Geofoam blokların yaygın kullanım alanlarından biri de istinat duvarlarının geri dolgularının inşasıdır. İstinat duvarı geri dolgusu inşası için iki farklı geofoam blok uygulama konsepti tanımlanmıştır (Horvath, 2004; 2010). Bunlardan birincisi sıfır toprak basıncı (Zero Earth Pressure, ZEP) konsepti, ikincisi ise azaltılmış toprak basıncı (Reduced Earth Pressure, REP) konseptidir. Bu konseptlere ilişkin ayrıntılı bilgi blog yazımızda paylaşılmıştır.
Sıfır Toprak Basıncı (ZEP) Konsepti
ZEP konseptine göre; istinat duvarının geri dolgusu bütünü ile geofoam bloklar kullanılarak inşa edilmektedir. Geofoam bloklar kendini tutabilen malzemelerdir; dolayısı ile, geofoam bloklar ile ZEP konsepti uyarınca inşa edilen bir istinat duvarına etkiyen yanal yükler göz ardı edilebilir düzeylerde olmaktadır. İstinat duvarlarının yanı sıra, benzer biçimde, köprü kenar ayaklarına etkiyecek yanal yükler de yaklaşım rampalarının kısmen veya bütünü ile geofoam bloklar kullanılarak inşa edilmesi ile göz ardı edilebilir düzeylere indirilebilmektedir . Bununla birlikte, ZEP konseptinin geliştirilmesindeki asıl amaç bir istinat duvarına etkiyen yanal yüklerin azalmasını sağlamaktan daha fazlasıdır.
Eğer bir istinat duvarı geofoam blokların “sıfırlanmış” yanal yükü dışında ilave herhangi bir tasarım yükünü taşımayacak ise, bu istinat duvarının inşa edilmesine gerek yoktur. Dolayısı ile ZEP konseptinin asıl amacı yatay ile doksan derece eğim yapan (düşey) dolguların istinat duvarı yardımı olmaksızın inşa edilmesini sağlamaktır. ZEP konsepti, istinat duvarına gereksinimi ortadan kaldırması sayesinde hem proje ilk yatırım maliyeti hem de imalat süresi açısından avantaj sağlayabilmektedir.
ZEP konsepti uyarınca yatay ile doksan derece eğimli bir dolgunun istinat duvarsız inşa edilmesi için olmazsa olmaz koşul geofoam bloklara komşu olan zemin şevinin duraylı olmasıdır. Bu koşul iki şekilde sağlanabilmektedir. Bunlardan birincisi zemin şev eğiminin “güvenlikli” olmasını sağlamaktır. Burada değinilen “güvenlikli eğim”; daha açık bir deyiş ile, zemin şevinin herhangi bir mekanik iyileştirme yardımı (kalıcı pasif ankraj veya öngermeli ankraj) olmaksızın statik ve sismik tasarım yüklerine karşı duraylı kalabildiği eğim değeridir. Mevcut zemin şevleri üzerine geofoam blok dolgu inşaatı öncesinde kazı (gerektiğinde palyelendirme) yapılarak şev eğimi güvenli bir değere indirilmektedir. Yeni inşa edilecek dolgularda ise geofoam bloklara komşu olacak zemin şevi güvenli bir eğimde tasarlanmalıdır. (Şekil 1). Ülkemizde ZEP konseptine göre inşa edilen ilk istinat duvarı dolgusunun ayrıntıları Özer vd. (2018) tarafından yayınlanmış ve hem imalat süreci boyunca hem de imalat sonrasındaki performansı aletsel gözlemlerin ışığı altında değerlendirilmiştir. Özer vd. (2018) tarafından raporlanan ilk uygulamanın ardından, ülkemizde ZEP konsepti ile istinat duvarı inşaatları yaygınlaşmıştır (Şekil 2.)
Şev duraylılığı mekanik yöntemlerle sağlanacak ise kalıcı ankraj uygulamaları veya benzeri mekanik şev iyileştirme tekniklerinden bir tanesi ile şev duraylı hale getirilir ve ardından geofoam blok uygulamasına başlanır (Şekil 3). Bu uygulama tipine örnek olarak 2006 yılında Amerika Birleşik Devletleri Arizona Eyaleti’nde gerçekleştirilen 264 No.lu Devlet Yolu (State Route 264) şerit genişletme projesi verilebilir (Şekil 4). Bu projede zayıf zemin koşullarının söz konusu olduğu kesimlerde, zemin iyileştirme gerekliliğini ortadan kaldırmak için, yeni yol dolgusunun geofoam bloklar ile inşa edilmesine karar verilmiştir. Yatay ile doksan derece eğimli (düşey) olarak inşa edilecek olan dolgu geofoam bloklar ile istinat duvarsız olarak inşa edilmiş ve dolgunun önüne yalnızca koruma amaçlı bir prekast betonarme cephe kaplaması yapılmıştır. Geofoam blok dolgunun istinat duvarsız olarak inşa edilebilmesi için ilk olarak mevcut trapez kesitli yol dolgusunun şevinde zemin çivisi uygulaması yapılarak duraylılık sağlanmıştır (Şekil 4a). Zemin çivisi uygulamasının ardından geofoam blok yol dolgusu Geofoam Bloklar ile Otoyol Dolgularının İnşaatı başlıklı makalede belirtilen aşamalar ile
inşa edilmiştir (Şekil 4b-h).
Azaltılmış Toprak Basıncı (REP) Konsepti
ZEP konseptinin mühendislik açısından veya ekonomik nedenler ile uygulanmasının elverişli olmadığı koşullar söz konusu olabilir. Örneğin; komşu zemin şevinde yanal hareketin kalıcı olarak önlenemiyor olması veya dolgunun bütünü ile geofoam bloklar ile inşa edilmesinin bir istinat duvarı inşaatından daha maliyetli olması gibi koşullarda geofoam bloklar ile istinat duvarsız bir dolgu inşa etmek elverişli bir çözüm sunmamaktadır. Bununla birlikte, istinat duvarlı bir çözümün söz konusu olduğu durumlarda REP konseptine göre tasarım yapılarak daha ekonomik istinat duvarları inşa edilebilmektedir.
REP konseptinde rijit istinat duvarı ile geleneksel sıkıştırılmış toprak geri dolgu arasına sıkışabilirliği yüksek geofoam bloklar (“compressible inclusion”: “sıkışabilir içerik”) yerleştirilmektedir (Şekil 5). Toprak geri dolgunun yanal itkisi nedeni ile sıkışabilir içerikte yanal deformasyon meydana gelmekte ve bunun sonucu olarak toprak dolguda yanal gerilmeler aktif duruma yaklaşmaktadır. Ertuğrul ve Trandafir (2011) sıkışabilir içerik kalınlığının 0.7 m yüksekliğindeki rijit bir duvara etkiyen yanal gerilemeler üzerindeki etkisini laboratuvar model deneyleri ile incelemiş ve sıkışabilir içerik kalınlığının duvar yüksekliğinin %28’i olduğu koşulda duvara etkiyen yanal gerilmelerin Rankine aktif değerlerine çok yakın olduğunu rapor etmişlerdir. Ertuğrul ve Trandafir (2013) sıkışabilir içerik uygulamasının ayrıca konsol istinat duvarlarına etkiyen yanal gerilmeleri de azalttığını, ancak azalma oranının duvar esnekliği ile ters orantılı olduğunu ifade etmişlerdir.
KAYNAKLAR
- Ertuğrul, O. L., Trandafir, A. C. (2011). “Reduction of Lateral Earth Forces Acting on Rigid Non-Yielding Retaining Walls by EPS Geofoam Inclusions”, ASCE, Journal of Materials in Civil Engineering,23(12): 1711-1718.
- Ertugrul, O. L., Trandafir, A. C. (2013). “Lateral Earth Pressures on Flexible Cantilever Retaining Walls with Deformable Geofoam Inclusion”. Engineering Geology, 158: 23–33.
- Horvath, J. S. (2004), “Geofoam Compressible Inclusion: The New Frontier in Earth Retaining Structures,” Geotechnical Engineering for Transportation Projects, GeoTrans 2004, ASCE, 1925-1934.
- Horvath, J. S. (2010), “Lateral Pressure Reduction on Earth-Retaining Structures Using Geofoams: Correcting Some Misunderstandings”, Proc., ER2010: Earth Retention Conference 3, ASCE, Reston, VA.
- Özer, A. T., Akınay, E., Türer, E. (2018). “Geofoam Blokların İstinat Duvarı Uygulamalarında Kullanılması”, Ulusalararası Katılımlı 7. Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği 17. Ulusal Konferansı ZMGM17, İstanbul Üniversitesi, İstanbul, Eylül 26-28.