Menfezler; karayolu ve demiryolu dolgularını kesen, yaya ve motorlu taşıt ge- çişini veya yüzey sularının eğim yönünde akışını sağlamak amacı ile inşa edilen (gömülü boru hatlarına oranla daha küçük uzunlukta olan) geçişler olup beton/betonarme (yerinde döküm veya prekast), çelik (tek parça veya çok plakalı) veya polimer esaslı malzemelerden (HDPE, PVC, PP vb.) inşa edilmektedir. Menfezler çeşitli kesitlerde (kutu, dairesel, eliptik veya kemerli) ve çeşitli boyutlarda üretilebilmektedir. Menfzeler, proje özelindeki koşullara bağlı olarak, inşaat sahasında (yerinde) üretilebilir veya tesislerde üretilip (prekast, prefabrik) inşaat sahasında montajı yapılabilir.
Menfezler çeşitli boyutlarda üretilebildikleri gibi menfezlerin üzerine de, proje özelindeki koşullara göre, çeşitli kalınlıklarda toprak dolgular inşa edilebilmektedir. Menfez üzerindeki toprak dolgu kalınlığının görece çok küçük olduğu (veya menfez üzerine dolgu inşa edilmediği) koşullarda, sismik yüklere ek olarak, menfez kesit tasarımını etkileyen en önemli tasarım yükü motorlu taşıt dingil yükleri olmaktadır (Şekil 1). Toprak dolgu kalınlığı arttıkça motorlu taşıt dingil yüklerinin menfez üzerindeki etkisi azalmakta, bununla birlikte toprak dolgu yükünün menfez üzerindeki etkisi artmaktadır (Şekil 2). Menfezler, bütün mühendislik yapıları gibi, ölü ve hareketli yükleri şartnamelerde belirtilen tasarım kriterlerine göre güvenlikli olarak taşıyacak şekilde projelendirilen yapılardır. Menfezlerin kalın toprak dolguların altında yer aldığı vakalarda kesit boyutları, tasarım kriterlerinin sağlanabilmesi için, oldukça büyük olabilmektedir. Bu durum, doğal olarak, proje ilk yatırım maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır.
Menfez üzeri dolguların geleneksel sıkıştırılmış toprak dolgudan 100 kata kadar hafif olan geofoam bloklar ile inşa edilmesi ile daha ekonomik kesitler tasarlanabilmektedir. Mevcut menfezler üzerine kalın dolguların inşa edileceği vakalarda geofoam blok çözümü olası yapısal hasarların önüne geçilmesini sağlamaktadır (Şekil 3).
Yumuşak killi zeminler üzerinden geçen karayolu ve demiryolu dolgularının genişletildiği vakalarda mevcut menfezler için kesit duraylılığının yanı sıra temel zemini oturmalarına ve temel zemini taşıma gücü aşılmasına karşı duraylılığın da güvenlikli bir biçimde sağlanması önem arz etmektedir. İlave şerit dolgularının geleneksel sıkıştırılmış toprak dolgu ile inşa edilmesi durumunda temel zemininde meydana gelecek birincil konsolidasyon oturmaları mevcut menfezlerde yapısal hasarlara neden olabilmektedir. Otoyol Dolguları İnşaatı‘nda ve Otoyol Şerit Genişletme Dolguları İnşaatı‘nda değinildiği üzere, zemin iyileştirme uygulamaları inşaat süresini uzatmakta ve, yerel zemin profiline bağlı olarak, proje toplam maliyetlerini artırabilmektedir. İlave şerit dolgularının geofoam blok “hafif dolgu” kullanılarak inşa edilmesi ile temel zemininde farklı oturmaların meydana gelmesi engellenmekte ve mevcut menfezlerde olası yapısal hasarların önüne geçilmektedir (Şekil 4).
Menfez üzeri geofoam blok “hafif dolgu” uygulamasında takip edilmesi gereken saha imalat aşamaları geofoam blok otoyol dolgusu uygulaması için Otoyol Dolguların İnşaatı’nda verilen aşamalar ile aynıdır (Şekil 5 ve Şekil 6).
Gömülü Boru Hatları Üzerinde Geofoam Blokların Hafif Dolgu Olarak Kullanılması
Gömülü boru hatları şehir içinde kentsel altyapının (temiz su, atık su, doğalgaz, elektrik ve iletişim hatları), bununla birlikte şehirler ve ülkeler arasında petrol ve doğalgaz gibi değerli akışkanların taşınmasını sağlayan yaşamsal öneme sahip mühendislik yapıları olup, kullanım alanlarına göre beton/betonarme, çelik veya polimer esaslı malzemelerden (HDPE, PVC, PP vb.) inşa edilmektedir. Geofoam blok hafif dolgu çözümü, menfezler için olduğu gibi, gömülü borular için de proje ilk yatırım maliyeti, uygulama performansı ve/veya inşaat süresi bakımından avantaj sağlayan çözümler sunabilmektedir.
Yeni inşa edilecek gömülü boru hatlarının geofoam blok “hafif dolgu” ile tasarlanması ile ölü yükler minimuma indirilebilir ve hatta boru çevresindeki yük da- ğılımının daha uniform olması sağlanabilir (Şekil 7); böylelikle boru kesit optimizasyonu yapılarak daha ekonomik veya statik güvenliği daha yüksek çözümler elde edilebilir.
Mevcut gömülü borular üzerindeki ölü ve/veya hareketli yükleme koşullarının değişecek olması durumunda boru hattının deplase edilmesi veya boru hattının zarar görmesini engelleyecek diğer geleneksel uygulamaların hayata geçirilmesi proje toplam maliyetlerini artıracak ve inşa süresini uzatacaktır. Bunların yerine, geofoam blok “hafif dolgu” uygulaması ile hem daha ekonomik hem de daha hızlı çözümler elde edilebilmektedir (Şekil 8).
Geofoam blok uygulamalarının gelişmekte olan kullanım alanlarından biri de boru hatlarının faylanma veya farklı nedenlerden ötürü meydana gelecek yer hareketlerinden zarar görmesinin engellenmesidir. Esneme yeteneği olan (düktil çelik veya polimer esaslı malzemelerden üretilmiş) borularda geofoam blokların görece yer hareketi doğrultusuna göre (örneğin; normal faylanmada borunun üstüne, doğrultu atımlı faylanmada borunun yanlarına) yerleştirilmesi ile boruda kalıcı yer hareketleri nedeni ile oluşacak eğilme gerilmelerinin daha küçük düzeylerde olması sağlanmaktadır (Bartlett vd., 2015) (Şekil 9 ve Şekil 10). Esnek boruların yanı sıra, esneme yeteneği göz ardı edilebilir olan (beton/betonarme vb.) boruların yer hareketlerinden zarar görmesinin engellemesi için de geofoam blok “hafif dolgu” ile çözüm tasarlanabilmektedir (Bartlett vd, 2015).
Geofoam Blokların Sıkışabilir İçerik Olarak Kullanılması
Menfez üzeri dolgu veya gömülü boru hattı geri dolgu kalınlığının gömülü yapının boyutlarına oranla çok büyük olduğu vakalarda geofoam blok “hafif dolgu” çözü- mü proje ilk yatırım maliyetlerini artıran bir seçenek olabilmektedir. Bu gibi vakalarda, dolgu inşaatının geleneksel sıkıştırılmış toprak ile yapılması ve gömülü yapı üzerine geofoam blok “sıkışabilir içerik” (compressible inclusion) yerleştirilmesi ile proje ilk yatırım maliyetlerini düşüren çözümler elde edilebilmektedir.Kalın dolgular altında gömülü bulunan menfezlerin/boruların üzerine etkiyen zemin gerilmeleri yapı-zemin sistemindeki farklı oturmalara ve bunun sonucunda gelişen zemin kemerlenmesine bağlıdır. Eğer gömülü yapı rijit ise, borunun üzerinde yer alan zemin ortamında negatif zemin kemerlenmesi gelişir ve gömülü yapı üzerine örtü yükü gerilmesinden (toprak dolgu birim hacim ağırlığı x toprak dolgu kalınlığı) daha büyük bir düşey gerilme etkir. Bu koşulda menfez/boru kesitboyutları, tasarım kriterlerinin sağlanabilmesi için, oldukça büyük olabilmektedir. Bu durum, doğal olarak, proje ilk yatırım maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır. Geofoam blok “sıkışabilir içerik” çözümü ile gömülü rijit yapı üzerine etkiyen düşey gerilmenin örtü yükü gerilmesinden çok daha küçük olması sağlanır (Şekil 11). Geofoam blok “hafif dolgu”dan farklı olarak, geofoam blok “sıkışabilir içerik”; tasarım yükleri altında yapı üzerindeki toprak dolgu ortamında pozitif kemerlenme mekanizmasını harekete geçirecek düzeyde şekil değiştirmeye uğrayan geofoam blok ürünü olarak tanımlanmaktadır.
Geofoam blok “sıkışabilir içerik” yoğunluğu ve boyutları proje özelinde ve tasarım yükleri dikkate alınarak belirlenmektedir. Menfez/boru tepe kotuna kadar sıkıştı- rılmış toprak ile dolgu yapılmasının ardından yapının üzerine proje özelinde belirlenen boyutlara ve yoğunluğa sahip geofoam blok “sıkışabilir içerik” yerleştirilir (Şekil 12). Sıkıştırılmış toprak dolgu yükseldikçe geofoam blok “sıkışabilir içerik” gömülü yapının yanlarında yer alan toprak dolgudan daha fazla sıkışır. Farklı oturmalar gömülü rijit yapı üzerinde yer alan zemin ortamında pozitif zemin kemerlenmesinin gelişmesini sağlar ve bunun sonucunda yapı üzerine örtü yükü gerilmesinden daha küçük bir düşey gerilme etkir. Enstrumante edilmiş proje sahalarından elde edilen veriler geofoam blok “sıkışabilir içerik”in gömülü menfez/boruüzerine etkiyen düşey gerilmeyi (örtü yükü gerilmesine oranla) %50’nin üzerinde azalttığını göstermiştir (Sun vd. 2009; 2011; Vaslestad vd. 2011; 2019). Geofoam blok “sıkışabilir içerik”in betonarme kutu menfezlerin duvarları üzerine yerleştirilmesi ile yapıya etkiyen yanal zemin gerilmelerinin de azalması sağlanmaktadır (Meguid vd., 2017). Rijit gömülü yapıların yanı sıra, geofoam blok “sıkışabilir içerik” çözümü ayrıca esnek gömülü yapılara etkiyen zemin gerilmelerin azalmasını ve yapı davranışının iyileşmesini sağlamaktadır (Kang vd., 2007; Akınay ve Kılıç 2019; Kılıç ve Akınay, 2019). Kalın dolgular altında yer alacak menfezler ve boru hatları için geofoam blok “sıkışabilir içerik” çözümünün sağlayacağı azaltılmış zemin gerilmeleri dikkate alınarak daha ekonomik tasarımlar elde edilebilmektedir.
KAYNAKLAR
- Bartlett SF, Lingwall BN, Vaslestad J (2015) Methods of protecting buried pipelines and culverts in transportation infrastructure using EPS geofoam. Geotextile Geomembrane 43(5): 450–461
- Sun L, Hopkins TC, Beckham TL (2011) Long-term monitoring of culvert load reduction using an imperfect ditch backfilled with geofoam. Transp Res Rec 2212:56–64
- Sun L, Hopkins TC, Beckham TL (2009) Reduction of stresses on buried rigid highway structures using the imperfect ditch method and expanded polystyrene (geofoam). Research report KTC-07-14/SPR-228-01-1F, Kentucky Transportation Center, University of Kentucky, Lexington Kentucky
- Vaslestad J, Sayd MS (2019) Load reduction on buried rigid culverts, instrumented case histories and numerical modeling. In: Arellano D., Özer A., Bartlett S., Vaslestad J. (eds) Proceedings of 5th International Conference on Geofoam Blocks in Construction Applications (EPS2018), Kyrenia, May 9-11, 2018, 115-128
- Vaslestad J, Sayd MS, Johansen TH, Wiman L (2011) Load reduction and arching on buried rigid culverts using EPS geofoam. Design method and instrumented field tests. Paper presented at the 4th international conference on geofoam blocks in construction applications, Lillestrøm, Norway, 6–8 June 2011
- Meguid MA, Ahmed MR, Hussein MG, Omeman Z (2017) Earth pressure distribution on a rigid box covered with u-shaped geofoam wrap. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering, (3)11, https://doi.org/10.1007/s40891-017-0088-4
- Kang J, Parker F, Yoo CH (2007) Soil–structure interaction and imperfect trench installations for deeply buried corrugated polyvinyl chloride pipes. Transp Res Rec 2028:192–202
- Akınay E, Kılıç H (2019) Improving the behavior of buried HDPE pipe by using EPS geofoam. In: Arellano D., Özer A., Bartlett S., Vaslestad J. (eds) Proceedings of 5th International Conference on Geofoam Blocks in Construction Applications (EPS2018), Kyrenia, May 9-11, 2018, 129-147
- Kılıç H, Akınay E (2019) Effects of using EPS geofoam as compressible inclusion on HDPE pipe behavior. ASCE Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 10(2).