0
RFD
Dayanıklılık/kimyasal bozunma
1,1 – 2,0
RFBD
Biyolojik bozunma
1,0 – 1,3
Dikkat: Donatı için yalnızca kısa dönem kopma dayanımı Tult kullanılması — azaltma faktörleri uygulanmadan — sünme altında kopma riskine yol açar.
Tablo 3: Sentetik Donatılar (Geogrid)
Poz No / Tanım / Birim
Poz No
Tanım
Birim
10.450.5233
Geogrid, imalat yönünde 80 kN/m, PET, Dikişli (TS EN 13251)
m²
10.450.5235
Geogrid, imalat yönünde 120 kN/m, PET, Dikişli (TS EN 13251)
m²
10.450.5251
Geogrid, zemin güçlendirme, PET, polimer kaplı
m²
10.450.5253
Geogrid, her iki yön 40 kN/m, PET, kaynak dikişli
m²
Şekil 3. MSE duvarı geogrid ve geotekstil katman yerleşimi. SRW Geogrid birincil donatı elemanıdır; NW4.5 (ayrım), SB3 (filtrasyon) ve SS5 (stabilizasyon) geotekstilleri farklı işlevler üstlenir. Granüler dolgu içinde her kat belirli düşey aralığa (Sv≤0,80 m) yerleştirilir.
3. Ön Yüz Sistemleri
Tablo 4: Ön Yüz Sistemleri
Ön Yüz Türü / Malzeme / Uygulama / Türkiye'deki Kullanımı
Ön Yüz Türü
Malzeme
Uygulama
Türkiye'deki Kullanımı
Prefabrik beton panel
Betonarme, t = 140–180 mm
Karayolu, liman
Otoyol, YHT (REAş paneli)
Tel kafes (Gabyon tipi)
Galvanizli tel, taş dolgu
Geçici/kalıcı
Dağlık bölge yolları
Beton blok (Modüler)
Kuru duvar blokları
Peyzaj, hafif ticari
Konut peyzajı, sanayi
Geogrid bohçalı
Geogrid kendisi ön yüz
Geçici/çevresel
Orman yolu, erozyon
Şekil 4. MSE modüler beton blok (CMU) duvarı tipik kesit. Techno-Block Suprema tipi bloklar; 16 inc (yaklaşık 400 mm) aralıkta Geogrid 72 inc (1,83 m) uzunluğunda, filtrasyon geotekstiline sarılı 3/4 inc kırma taş, dip drenaj ve tesviye betonu ile tamamlanır. FHWA NHI-10-024 kapsamlı tipik kesit.
4. Dış Stabilite Analizleri
MSE duvar, rijit bir blok olarak ele alınır. Dönme noktası: taban ön köşe.
Sismik ek kuvvet bileşkesi 0,6H yüksekliğinde etki eder.
Tablo 7: Mononobe-Okabe Yöntemi
Bölge / Temsili İller / Don Derinliği (cm)
Bölge
Temsili İller
Don Derinliği (cm)
Marmara
İstanbul, Bursa, Edirne
40–60
Ege
İzmir, Denizli, Manisa
20–40
Akdeniz
Antalya, Adana, Mersin
0–20
İç Anadolu
Ankara, Konya, Sivas
80–120
Doğu Anadolu
Erzurum, Ağrı, Kars
120–200
Karadeniz
Trabzon, Samsun
30–60
8. İnşaat Aşamaları
Şekil 7. MSE duvarı metalik donatı (çelik şerit) serilmesi (Türkiye şantiyesi). Panel ön yüzlerine bağlanan turuncu galvanizli çelik şeritler yatay olarak dolgu zeminine yayılmaktadır. Her donatı katmanı serilmeden önce zemin sıkıştırılmalı ve düşey aralık ölçülmelidir.
Şekil 8. MSE duvarı temel bileşenleri kesit diyagramı. Ön yüz (welded wire form veya prefabrik panel), yatay zemin donatıları (soil reinforcements), donatılı geri dolgu (reinforced backfill) ve ayrım/filtrasyon geotekstilin bir arada oluşturduğu kompozit sistem görülmektedir. Sürşarj yükü etkin alan üzerine etkir.
Şekil 9. MSE duvarı geogrid/çelik donatı yerleşimi (inşaat aşaması). Panel ön yüzlerine bağlı paralel donatı elemanları; yatay aralık Sh ve serim uzunluğu L tasarımdan belirlenir. Dolgu serimi ön yüzden 3 m uzakta başlamalıdır.
Tipik inşaat sırası:
Zemin hazırlığı: kötü malzeme kaldırılır; min. 5 geçişli titreşimli silindirle sıkıştırılır.
Tesviye betonu: 150 mm kalınlığında C16/20, min. 12 saat kür bekletilir.
İlk sıra panel montajı: düşeylik ve hizalama kontrol edilir; geçici desteklerle sabitlenir.
Dolgu serilmesi: ön yüzden 3 m uzakta başlar; tabaka kalınlığı max. 200 mm.
Sıkıştırma: ön yüze yakın bölgelerde küçük kompaktör; geride büyük silindir — min. %95 standart Proktor.
Geogrid/şerit bağlantısı: donatılar panel bağlantı noktalarına takılır.
Bir üst sıra panel + tekrar: istenen yüksekliğe kadar tekrarlanır.
Tablo 8: İnşaat Aşamaları
Parametre / Değer / Kaynak
Parametre
Değer
Kaynak
Ortalama günlük montaj kapasitesi
200 m²/gün
GeoArt, 2017
Optimum ekip büyüklüğü
4–6 kişi
REAş, 2021
Sıkıştırma tabaka kalınlığı (max.)
200 mm
KGM Tek. Şart. 2013
9. Tipik Kesit
Şekil 10. Donatılı Zemin (Toprakarme/MSE) Duvarı Sistem Kesiti. Ön yüz panelleri, yatay donatı katmanları (geogrid/çelik şerit), aktif kama ve rezistan bölge, donatı çekme dağılımı (Tmax=K⋅σv⋅Sv), iki yenilme modu (kopma + sıyrılma), dış stabilite ve ön yüz bağlantı detayı. FHWA-NHI-10-024 / TS EN 14475 / TS EN 13251:2016 / TS EN 1997-1:2012 esas alınmıştır.
Şekil 11 — Toprakarme (MSE) Duvar Tasarım Akışı Geometri + zemin → yükler → dış stabilite → iç stabilite (kopma + sıyrılma) → T_max → ankraj boyu → ön yüz + drenaj + dayanıklılık → tasarım detayı.Şekil 11. Tamamlanmış MSE modüler beton blok duvarı (Türkiye). Kentsel bölgedeki eğri geçiş rampasında modüler beton blok ön yüzlü MSE duvarı. Bu tip uygulamalar peyzaj açısından estetik görünüm sağlar; blok ön yüzün eğri hatları betonarme konsol duvara göre çok daha kolay oluşturulur.
Örnek Problemler
Problem 1 — Kolay
Bağlam: Türkiye İç Anadolu bölgesinde (ϕ′=34°) bir karayolu dolgusu için H = 5,0 m yüksekliğinde toprakarme duvar tasarlanmaktadır.
Kontrol: Sıyrılma FS kopma FS'den çok daha yüksek; tasarımı belirleyen parametrenin kopma FS olduğu doğrulandı.
Problem 3 — Zor
Bağlam: Türkiye 1. Derece Deprem Bölgesinde (SDS=1,20g, ZC zemin sınıfı) köprü yaklaşım dolgusu için H = 8,0 m yüksekliğinde toprakarme duvarın sismik dış stabilite analizi.
Veriler:
H = 8,0 m; γ=20,0 kN/m³; ϕ′=36°; qult=450 kPa; q = 15,0 kPa
Sonuç: Deprem bölgelerinde L≥0,8H alınması sismik kayma güvenliğini önemli ölçüde iyileştirmektedir. TBDY 2018 parametreleri ile Mononobe-Okabe yöntemi birlikte uygulandığında sismik toprak itkisi statik değerin yaklaşık 1,5 katına çıkabilmektedir.
Sayısal Örnek — MSE Duvar Dış Stabilite (Orijinal)
Verilen: H = 6,0 m; γ=19,0 kN/m³; ϕ′=36°; qult=400 kPa; q = 10,0 kPa; μ=0,625; L = 0,7 × 6,0 = 4,2 m.
Adım 1:Ka=tan2(27°)=0,2596
Adım 2:PA=21(0,2596)(19,0)(6,0)2+(0,2596)(10,0)(6,0)=88,8+15,6=104,4 kN/m
Adım 3:W=19,0×6,0×4,2=478,8 kN/m
Adım 4 — Kayma:FSkayma=104,40,625×520,8=104,4325,5=3,12≥1,5 ✓
Donatı uzunluğunu 0,7H'den kısa seçmek: Sıyrılma FS kritik bölgelerde 1,5'in altına düşer.
Dolgu malzemesi granülometresini kontrol etmemek: No. 200 elekten geçen oran %25'i geçmemeli; EC < 2000 µS/cm kontrolü zorunlu.
Uzun dönem tasarım dayanımını belirlemeden Tult kullanmak: Sünme altında kopma riski; TS EN 13251:2016 test raporları temin edilmeden malzeme teslim alınmamalı.
Sismik tasarım ihmali: Mononobe-Okabe ek yatay sismik kuvveti (kh=0,5Am) dahil edilmediğinde gerçek güvenlik katsayısı ciddi ölçüde düşer.
Ön yüz panel bağlantılarını donatıyla yanlış hizalamak: Eğilme momenti yükleri bağlantı noktasına aktarılır; panel hasar görebilir.
Düşey donatı aralığını 0,80 m'den büyük almak: Her donatı katmanındaki Tmax değeri artar, sıyrılma güvenliği düşer.
Don derinliğini göz ardı etmek: İç ve Doğu Anadolu'da (80–200 cm) ön yüz tesviye betonu don derinliği altına gömülmeli.
Türkiye'de TS EN 13251 belgesi olmayan geogrid kullanmak: KGM ve belediye projelerinde TS EN 13251:2016 uygunluk belgesi zorunludur.
Kaynaklar
FHWA (2009). Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes. FHWA NHI-10-024.
FHWA (2023). Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth (MSE) Walls. FHWA-HIF-24-002.
Özer, M. & Çelebi, B. (2024). Geogrid Donatılı İstinat Duvarı Yapımında Kullanılan Dolgu Malzemesinin Güvenlik Katsayıları Üzerindeki Etkisi. Politeknik Dergisi, 27(5): 1681–1695. DOI: 10.2339/politeknik.1252417
Ertuğrul, Ö. L. & Zahin, B. B. (2023). A parametric study on the dynamic lateral earth forces on retaining walls according to European and Turkish Building Earthquake Codes. Turkish Journal of Engineering, 7(3): 196–207.
TBDY 2018. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Bölüm 16. T.C. Resmi Gazete, 18.03.2018 No:30364.
TS EN 13251:2016. Geotekstil ve Geotekstil Bağlantılı Ürünler — Zemin Güçlendirme ve İstinat Yapılarında Kullanım. TSE.
TS EN ISO 10319:2015. Geosentetikler — Geniş Şerit Çekme Deneyi. TSE.
KGM (2013). Karayolu Teknik Şartnamesi. Karayolları Genel Müdürlüğü.
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.
MSE (toprakarme) duvarının dış stabilitesi için minimum güvenlik katsayıları nelerdir?+
FHWA NHI-10-024'e göre kayma için FS ≥ 1,5; devrilme için FS ≥ 2,0; taşıma gücü için FS ≥ 2,5–3,0 ve eksantriklik için e ≤ L/6 (toprak zemin) sağlanmalıdır.
Geogrid donatı için uzun dönem tasarım çekme dayanımı nasıl belirlenir?+
TS EN 13251:2016 kapsamında ölçülen kısa dönem kopma dayanımı T_ult; sünme (RF_CR), kurulum hasarı (RF_ID), dayanıklılık (RF_D) ve biyolojik bozunma (RF_BD) azaltma faktörlerine bölünerek uzun dönem tasarım dayanımı T_al elde edilir.
FHWA minimum donatı uzunluğu şartı nedir ve deprem bölgelerinde ne olmalıdır?+
FHWA NHI-10-024, minimum toplam donatı uzunluğunu L ≥ 0,7H olarak tanımlar. Yüksek sürşarj (q > 30 kPa) veya deprem bölgelerinde L ≥ 0,8H alınması önerilir.
Sismik analizde sismik yatay katsayısı (k_h) nasıl hesaplanır?+
TBDY 2018 ve FHWA yöntemine göre önce A_m = (1,45 − A_s) × A_s formülüyle sismik ivme katsayısı, ardından k_h = 0,5 × A_m ile yatay sismik katsayı hesaplanır; A_s değeri AFAD haritasından konuma özel alınır.
Toprakarme duvarında dolgu malzemesi için hangi şartlar aranır?+
No. 200 elekten geçen oran en fazla %25 olmalı, iç sürtünme açısı φ' ≥ 34°, sıkıştırma ≥ %95 standart Proktor, pH 5–10 ve EC < 2000 µS/cm şartları sağlanmalıdır (KGM Teknik Şartnamesi 2013).
Bu Makaleyi Alıntıla
Akademik ve mesleki kullanım için hazır atıf formatları.
Bilgi Portali Editörü (2026). Donatılı Zemin (Toprakarme) İstinat Duvarı. Yapıdan — İnşaat Mühendisliği Bilgi Portalı. https://yapidan.com/kategoriler/tm/donatili-zemin-toprakarme-istinat-duvari