Yol Drenajı ve Su Giderme Hesabı

1. Giriş ve Temel İlkeler
2. Türkiye'ye Özgü Saha Koşulları
3. Hesap Yöntemi
4. Tasarım Süreci Akış Diyagramı
5. Formüller Özeti
6. Örnek Problemler
7. Sık Yapılan Hatalar
8. Kaynaklar

1. Giriş ve Temel İlkeler

Yol drenajı üç bileşeni kapsar:

Tablo 1: Giriş ve Temel İlkeler

Saha Notu: Türkiye'nin yaklaşık %42'si yüksek deprem bölgesindedir. Drenaj yapılarının temellerinde TBDY 2018 kapsamında zemin sıvılaşması riski değerlendirilmeli; alüvyal ve kumlu zeminlerde menfez temelleri buna göre tasarlanmalıdır. İç Anadolu'da don derinliği 80–120 cm, Doğu Anadolu'da ise 120 cm'yi aşabildiğinden, drenaj boru ve menfez temelleri bu derinlikten daha aşağıya yerleştirilmelidir.

Dikkat: Yol boyuna eğiminin minimum %0,30–%0,50 tutulmaması durumunda teker izi oluklarında biriken su dren edilemez; bu durum hem hidroplaning riskini artırır hem de kaplama ömrünü kısaltır (KGM KTŞ 2023, Madde 7.1.2).

2. Türkiye'ye Özgü Saha Koşulları

2.1 İklim Bölgelerine Göre Yağış Rejimleri

Tablo 2: İklim Bölgelerine Göre Yağış Rejimleri

Saha Notu: MGM (Meteoroloji Genel Müdürlüğü), her il ve istasyon için yağış şiddet–süre–tekerrür (IDF) eğrilerini yayımlamaktadır. Proje bölgesine en yakın istasyon verisi kullanılmalı; istasyon yoksa komşu istasyon verileri Thiessen poligon ağırlıklandırmasıyla birleştirilmelidir.

2.2 Türkiye Zemin Tipleri ve Drenaj Davranışı

Tablo 3: Türkiye Zemin Tipleri ve Drenaj Davranışı

3. Hesap Yöntemi

Adım 1: Havza Parametrelerinin Belirlenmesi

Tablo 4: Adım 1: Havza Parametrelerinin Belirlenmesi

Adım 2: Rasyonel Yöntem ile Pik Debi

Rasyonel formül (KGM Şartnamesi, Yol Drenajı Hesap Esasları; TS EN 752 Ek B):

$Q = \frac{C \cdot i \cdot A}{360} \quad [\text{m}^3/\text{s}]$

Burada $A$ hektardır (ha), $i$ mm/saat cinsinden yağış şiddetidir.

Alternatif (havza km² ise):

$Q = \frac{C \cdot i \cdot A}{3{,}6} \quad [\text{m}^3/\text{s}], \quad A: \text{km}^2$

Bileşik akış katsayısı:

$C = \frac{\sum C_i \cdot A_i}{\sum A_i}$

Tablo 5: Adım 2: Rasyonel Yöntem ile Pik Debi

Dikkat: Havza alanı 10 km²'yi geçiyorsa Rasyonel Yöntem uygulanamaz; DSİ Sentetik Birim Hidrograf Yöntemi (10–1000 km²) veya Mockus yöntemi kullanılmalıdır (KGM KTŞ 2023, Madde 7.4.2).

Adım 3: Toplanma Süresi

Kirpich Formülü (Kirpich, 1940; KGM uygulaması):

$t_c = 0{,}0195 \cdot \frac{L^{0{,}77}}{S^{0{,}385}} \quad [\text{dakika}]$

Burada $L$ = havzanın en uzun akış yolu (m), $S$ = havza ortalama eğimi (m/m).

KGM İki-Segment Yöntemi:

$t_c = t_1 + t_2$

$t_2 = 0{,}0195 \cdot \left(\frac{L_2^3}{H_2}\right)^{0{,}385}$

Burada $t_1$ arazi üstü akış süresi, $t_2$ dere yatağındaki akış süresidir (dakika).

FAA Yüzey Akışı Formülü:

$t_c = \frac{1{,}8 \cdot (1{,}1 - C) \cdot L^{0{,}5}}{S^{1/3}} \quad [\text{dakika}]$

Adım 4: Tekerrür Periyodu Seçimi

Tablo 6: Adım 4: Tekerrür Periyodu Seçimi

Saha Notu: Türkiye'deki iklim değişikliği projeksiyon çalışmaları (MGM, 2021), yoğun yağış olaylarının frekansında artış öngörmektedir. Yeni projelerde bir üst tekerrür periyodu (ör: il yolu için 25 yıl) tercih edilmesi önerilmektedir.

Adım 5: Yol Hendek Boyutlandırması

Hendek kesiti Manning formülü ile hesaplanır (KGM KTŞ 2023, Madde 7.5; TS EN 752:2008 Madde 6.6):

$Q = \frac{A}{n} \cdot R^{2/3} \cdot S^{1/2}$

Burada $A$ = ıslak kesit alanı (m²), $n$ = Manning pürüzlülük katsayısı, $R = A/P$ = hidrolik yarıçap (m), $S$ = kanal boyuna eğimi (m/m).

Trapez kesit için ıslak alan ve ıslak çevre:

$A = (b + m \cdot y) \cdot y$

$P = b + 2y\sqrt{1 + m^2}$

Tablo 7: Adım 5: Yol Hendek Boyutlandırması

Tablo 8: Adım 5: Yol Hendek Boyutlandırması

Saha Notu: Türkiye'nin Akdeniz ve Güneydoğu bölgelerindeki marnlı ve balçıklı zeminlerde hendek şevleri kolayca aşınmaktadır; bu zeminlerde beton veya bütümlü şev kaplaması zorunludur. Ege ve Marmara kıyılarındaki killi zeminlerde hendek kaplama koşulu $V > 0{,}6$ m/s'de başlamaktadır.

Adım 6: Menfez (Culvert) Boyutlandırması

Menfez hesabı giriş kontrolü (inlet control) veya çıkış kontrolü (outlet control) koşuluna göre yapılır (KGM KTŞ 2023, Madde 7.6; FHWA HDS-5, 2012).

Kritik su derinliği (kutu menfez):

$D_k = \sqrt[3]{\frac{(Q/B)^2}{g}}$

Giriş kontrollü akım:

$Q = C_d \cdot A_{menfez} \cdot \sqrt{2g \cdot H_w}$

Burada $C_d$ = giriş boşalma katsayısı (0,60–0,95), $H_w$ = giriş su yüzü yüksekliği (m).

İzin verilen maksimum başsu yüksekliği (KGM kriteri):

$\frac{H_w}{D} \leq 1{,}5$

Kritik eğim kontrolü (Manning):

$J_{kr} = \left(\frac{n \cdot V_k}{R^{2/3}}\right)^2$

Tablo 9: Adım 6: Menfez (Culvert) Boyutlandırması

Adım 7: Hidroplaning (Aquaplaning) Kontrolü

Yol yüzeyinde su derinliği izin verilen sınırı geçmemelidir. Su film kalınlığı tahmini (AASHTO GDPS-4):

$T_d = 0{,}01 \cdot \left(\frac{C \cdot i \cdot L_{akma}}{S_{enine}}\right)^{0{,}6}$

Burada $T_d$ = tahmini su filmi kalınlığı (mm), $L_{akma}$ = yüzey akış yolu uzunluğu (m), $S_{enine}$ = yol enine eğimi (%).

Hidroplaning riski: $T_d > 2{,}5\text{ mm}$ olduğunda yüzey dokusu derinliği artırılmalı ve enine eğim minimum %2,0–%2,5'e çıkarılmalıdır.

4. Tasarım Süreci Akış Diyagramı

5. Formüller Özeti

Tablo 10: Formüller Özeti

6. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler:

• Havza alanı: $A = 15\text{ ha}$
• Bileşik akış katsayısı: $C = 0{,}60$ (sathi kaplama + çim şev)
• IDF eğrisinden yağış şiddeti ($T = 10$ yıl, $t_c = 20$ dk): $i = 90\text{ mm/saat}$
• Hendek boyuna eğimi: $S = 0{,}005$
• Trapez hendek: $b = 0{,}40\text{ m}$, $m = 1{,}5$, $n = 0{,}025$ (toprak)

Çözüm:

Adım 1 — Pik Debi:

$Q = \frac{C \cdot i \cdot A}{360} = \frac{0{,}60 \times 90 \times 15}{360} = \frac{810}{360} = 2{,}25\text{ m}^3/\text{s}$

Adım 2 — Manning ile Normal Derinlik ($y_n = 0{,}90\text{ m}$ denenirse):

$A = (0{,}40 + 1{,}5 \times 0{,}90) \times 0{,}90 = 1{,}575\text{ m}^2$

$P = 0{,}40 + 2 \times 0{,}90 \times \sqrt{1 + 1{,}5^2} = 3{,}645\text{ m}$

$R = 1{,}575 / 3{,}645 = 0{,}432\text{ m}$

$Q_{hesap} = \frac{1{,}575}{0{,}025} \times (0{,}432)^{2/3} \times (0{,}005)^{1/2} \approx 2{,}57\text{ m}^3/\text{s}$

$Q_{hesap} = 2{,}57 > Q = 2{,}25$ → yeterli; $y_n \approx 0{,}87\text{ m}$ olarak yakınsanır.

Sonuç: $y_n \approx 0{,}87\text{ m}$; $V = Q/A \approx 1{,}63\text{ m/s}$ → KGM max. 3,50 m/s sınırı içinde ✓

Problem 2 — Orta

Veriler:

• $Q_{100} = 53{,}28\text{ m}^3/\text{s}$ (Rasyonel Yöntem, $C = 0{,}50$, 100 yıl)
• Menfez: Kutu tip, $a \times b = 5 \times 5\text{ m}$ (tek gözlü)
• Manning katsayısı: $n = 0{,}022$; Menfez eğimi: $J = 0{,}008$

Çözüm:

Adım 1 — Kritik su yüksekliği:

$D_k = \sqrt[3]{\frac{(Q/B)^2}{g}} = \sqrt[3]{\frac{(53{,}28/5)^2}{9{,}81}} = \sqrt[3]{11{,}59} = 2{,}26\text{ m}$

Adım 2 — Islak alan ve çevre (kritik derinlikte):

$A_k = 5{,}0 \times 2{,}26 = 11{,}30\text{ m}^2$; $P_k = 5{,}0 + 2\times2{,}26 = 9{,}52\text{ m}$; $R_k = 11{,}30/9{,}52 = 1{,}187\text{ m}$

Adım 3 — Kritik akım hızı ve eğimi:

$V_k = 53{,}28/11{,}30 = 4{,}71\text{ m/s}$

$J_{kr} = \left(\frac{0{,}022 \times 4{,}71}{1{,}187^{2/3}}\right)^2 = (0{,}0921)^2 \approx 0{,}0085$

Sonuç: $D_k = 2{,}26\text{ m}$; $V_k = 4{,}71\text{ m/s}$; $J_{kr} \approx 0{,}0085$

Kontrol: Menfez eğimi $J = 0{,}008 < J_{kr} = 0{,}0085$ → akış kritik altı (subcritical), çıkış kontrolü uygulanmalı. $V_k = 4{,}71 < 7{,}0\text{ m/s}$ → KGM sınırı içinde ✓

Problem 3 — Zor

Senaryo: Bir devlet yolunda $T = 25$ yıl tekerrür debisi $Q = 4{,}17\text{ m}^3/\text{s}$ hesaplanmıştır. Önce trapez hendek denenecek; yetersiz kalırsa menfeze geçilecektir.

Veriler:

• Havza: $A = 25\text{ ha}$; $C = 0{,}50$; $t_c = 13{,}9\text{ dk}$; $i = 120\text{ mm/saat}$
• Hendek: Trapez, $b = 0{,}50\text{ m}$; $m = 1{,}5$; $n = 0{,}025$; $S = 0{,}008$
• Menfez (gerekirse): Kutu 1,5×1,5 m; $n = 0{,}014$; $S = 0{,}005$; $C_d = 0{,}75$

Aşama 1 — Toplanma Süresi Doğrulaması:

Çözüm:

$t_c = 0{,}0195 \times \frac{800^{0{,}77}}{0{,}02^{0{,}385}} \approx 13{,}9\text{ dk} \checkmark$

Aşama 2 — Pik Debi:

$Q = \frac{0{,}50 \times 120 \times 25}{360} = 4{,}17\text{ m}^3/\text{s}$

Aşama 3 — Hendek Normal Derinliği ($y_n = 0{,}75\text{ m}$ deneme):

$A = (0{,}50 + 1{,}5 \times 0{,}75) \times 0{,}75 = 1{,}219\text{ m}^2$; $R = 1{,}219/3{,}205 = 0{,}380\text{ m}$

$Q_{hesap} = (1{,}219/0{,}025) \times (0{,}380)^{2/3} \times (0{,}008)^{1/2} \approx 2{,}30\text{ m}^3/\text{s}$

$Q_{hesap} = 2{,}30 < 4{,}17\text{ m}^3/\text{s}$ → Hendek YETERSİZ → Menfeze geçilir.

Aşama 4 — Menfez Kapasitesi (Giriş Kontrolü):

$H_w = 1{,}5 \times 1{,}5 = 2{,}25\text{ m}$ (KGM max.); $A_{menfez} = 2{,}25\text{ m}^2$

$Q_{menfez} = 0{,}75 \times 2{,}25 \times \sqrt{2 \times 9{,}81 \times 2{,}25} = 1{,}6875 \times 6{,}644 = 11{,}21\text{ m}^3/\text{s}$

$Q_{menfez} = 11{,}21 > Q = 4{,}17\text{ m}^3/\text{s}$ → 1,5×1,5 m kutu menfez kapasiteyi karşılıyor ✓

Aşama 5 — Manning ile Normal Hız Kontrolü:

$R = 2{,}25/(4 \times 1{,}5) = 0{,}375\text{ m}$

$V = (1/0{,}014) \times (0{,}375)^{2/3} \times (0{,}005)^{1/2} = 2{,}65\text{ m/s} < 7{,}0\text{ m/s}$ → KGM sınırı içinde ✓

Kontrol — Gerçek H_w:

$H_w = \left(\frac{4{,}17}{0{,}75 \times 2{,}25}\right)^2 \div (2 \times 9{,}81) = 0{,}311\text{ m}$

$H_w/D = 0{,}311/1{,}5 = 0{,}207 \ll 1{,}5$ → giriş kabarmıyor ✓

7. Sık Yapılan Hatalar

1. IDF eğrisi seçimi: Bölgeye uzak istasyon verisinin kullanılması. Türkiye'de İstanbul ile Ankara aynı tekerrür periyodunda 2–3 kat farklı şiddet değerine sahiptir.

2. Menfez blokajı: Tasarım kapasitesine %10–20 tıkanma payı eklenmemesi. Türkiye orman havzalarında bu oran %20–25'e çıkabilir.

3. Enine eğim: Kaplama yüzeyinde min. %2 enine eğim verilmemesi; hidroplaning riskini doğrudan artırır.

4. Hendek kaplama: $V > 1{,}5\text{ m/s}$ olan yerlerde çim yerine taş veya beton kaplama yapılmaması; Anadolu'nun killi ve marnlı zeminlerinde hendek şevleri hızla aşınır.

5. Silt ve taşıntı: Havzada erozyon yüksekse menfez önüne taşıntı havuzu yapılmaması; menfez çıkışı bloke olarak tüm sistem işlevsizleşir.

6. Drenaj–temel ilişkisi: Alt temel tabakası altında geçirimli filtre tabakası ve dren borusu bırakılmaması; altyapı zeminde sızma yoluyla çürür.

7. Don derinliği: Doğu Anadolu'da don derinliği (120–160 cm) gözetilmeden yapılan menfez temellerinin kışın donup çatlaması.

8. Tekerrür periyodu: İl veya köy yollarında çok düşük tekerrür (5 yıl) seçilerek tasarımın haftalık yağışlarda bile yetersiz kalması.

9. Kaynaklar

1. KGM — Karayolu Teknik Şartnamesi 2023, Karayolları Genel Müdürlüğü, Ankara.
2. TS EN 752:2008 — Bina Dışı Drenaj ve Kanalizasyon Sistemleri — Yönetim, TSE, Ankara.
3. TS EN 16933-2 — Bina Dışı Drenaj ve Kanalizasyon Sistemleri — Tasarım — Bölüm 2: Hidrolik Tasarım, TSE.
4. FHWA — Hydraulic Design Series No. 5 (HDS-5): Hydraulic Design of Highway Culverts, 3rd ed., Federal Highway Administration, 2012.
5. Kirpich, Z.P. (1940). "Time of Concentration of Small Agricultural Watersheds." Civil Engineering, 10(6), 362.
6. AASHTO — Highway Drainage Guidelines, 4th ed., 2014.
7. Çetiner H.İ., Yıldızbaş A. (2018). "Yol Projelendirme Süreçlerindeki Yüzeysel Drenaj Yapıları." Netcad Yazılım AŞ / Kocaeli Büyükşehir Belediyesi.
8. IMO Ankara Şubesi, Harun İçöz — Karayolunda Drenaj Eğitim Sunumu, İnşaat Mühendisleri Odası, Ankara.
9. FAA — Advisory Circular AC 150/5320-5D, Airport Drainage Design, 2020.
10. MGM (2021) — Türkiye İklim Değişikliği Projeksiyonları, Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Ankara.

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.

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.