6.1.Bölüm - Yapı Merkezi
Transkript
6.1.Bölüm - Yapı Merkezi
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TÜNEL DERSİ Bölüm 6’ TÜNELLERİN SİSMİK TASARIMINA GİRİŞ Prof. Dr. Müh. Ergin ARIOĞLU Yapı Merkezi AR&GE Bölümü 2015/İstanbul 1 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU AÇIKLAMA NOTU Bilgi föyünün hazırlanmasında ülkemizde tünel mühendisliği konusunda büyük bilgi birikimi ve deneyimleri olan Yapı Merkezi İnşaat A.Ş.’ nin arşivlerinden ve yayınlarından geniş ölçüde istifade edilmiştir. Çalışmanın dijital ortamda hazırlanmasında büyük emeği geçen Yük.Müh. Fatma Sevil MALCIOĞLU, Dr. Müh. Burak GÖKÇE ve Prof. Dr. Müh. Ali Osman YILMAZ’ a teşekkür edilir. Bu çalışma kamusal yarar gözetilerek hazırlanmıştır. Çalışmada kullanılan bilgi föyleri, sunu malzemesi vs. kaynak gösterilmek kaydıyla kullanılabilir. Bilgi föyü kapsamında yapılan bütün çıkarımlar, değerlendirmeler ve görüşlerden Ergin ARIOĞLU sorumludur. Çalıştığı kurumu bağlamaz. “Bu ülkede, okumaya karşı istek artmadıkça, gaflet ve bu gafletten doğacak felaket azalmaz” (Benjamin FRANKLIN) Tünelle ilgili çeşitli konularda daha geniş bilgi almak isteyenler Yapı Merkezi web sitesi olan www.yapimerkezi.com.tr adresi, “Ar – Ge Yayınları” bölümünden temin edebilirler. 2 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU DEPREM VE TEMEL GEOMETRİK BOYUTLARI Deprem En genel tanımı ile yerin altında gevrek/masif kaya kütlelerinin yer hareketleri (sıkışma, açılma, bindirme) sonucunda kırılarak biriktirdikleri "deformasyon enerjisi" ‘ nin , "sismik enerji" ‘ ye dönüşmesidir. Kırılma noktasına gelmesini sağlayan sismik moment (Mo) diğer bir anlatımla bir fay kırığınıda depolanan enerjinin boyutu şu faktörlere bağlıdır: • Fayın-yırtılan kırık- kayma alanı (Af) (Yüzeyde gözlenen kırık uzunluğu (L)xArtçı şokların ortalama derinliği), m2 • Ortalama yerdeğiştirme miktarı (D), m • Fay alanı içinde yer alan kayanın kayma modülü, N/m2. Örneğin, yüzey kırıklarında bu değer, µ=3 x 1010 N/m2 alınabilir (Day, 2002). Sismik Moment: 𝑴𝒐 = 𝝁 ∙ 𝑨𝒇 ∙ 𝑫, Kaynak: FHWA,2011’den değiştirilmiştir. 𝑵∙𝒎 3 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU DEPREM VE TEMEL GEOMETRİK BOYUTLARI Deprem Kanamori, 1977 ve Hanks ve Kanomari, 1977, deprem büyüklüğü (Mw) için aşağıdaki beğıntıyı önermişlerdir: 𝑴𝒘 = −𝟔. 𝟎 + 𝟎. 𝟔𝟕𝒍𝒐𝒈 𝑴𝒐 = −𝟔. 𝟎 + 𝟎. 𝟔𝟕 ∙ 𝒍𝒐𝒈 𝝁 ∙ 𝑨𝒇 ∙ 𝑫 , 𝒃𝒐𝒚𝒖𝒕𝒔𝒖𝒛 Dünyada kaydedilen en büyük depremler, • 1960 Şili Mw=9.5, • 1964 Alaska, Mw=9.2’dir (Day, 2002). Ülkemizde ise en büyük deprem, Kuzey Anadolu Fay sistemindeki 1938 Erzincan Mw≈Ms=7.8 depremdir. (Kuzey Anadolu Fay (KAF) sisteminin en doğusunda aletsel dönemde gözlenen depremi olup, 40 bin can kaybı olduğu rapor edilmektedir.) 4 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU DEPREM VE TEMEL GEOMETRİK BOYUTLARI Deprem Bayrak ve Yılmaztürk, 1999 (Türkiye ve civarında oluşan 310 deprem verisinin alındığı) çalışmasında sismik moment, Mo ile yüzey dalga büyüklüğü, Ms arasında, 𝒍𝒐𝒈 𝑴𝒐 = 𝟏. 𝟑𝟑𝟑 ∙ 𝑴𝒔 + 𝟏𝟕. 𝟑𝟐, 𝑴𝒔 ≥ 𝟓 Regresyon ifadesini vermiştir. Örneğin, Ms=7.8 için, 𝒍𝒐𝒈 𝑴𝒐 = 𝟏. 𝟑𝟑𝟑 × 𝟕. 𝟖 + 𝟏𝟕. 𝟑𝟐, = 𝟐𝟕. 𝟕𝟏𝟕 𝑴𝒐 = 𝟓. 𝟐𝟏𝟕 × 𝟏𝟎𝟐𝟕 𝒅𝒚𝒏𝒆 ∙ 𝒄𝒎 Fayın yırtılması sırasında boşalan enerji, sismik enerjini büyüklüğü ise, McCarhy, 1998’e göre, 𝑬 = 𝟏𝟎𝟒.𝟖+𝟏.𝟓𝑴𝒔 , 𝑱𝒐𝒖𝒍𝒆 olmaktadır. Deprem büyüklüğündeki "bir" ‘lik artış boşalacak enerjiyi 31.5 kat arttırmaktadır (Arıoğlu, Ergin ve diğ., 2000). 5 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU TÜNEL SİSMİK ANALİZİNDE İZLENECEK AŞAMALARA AİT GENEL BİR AKIŞ DİYAGRAMI Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006. 6 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMOLOJİYE GENEL BAKIŞ : ORTAMDA DALGA YAYILIMI Sıkışma Deprem Dalgası “P” Dalgaları Genişleme S Dalgaları Cisim dalgaları Cisim Dalgaları P Dalgaları Çift genlik Dalga uzunluğu “S” Dalgaları Rayleigh Dalgaları Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006. Yüzey dalgaları Yüzey Dalgaları Love Dalgaları Love Dalgaları Rayleigh dalgası Özellikleri P dalgaları yayılma sırasında kayaları ileri-geri itipçekerek dalgaların ilerleyiş yönüne paralel hareketler yaparlar. Tıpkı bir ucu sabit olan bir spiral yayı gerip de bıraktığımızdaki salınımı gibi hareket ederler. Yayılma hızları saniyede yaklaşık 8 km’dir. Deprem ölçüm merkezine en önce gelen bu dalgaların en önemli özelliklerinden birisi de her türlü ortamda -katı, sıvı ve gaz- ilerleyebilmeleridir Deprem istasyonuna ikinci sırada ulaşan dalgalar olup, hızları saniyede yaklaşık 4.5 km kadardır. Gerek P gerekse S dalgaları-nın yayılma hızları geçtikleri jeolojik birimlerin özellikleri ile-katman kalınlığı, çatlak yapıları, porozite vb-yakından ilişkilidir.Bu dalgalar sadece katı ortamlarda ilerleyebilmekte ve cisimleri aşağıya-yukarıya ve sağa-sola doğru hareket ettirmektedir. Dalgaların arasında en “tahripkar” olanıdır. Yüzey dalgalarını en hızlısı olup, yeri sadece yatay düzlemde hareket ettirir . Bir göl veya denizin üzerinde yuvarlanan dalga salınımı gibi yer üzerinde hareket eder. Deprem sırasında hissedilen sallantıların çoğu, diğer dalgalardan çok daha büyük genlikli olan bu dalgalardan kaynaklanmaktadır. 7 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMOLOJİYE GENEL BAKIŞ : ORTAMDA DALGA YAYILIMI DEPREM DALGALARINA İLİŞKİN İFADELER P Birincil-basınçdalgasının hızı 𝑽𝒑 = S İkincil- kayma- 𝟒 𝑲 + 𝟑𝝁 𝝆 𝝁 = 𝝆 dalgasının hızı 𝑽𝒔 = Lame değişmezi 𝝀=𝑲− Bulk modülü Hacimsel modül- = 𝝀 + 𝟐𝝁 = 𝝆 𝟏 − 𝝂 .𝑬 𝟏 + 𝝂 𝟏 − 𝟐𝝂 𝝆 𝑬 𝟐 𝟏+𝝂 𝝆 𝟐𝝁 𝝂𝑬 = 𝟑 𝟏 + 𝝂 𝟏 − 𝟐𝝂 𝑲= Gerilme değişimi 𝜟𝝈 = Hacimsel birim şekil değiştirme 𝜟 𝑽 𝑽 𝝁= 𝑲𝒂𝒚𝒎𝒂 gerilmesi 𝝉 = 𝑩𝒊𝒓𝒊𝒎 kayma şekil değiştirme 𝜸 Bazı kaynaklarda “ ” yerine “G” notasyonu kullanılmaktadır. Maksimum değeri – çok küçük birim kayma şekildeğiştirmede Kayma modülü 𝛾 ≈ 10−6 − 10−5 : 𝝁𝒎𝒂𝒌 𝑮𝒎𝒂𝒌 = 𝝆. 𝑽𝟐𝒔 olarak ifade edilir. Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006. 8 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMOLOJİYE GENEL BAKIŞ : ORTAMDA DALGA YAYILIMI Deprem İvme P-Dalgaları S-Dalgaları Yüzey dalgaları Zaman 1. Episantır yakınındaki istasyon İvme bazındaki görünümleri Şekilde (Filratrault, 2. Episantırdan uzak istasyon 1998) şematik olarak gösterilmiştir. Yüzey dalgaları İvme (ivme- zaman) kayıt sisteminde geliş süre ve genlikleri S-Dalgaları Yüzey dalgaları Zaman dalgalarının 3. Episantırdan çok uzak istasyon Zaman Episantıra yakın bölgede alınan kayıtta ilkin P, sonra S dalgaları ve daha sonra yüzey dalgaları sıralanmaktadır. S dalgalarının frekansları daha düşük buna karşın genlikleri P dalgasına kıyasla daha büyüktür. Bu yüzden ki S dalgaları çok daha tahripkardır. Ayrıca, etkime süresi daha uzundur. Episantırdan uzak bir istasyonda alınan kayıtta ise P dalgası sönümlendi-ğinden ötürü gözlenmemektedir. Özellikle S dalgalarının varlığı nedeniyle depremin “tahripkar” özelliği halen devam etmektedir. (Cisim dalgalarının genlikleri odaktan itibaren artan R -odak uzaklığı- ile azalmaktadır.) Episantırdan çok uzak bulunan bir istasyona sadece yüzey dalgaları ulaşmaktadır. 9 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU (*) 1900-2003 DÖNEMİ (Ms 5)(Ms≥5) VE MEVCUT SİSMİK BOŞLUKLAR TÜRKİYENİN 1900-2003DEPREMLER DÖNEMİ DEPREMLER VE MEVCUT SİSMİK BOŞLUKLAR (*) AVRASYA PLAKASI Marmara boşluğu Çayırlı-Aşkale boşluğu Geyve boşluğu EGE GRABEN SİSTEMİ (EGS) Gediz boşluğu B.Menderes boşluğu Yedisu boşluğu Argıthanı boşluğu Aksu boşluğu Gökova körfezi boşluğu Rodos havzası Ardahan boşluğu Türkoğlu boşluğu Andırın boşluğu Antalya Zafer körfezi boşluğu boşluğu Adana-Kilikya havzası HELENİK KIBRIS YAYI (HKY) Van boşluğu Hazar (Palu –Sincik) boşluğu Yüksekova boşluğu ARABİSTAN PLAKASI AFRİKA PLAKASI 25 Eylül 2003’de hazırlanmıştır. Türkiye ve yakın civarının sismotektonik yapısı (Deprem Araştırma Dairesinin haritası üzerine işlenmiş ilave deprem büyüklükleri ve bazı fay sistemi ilaveleri ile birlikte) ve 20.yüzyılda kırılmadan kalmış mevcut sismik boşluklar * (Gediz ve B.Menderes hariç diğer tüm sismik boşluklar Demirtaş, Erkmen,2000 kaynağından alınmıştır) Kaynak: Arıoğlu, Ersin, 2005. 10 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU TÜRKİYE’NİN DEPREMSELLİĞİ (1903 – 2005) Deprem Büyüklükleri : Kaynak: Arıoğlu, Ersin, Sözen, Gülkan, 2005. 11 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU 20. YÜZYILDA KUZEY ANADOLU FAY SİSTEMİ (KAF) 29 27 1912 (M = 7.3) 40 İstanbul 31 1999a 1999b (M = 7.4) (M = 7.2) MARMARA Bolu Gölcük 1953 (M = 7.4) 33 35 39 37 1951 Havza (M = 6.9) 1992 Ankara 1964 (M = 6.8) (M = 7.0) 38 200 km KAF 1999 Depremleri ile Kırılan faylar 41 K A R A D E N İ Z Düzce Bursa 39 ..... 1949 1967 1957 (M = 7.2) (M = 7.1) 1944 (M = 7.2) 1943 1942 1939 (M = 7.2) (M = 7.0) (M = 7.9) Erzincan.................. ~ 33.000 Can Kaybı Niksar – Erbaa......... ~ 3.000 Can Kaybı Ladik....................... ~ 3.000 Can Kaybı Bolu – Gerede......... ~ 4.000 Can Kaybı Kurşunlu................. ~ 60 Can Kaybı Bolu – Abant........... ~ 100 Can Kaybı Adapazarı-Akyazı.... ~ 100 Can Kaybı Kocaeli-Gölcük........~ 20.000 Can Kaybı Düzce..................... ~ 850 Can Kaybı Kaynak: Arıoğlu, Ersin, Sözen, Gülkan, 2005. Erzincan 1966 (M = 6.9) Kaynak: Barka ve Arkadaşları (2000) 12 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU TÜRKİYEDEKİ FAY ZONLARININ GENEL ÖZELLİKLERİ Kuzey Anadolu Fay Sistemi (KAF) Doğu Anadolu Fayı (DAF) • Faylanma türü: Doğrultu atımlı (yatay) • Faylanma türü: Doğrultu atımlı (yatay) • Deprem sayısı : 36 adet (Ms 5.5) • Odak derinliği : 4-80 km • Maksimum magnitüd : 7.9 (Erzincan,1939) - Can kaybı=32962, yıkık+ağır hasar=116720 • Deprem başına can kaybı : 2693 (ort.) • Yaralı / can kaybı : 3.2 (12 deprem) • Toplam yıkık+ağır hasar sayısı : 353093 ad. (30 deprem) Ege Graben Sistemi (EGS) • Faylanma türü: Normal (düşey) • Deprem sayısı : 10 adet (Ms 5.5) • Odak derinliği : 3-60 km • Maksimum magnitüd : 6.7 (Bingöl, 1971) - Can kaybı =878, yıkık+ağır hasar= 5617 • Deprem başına can kaybı : 176 (ort.) • Yaralı / can kaybı : 2.5 (4 deprem) • Toplam yıkık+ağır hasar sayısı : 14110 ad. (6 deprem) Bitlis Bindirme Kuşağı (BBK) • Faylanma türü: Ters fay (bindirme) • Deprem sayısı : 35 adet (Ms 5.5) • Odak derinliği : 4-70 km • Maksimum magnitüd : 7.1 (Gediz, 1970) - Can kaybı =1086, yıkık+ağır hasar= 9452 • Deprem başına can kaybı : 86 (ort.) • Yaralı / can kaybı : 7 (6 deprem) • Toplam yıkık+ağır hasar sayısı : 33473 ad. (32 deprem) Kaynak: Arıoğlu, Ersin,2005. • Deprem sayısı : 2 adet (Ms 5.5) • Odak derinliği : 32-70 km • Maksimum magnitüd : 6.9 (Lice, 1975) - Can kaybı =2385, yıkık+ağır hasar= 8149 13 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi Bir depremde, yapıların (tüneli köprü, bina,baraj, vs.) maruz kalacağı sismik yüklerin şidetinin belirlenmesinde ve dalgaların yol açacağı yapısal hasarlarınn tanımlanmasında "kuvvetli yer sarsıntısı " kayıtlarından yararlanılır. Bunlar yer ivme, hız ve yerdeğiştirme kayıtlarıdır. Şekilde sözkonusu yer sarsıntı parameterelerinin deprem süresi boyuna İvme (g) Hız (m/sn) değişimleri maksimum değerleriyle birlikte görülmektedir. Maksimum yer ivmesi = 0.528 g Maksimum yer hızı = 0.525 m/sn Yerdeğiştirme (m) Süre (sn) Süre (sn) Maksimum yer değştirmesi = 0.15 m Süre (sn) Kaynak: FHWA,2011’den değiştirilmiştir. 14 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi Yukarıdaki temel parametrelerin yanı sıra özellikle şev, portal şevi stabilite değerlendirmelerinde kullanılan diğer büyüklükler şunlardır: • Arias Şiddeti, IA 𝑰𝑨 = • 𝒕𝒅 𝟎 𝟐𝒈 𝝅 𝒂(𝒕) 𝟐 𝒅𝒕 , (𝑨𝒓𝒊𝒂𝒔, 𝟏𝟗𝟕𝟎) Yer hareketinin süresi, td 𝒕𝒅 ≅ 𝟕. 𝟓 𝑰𝒐 𝒂𝟐𝒎𝒂𝒙 Burada, g = yer çekimi ivmesi, a(t)=ivme-süre kaydı, td=yer hareketinin süresi, amax=maksimum pik yatay yer ivme değeri (Kimi literatürde PGA (Peak Ground Acceleration) ile ifade edilir ). 𝑰𝒐 = 𝟐𝒈 × 𝑰𝑨 𝝅 Kaynak: FHWA,2011’den değiştirilmiştir. 15 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi • İvmenin Karesinin Ortalamasının Karekökü, RMSA 𝑹𝑴𝑺𝑨 = 𝒕𝒅 𝒕𝒅 𝟎 𝟏 𝒂(𝒕) 𝟐 𝒅𝒕 𝟎.𝟓 , (𝑯𝒐𝒖𝒔𝒏𝒆𝒓, 𝟏𝟗𝟕𝟓) veya Arias Şiddeti, IA cinsinden, 𝑹𝑴𝑺𝑨 = 𝟐𝒈 × 𝑰𝑨 𝝅 × 𝒕𝒇 Arias Şiddeti [cm/s] veya [m/s] olarak ifade edilir. RMSA büyüklüğü ise yer ivme birimindedir yani [cm/s2]’dir. Eşik İvme Süresi, Db Özellikle hasarlar açısından önemli bir parametre olan süre, sismolojide çeşitli biçimlerde ifade edilir. Örneğin, Bolt, 1973 tarafından önerilen eşik İvme (g) • +0.05g -0.05g ivme süresine- bracketed duration- göre (ivmezaman kaydında ±a =0.050 g eşik ivme değerinin ilki ile sonu alınmaktadır. arasında kalan süre olarak Süre (m) 16 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi Yukarıdaki şekilde ivme değeri, a=0.050 g değerine ilk olarak t=3.3 sn’de ulaşmıştır. Son olarak ise t=18.6 sn’de, a=0.05g değeri kaydedilmiştir. Bolt, 1973’e göre eşik süre değeri,t aşağıdaki şekilde bulunur. 𝑫𝒃 = 𝟏𝟖. 𝟔 − 𝟑. 𝟑 = 𝟏𝟓. 𝟑 𝒔𝒏 Dikkat edilirse, Arias Şiddetinde kullanılan süre ise, td=40 sn’dir Bu süre hareketin başlangıcı ile sonu arasındaki zaman aralığını tanımlamaktadır.). • Bazı regresyon ifadeleri İtalya’daki kuvvetli yer sarsıntılarının oluşturduğu veri tabanının alındığı bir çalışmada (Romeo, 2000), 𝑰𝑨 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 × 𝒂𝒎𝒂𝒙 , 𝒄𝒎/𝒔𝒏 (10 cm/sn2 < amax < 350 cm/sn2) 𝑹𝑴𝑺𝑨 = 𝟎. 𝟒𝟑𝟓 × 𝒂𝟎.𝟕𝟕𝟓 𝒎𝒂𝒙 , 𝒄𝒎/𝒔𝒏 𝟐 (10 cm/sn2 < amax < 350 cm/sn2) regresyon ifadeleri rapor edilmiştir. 17 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KUVVETLİ YER SARSINTI KAYITLARI Temel Bilgi Örneğin, amax=200 cm/sn2’lik bir maksimum yatay yer ivmesinin oluşturacağı Arias Şiddeti IA=30 cm/sn ve RMSA=30 Arias Şiddeti, IA (cm/sn) İvmelerinin Karesinin Ortalamasının Karekökü, RMSA, (cm/sn2) cm/sn2 olarak eğriden kesitirlebilir. 𝑰𝑨 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒 × 𝒂𝟏.𝟔𝟔𝟖 𝒎𝒂𝒙 R=0.91 𝑹𝑴𝑺𝑨 = 𝟎. 𝟒𝟑𝟓 × 𝒂𝟎.𝟕𝟕𝟓 𝒎𝒂𝒙 R=0.94 Maksimum Yer İvmesi, amax (cm/sn2) 18 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU BOORE, JOYNER VE FURNAL (1993, 1997) İVME AZALIM BAĞINTILARI Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001. 19 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU BOORE, JOYNER VE FURNAL (1993, 1997) İVME AZALIM BAĞINTILARI Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001. 20 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU BOORE, JOYNER VE FURNAL (1993, 1997) İVME AZALIM BAĞINTILARI 17 Ağustos 1999 Doğu Marmara depreminde ölçülen ivme değerlerinin Boore, Joyner, Furnal (1993) ivme azalım bağıntı ve hata bantlarına göre, farklı zemin türleri için maksimum yer hızları-faya dik uzaklık değişimleri aşağıda verilmektedir. YUMUŞAK-GEVŞEK ZEMİN KATI-SIKI ZEMİN Not: Vs= Yüzetden itibaren 30 m kalınlıktaki katman içinde ortalama kayma hızı, m/s, Grafiklerdeki kısaltmalar ivme kayıt istasyonlarını ifade etmektedir. Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001. 21 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU YATAY VE DÜŞEY YER İVMESİ ARASINDAKİ İLİŞKİ 17 Ağustos 1999 Doğu Marmara depreminde maksimum yatay ivmesi (ay) ile maksimum düşey yer ivmesi (ad) arasındaki ilişki 3 km < faya dik uzaklık, D < 150 km için aşağıda verilmektedir. Ayrıca, Aydan1997 tarafından türetilen bağıntı ile Arıoğlu ve diğ., 2001 bağıntısı karşılaştrılmıştır. Not: 𝑎= ivme değerlerinin aritmetik ortalaması, n= veri sayısı, r= regresyonun korelasyon katsayısı, Grafiklerdeki kısaltmalar ivme kayıt istasyonlarını ifade etmektedir. Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001. 22 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU YATAY YER İVMESİNİN DEPREM ŞİDDETİ VE FAYA OLAN DİK UZAKLIK İLE DEĞİŞİMİ 17 Ağustos 1999 Doğu Marmara depreminde maksimum yatay yer ivmesi (ay) değiştirilmiş ile takdir Mercalli edilen deprem şiddeti, I arasındaki ilinti elde edilmiştir. Aynı şekilde, maksimum yatay yer ivmesi (ay) ile faya dik uzaklık, D arasında ilişki, kaya (Vs > 750 m/sn), Yumuşak zemin (180 m/sn Vs < 360 m/sn) ve katı,sıkı zemin (360 m/sn < Vs < 750 m/sn) için verilmiştir. Not: n= veri sayısı, r= regresyonun korelasyon katsayısı, Grafiklerdeki kısaltmalar ivme kayıt istasyonlarını ifade etmektedir. Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001. 23 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMOLOJİK BÜYÜKLÜKLERİN TESPİTİ İÇİN SAYISAL ÖRNEK Problemin Tanımı Deprem üretme olasılığı taşıyan yüzey uzunluğu (L) 90 km olan doğrultu atımlı aktif faya dik uzaklığı (D) 25 km’de bulunan bir yörede tünel inşaatı yapılacaktır. Ön geoteknik araştırmalar sonucunda zeminde ölçülen ortalama kayma dalga hızı (Vs) 200 m/sn olarak belirlenmiştir. Olası bir depreme ait sismolojik büyüklükleri kesitiriniz. Problemin Çözümü • Depremin Büyüklüğü (Mw) Aşağıda verilen Wells ve Coppersmith (1994) (Arıoğlu, Ergin, Yılmaz, 2000) bağıntısı kullanılarak, depremin moment büyüklüğü elde edilebilir. 𝑴𝒘 = 𝟓. 𝟏𝟔 + 𝟏. 𝟏𝟐𝒍𝒐𝒈𝑳 L= fayın uzunluğu, km L= 90 km için, moment büyüklüğü, Mw 𝑴𝒘 = 𝟓. 𝟏𝟔 + 𝟏. 𝟏𝟐𝒍𝒐𝒈 𝟗𝟎 = 𝟕. 𝟑𝟓 ≅ 𝟕. 𝟒 olarak elde edilir. Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001. 24 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMOLOJİK BÜYÜKLÜKLERİN TESPİTİ İÇİN SAYISAL ÖRNEK - devamı- Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001. 25 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMOLOJİK BÜYÜKLÜKLERİN TESPİTİ İÇİN SAYISAL ÖRNEK - devamı- ad=198.5 cm/sn2 ay=230 cm/sn2 Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001. 26 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMOLOJİK BÜYÜKLÜKLERİN TESPİTİ İÇİN SAYISAL ÖRNEK - devamı- I=8.4 ay=230 cm/sn2 Kaynak: Arıoğlu ,Ergin ve diğ., 2001. 27 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU CİSİM (BASINÇ, KAYMA) VE YÜZEY (RAYLEIGH) DALGALARININ OLUŞTURDUĞU DEFORMASYONLAR VE EĞRİLİK Dalganın İlerleme Yönü Tünel ekseni Tünel ekseni Zeminin eksenel yerdeğiştirmesi Deprem dalgası Zeminin enine yerdeğiştirmesi R dalgaları S dalgaları P dalgaları Tünel ekseniyle “ 𝜙 ” açısı yapan basit harmonik-sinüs- Tünelde boyuna ve eğilme birim kısalmasına dalganın zeminde oluşturduğu boyuna “ux” ve enine “uy” yol açan deprem dalgaları (P, S, R) (𝜙 açısı yerdeğiştirmeler (L=Dalga boyu) deprem dalgalarının tünel ekseniyle yaptığı açıdır). Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006. 28 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU CİSİM (BASINÇ, KAYMA) VE YÜZEY (RAYLEIGH) DALGALARININ OLUŞTURDUĞU DEFORMASYONLAR VE EĞRİLİK Dalga Boyuna deformasyon b P dalgası-basınç- Vp Cp bm b S dalgası-kayma- cos2 Vp Cp , 0 Vs sin cos Cs bm Vs , 45 2Cs V Rayleigh Dalgası b RP cos2 CR Basınç bileşeni bm VRP , 0 CR Kayma bileşeni Normal deformasyon n Vp Cp Vp lm n Cp nm n n , 90 m Vs sin cos , 45 2Cs VRP sin2 CR nm VRP , 90 CR VRS sin CR nm Vp sin2 Vs sin cos Cs VRS , 90 CR Eğrilik Kayma deformasyonu Cp 2Cp , 45 Vs , 0 Cs VRP sin cos CR m Vp Vs cos2 Cs m sin cos VP , 45 2CR VRS cos CR m VRS , 0 CR 1 ap sin cos2 Cp2 1 mak K as Cs2 Km K 0.385 as Cs2 aRP 2 CR aRS 2 CR Km Cp2 , 3516' cos3 , 0 sin cos2 K m 0.385 K ap aRP 2 CR , 3516' cos2 aRS 2 CR , 0 Zemin/Kaya kütlesinin Poisson oranı “m” ve dinamik elastik modülü “E m” ve Kayma modülü “Gm”, P ve S dalgalarının yayılma hızından (Cp; Cs) hesaplanabilir: 2 1 (Cp / Cs ) 2 ; m 2 (Cp / Cs ) 2 1 Cp 2(1 m ) .Cs ; (1 m ) yoğunluğu, Birimhacimağırlık , Yerçekim ivmesi Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006. Em Cp2 (1 m )(1 2m ) ve Gm Cs2 . =Zemin/Kaya kütlesinin mass (1 m ) m indisi ile belirtilen büyüklükler maksimum değere karşı gelmektedir. 29 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU FAY KIRILMA UZUNLUĞU VE ALANININ DEPREM BÜYÜKLÜĞÜ İLE DEĞİŞİMİ Temel Bağıntı Depremin moment büyüklüğü, Mw ile kırılma uzunluğu, L, kırılma alanı, S ve maksimum yerdeğiştirme, Umax arasında fay tipine bağlı olarak ilişkiler Aydan, 2007 tarafından elde edilmiştir. Genel bağıntılar aşağıda verilmiş olup, regreyon katsayıları (A ve B) aşağıdaki tabloda her bir fay tipi için verilmiştir. 𝑳 = 𝑨 × 𝑴𝒘 𝒆 𝑴𝒘 𝑩 𝑺 = 𝑨 × 𝑴𝒘 𝒆 𝑴𝒘 𝑩 𝑼𝒎𝒂𝒙 = 𝑨 × 𝑴𝒘 𝒆 Fay Tipi Normal Faylanma Doğrultu Atımlı Faylanma 𝑴𝒘 𝑩 Parametre Kırılma Uzunluğu, L (km) Kırılma Alanı, 2 S (km ) Maksimum Yerdeğiştirme, Umax (cm) A 0,0014525 0,003 0,0003 B 1,21 1,50 1,6 A 0,0014525 0,001 0,00035 B 1,19 1,70 1,6 A 0,0014525 0,0032 0,0014 B 1,25 1,50 1,6 Ters Faylanma Kaynak: Aydan., 2014’den değiştirilmiştir.. 30 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU 𝑳 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟒𝟓𝟐𝟓 × 𝑴𝒘 𝒆 Fay Kırılma Alanı, km2 Fay Kırılma Uzunluk (L), km FAY KIRILMA UZUNLUĞU VE ALANININ DEPREM BÜYÜKLÜĞÜ İLE DEĞİŞİMİ -TERS FAY ÖRNEĞİ- 𝑴𝒘 𝟏.𝟐𝟓 L=60 km km 𝑺 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟐 × 𝑴𝒘 𝒆 Mw=7.2 Ters Fay Deprem Büyüklüğü, Mw Sayısal Örnek: 𝑴𝒘 𝟏.𝟓 Ters Fay Deprem Büyüklüğü, Mw Sismik bakımdan aktif bir bölgede yer alan ters fay özellikli kırığın olası uzunluğu 60 km olduğu bilinmektedir. Beklenen moment büyüklüğü grafikten farklı üç yaklaşımın ortalaması moment büyüklüğünü 7.2 olarak tanımlamaktadır. Kaynak: Aydan., 2014’den değiştirilmiştir.. 31 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU FAYIN KIRILMA SÜRESİ İLE DEPREM MOMENT BÜYÜKLÜĞÜ ARASINDAKİ AMPİRİK İLİŞKİ Fay Kırılma Süresi (Ts), sn 2011 Büyük Doğu Japonya 𝑻𝒔 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟏𝑴𝒘 × 𝒆𝒙𝒑 𝟏. 𝟏 × 𝑴𝒘 depremi ve gözlemsel veriler kulanılarak, deprem moment büyüklüğü ile fay kırılma süresi arasında bir ilişki olduğu görülmektedir. Artan deprem büyüklüğü ile fay kırılma süresi artmaktadır. Deprem Büyüklüğü, Mw Kaynak: Aydan., 2014’den değiştirilmiştir.. 32 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU ZEMİNLERDE İVME BÜYÜTMESİ İvme büyütme özellikle kayada kaydedilen küçük ivme amax – zemin-g değerlerinden çok şiddetli olmaktadır. 1989 Loma Prieta Kayıt ve hesaplanan değerlere göre kabul edilen sınır zarfı depreminde temel kayada ölçülen 0.1 g, yumuşak zemin Önerilen eğri büyütme oranı kabaca 0.32 g/0.1g 3 olmaktadır. Artan maksimum yatay yer ivme-kayada- değerlerinde zemin büyütme etkisini büyük ölçüde yitirmektedir. Bu sonuç Kayıt alınmış körfez çamur sahaları Kayıt alınmış derin sık zeminler SHAKE 91 ile hesaplanmış ivme değerleri D-MOD adlı programla hesaplanmış ivme değerleri a koşullarında 0.32 g değerine kadar büyümüştür. İvme Idriss 1991’e göre Loma Prieta depremine ait değişim aralığı amax – kaya-g proje mühendisliği açısından yorumlandığında yırtılan faydan çok uzakta bulunan bir zemin katmanında inşa edilecek yapı/tünel/şevler “büyültme”den ötürü önemli eylemsizlik kuvvetlerine maruz kalabilir. Bu koşulları içeren projelerin dinamik analizleri büyük özenle yapılmalıdır. NOT: Özellikle tünel portallarındaki kaya kütleleri zayıf dayanımlı /kırıklı ve ayrılmış durumdadır. Bu özellikleri ile, bu gibi formasyonlar zemin gibi davranış gösterirler. Yukarıdaki abaktan hareketle, zemin için maksimum yatay yer ivmesi kestirilebilir. Örneğin, zeminde amax = 0.2g olan durumda, kaya da yaklaşık 0.3g olmaktadır. Görüldüğü gibi bu gibi formasynlarda ivme büyümüştür. Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006. 33 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU BOYUNA DALGA HIZININ, Vp, KAYA KÜTLE FAKTÖRÜ, Q İLE İLİNTİSİ Temel Bağıntı 25 m tünel aks derinliğinde ölçülen ortalama Vp hızı ile normalize edilmiş kaya kütle faktörü Qc arasında, 𝑽𝒑 ≈ 𝟑. 𝟓 + 𝒍𝒐𝒈 𝑸𝒄 regresyonu vardır. Normalize edilmiş kaya kütle faktörü Qc ise ,kaya kütle faktörü, Q cinsinden, 𝑸𝒄 = 𝑸 ∙ 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃 𝟏𝟎𝟎 İle tanımlanmaktadır (Barton, 2002). Burada, 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃 [MPa], sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımını ifade etmektedir. Böylece, kaya kütle faktörü, Q ve sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃 bilindiği takdirde, P dalgası hızı aşağıdaki ekilde bulunabilmektedir. 𝑽𝒑 ≈ 𝟑𝟓𝟎𝟎 + 𝟏𝟎𝟎𝟎𝒍𝒐𝒈 𝑸 ∙ 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃 , 𝟏𝟎𝟎 𝒎/𝒔𝒏 Kayma, Vs ve Rayleigh, VR Hızları 𝑽𝒔 ≈ 𝟎. 𝟓𝟕𝟕𝑽𝒑 ≈ 𝟐𝟎𝟐𝟏 + 𝟓𝟕𝟕 𝑸 ∙ 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃 , 𝟏𝟎𝟎 𝒎/𝒔𝒏 𝑽𝑹 ≈ 𝟎. 𝟗𝟐𝑽𝒔 (Tshering, 2011) Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015. 34 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU BOYUNA DALGA HIZININ, Vp, KAYA KÜTLE FAKTÖRÜ, Q İLE İLİNTİSİ Sayısal Örnek Kaya kütle kalitesi, Q faktörü = 0.1 Sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı 𝝈𝒃,𝒍𝒂𝒃=5 MPa (Zayıf Kaya Kütlesi) Yaklaşık 25 m tünel derinliğinde boyuna ve kayma Vp ve Vs hız değerleri sırasıyla 𝑽𝒑 ≈ 𝟑𝟓𝟎𝟎 + 𝟏𝟎𝟎𝟎𝒍𝒐𝒈 𝟎. 𝟏 ∙ 𝟓 ≈ 𝟏𝟐𝟎𝟎 𝒎/𝒔𝒏 𝟏𝟎𝟎 𝑽𝒔 ≈ 𝟎. 𝟓𝟕𝟕𝑽𝒑 = 𝟎. 𝟓𝟕𝟕 × 𝟏𝟐𝟎𝟎 = 𝟔𝟗𝟐 𝒎/𝒔𝒏 olarak kestirilir. Kayma hızının dalga boyu ise, 𝝀= 𝑽𝒔 𝒇 genel bağıntısından hareketle istenen frekans, f değeri için belirlenebilir. Örneğin, f= 10 Hz için kayma hızının dalga boyu, aşağıdaki şekilde hesaplanabilir. 𝝀= 𝟔𝟗𝟐 ≈ 𝟔𝟗 𝒎 𝟏𝟎 Hatırlatılmalıdır ki, boyuna/kayma dalga hızları, artan tünel aks derinliği ile artmaktadır. Vp=f(Q) değişimi derinlik ve kaya kütlesinin porozite değeriyle değişimi, takip eden sayfadaki Barton (2002) abağında görülmektedir. Bu abak yardımıyla verilen derinlik, porozite ve Qc (Q) değerleri için boyuna basınç dalga hızı kestirilebilir. Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015. 35 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KAYA KÜTLESİNİN Q FAKTÖRÜNDEN P SİSMİK HIZINI/SU GEÇİRGENLİĞİNİN KESTİRİMİ Vp 1 Lugeon, 1 MPa (10 bar)’lık basınç altındaki 1 metrelik sondaj logunun, Qc dakikada litre cinsinden su kaybı olarak tanımlanmaktadır. Sol’da verilen abak, Lugeon değeri, normalize Q faktör (Qc) ve sismik P dalgası hızı arasındaki ilişkiyi vermektedir. tanımlanmasında ilişkinin Bu iki farklı düzeltme yapılması gerekebilir. • Derinlik Düzeltmesi Bilindiği gibi, geçirgenlik, K, artan derinlikle azalmaktadır. Böylece, Lugeon değerlerinin tabakasının 𝝈𝒄𝒊 𝑸𝒄 = 𝑸 × 𝟏𝟎𝟎 tünel üzerindeki kalınlığına bağlı örtü olarak düzeltilmesi gerekmektedir. • • Porozite düzeltmesi Kaya kütlesinin porositesi %1’den büyük ise, Lugeon değerine ve normalize Q faktörüne porosite düzeltmesi Not: 1Lugeon = 10 m/sn, Q=Q kaya kütle sınıflandırma sisteminde faktör uygulanması gerekir. Qc=Normalize edilmiş Q faktörü, σci=sağlam numunenin tek eksenli basınç dayanımı, MPa -7 Kaynak: Barton, 2002 ve Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015. 36 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMİK YÜKLEMEDE TEMEL KAYA BASINCININ HESAPLANMASI Genel Barton, 1984’e göre deprem sırasında, Q faktörü içinde yer alan SRF (Gerilme Azaltım Faktörü) değişmektedir. Sismik yüklemede sözkonusu faktör, 𝑺𝑹𝑭 𝒔 ≈ 𝟐 × 𝑺𝑹𝑭 olmaktadır. Bu kabul temel alındığında sismik yüklemede kaya kütle faktörü, 𝑸 𝒔𝒊𝒔𝒎𝒊𝒌 ≈ 𝟎. 𝟓 × 𝑸 olmaktadır. Yukarıdaki bağıntıda, statik durumda kaya kütle faktörü Q ile ifade edilmiştir. Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015. 37 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMİK YÜKLEMEDE TEMEL KAYA BASINCININ HESAPLANMASI Hatırlanacağı üzere uzun süreli tünel projelerinde Q faktörüne bağlı olarak düşey kaya basıncı – statik yükleme- 𝑷𝒅 = 𝟐𝟎 𝑸 −𝟎.𝟑𝟑𝟑 , 𝑱𝒓 𝒕/𝒎𝟐 bağıntısı ile belirlenebilir ve sismik yükleme durumunda ise düşey kaya basıncı, 𝑷𝒔𝒊𝒔𝒎𝒊𝒌 = 𝟐𝟎 𝑱𝒓 𝟎. 𝟓 × 𝑸 −𝟎.𝟑𝟑𝟑 = 𝟏. 𝟐𝟓 × 𝟐𝟎 𝑸 −𝟎.𝟑𝟑𝟑 ≈ 𝟏. 𝟐𝟓 × 𝑷𝒅 , 𝑱𝒓 𝒕 𝒎𝟐 𝑷𝒅 olmaktadır. Dikkat edilirse, dinamik yükleme durumunda, tünel kaya basıncı %25 artmaktadır. Yukarıdaki bağıntılarda geçen, Jr, Q sisteminde çatlak pürüzlülük durumunu ifade eden faktördür. Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015. 38 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMİK YÜKLEMEDE TEMEL KAYA BASINCININ HESAPLANMASI Daha güncel kaynakta (Bhasin ve Grimsad, 1996), Q< 4 için düşey kayma basıncı, 𝑷𝒅 = 𝟒𝑩 𝑸 −𝟎.𝟑𝟑𝟑 , 𝑱𝒓 𝒕/𝒎𝟐 Burada B, metre cinsinden tünel kazı açıklığını ifade eder. Sismik yükleme durumunda ise, düşey yükleme basıncı, 𝑷𝒔𝒊𝒔𝒎𝒊𝒌 ≈ 𝟏. 𝟐𝟓 × 𝑷𝒅 ≈ 𝟓𝑩 𝑸 −𝟎.𝟑𝟑𝟑 , 𝑱𝒓 𝒕 𝒎𝟐 olarak belirtilebilir. Sayısal Örnek B=8 m, Q=1 ve Jr=1 –çatlak prürüzlülük faktörü düzgün/düzlemsel durum için, sismik yükleme durumunda, düşey yükleme basıncı aşağıdaki şekilde elde edilebilir. 𝑷𝒔𝒊𝒔𝒎𝒊𝒌 ≈ 𝟓×𝟖 𝒕 1 −𝟎.𝟑𝟑𝟑 = 𝟒𝟎 𝟐 𝟏 𝒎 Dikkat edilirse Bhasin ve Grimsad, 1996’ın ampirik düşey kaya basıncı ifadesinde, "tünel kazı açıklığı" yer almaktadır. Bu açıdan orjinal Q sisteminde tanımlanan düşey basınç değernde çok farklıdır. Ders notunun mualifi de zayıf dayanımlı kaya kütlelerinde tünel kazı açıklığının, düşey iksa basıncını olumsuz etkilediğini savunur. Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015. 39 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU ZEMİN/KAYA KÜTLESİ – TÜNEL İKSA ETKİLEŞİMİ Esneklik – Flexibility- Oranı • Deformasyon yapabilme yeteniği bakımından zemin/kaya kütlesi ile tünel iksa sistemi arasında önemli farklılıklar vardır. Eğer rijit bir iksa sistemi (örneğin; betonarme kaplama) sözkonusu ise sismik yüklemeden kaynaklanan deformasyonlara karşı direnç gösterir. Esnek bir iksa sistemi durumunda ise iksa deformasyonlara uyum göstermek ister. Dairesel kesitli bir tünel için, sismik analizde kullanılan esneklik oranı , 𝑬𝒎 𝟏 − 𝝂𝟐𝒊 𝑹𝟑 𝑭= 𝟔𝑬𝒊 𝑰𝒊 𝟏 + 𝝂𝒌 Poisson oranı iksa ve kaya kütlesi için νi ≅ νk = 0.25 alındığında, yukarıdaki ifade aşağıdaki şekilde yazılabilir. 𝑬𝒎 𝑹𝟑 𝑭 = 𝟎. 𝟏𝟐𝟓 × 𝑬𝒊 𝑰𝒊 Burada, Em=Kaya kütlesinin elastik modülü, MPa Ec=Beton/püskürtme beton kaplamasının 28 günlük elastik modülü, MPa, i=Beton püsürtme betonkaplamasının 1 m uzunluğu için atalet momenti (m4/m), R=Tünel yarıçapı, m 40 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU ZEMİN/KAYA KÜTLESİ – TÜNEL İKSA ETKİLEŞİMİ Esneklik – Flexibility- Oranı • Fang, 1993 dikdörtgen bir tünel kesiti için esneklik oranı F’yi aşağıdaki şekilde tanımlar. 𝑭= 𝑮𝒎 × 𝑾 𝑺×𝑯 Burada, Gm=Kaya kütlesi/zeminin kayma modülü, W=Tünel açıklığı, H=Tünel yüksekliği, S=Yatay yönde birim öteleme için gerekli kuvvet, Esneklik oranı, F’e göre tünel kaplama esneklşiği aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir (Pitilakis ve Tsisnidis, 2014), F Değeri Tanımlama F →0 Tünel kaplaması rijittir ve herhangi bir deformasyon göstermez. F<1 Tünel kaplaması ortamdan daha "sıkı" dır. F=1 Tünel iksası ile ortam (zemin/kaya kütlesi durumunda) arasında, "sıkılık" (stiffness) aynı ölçüde paylaşılmaktadır. Tünel iksa sistemi, sismik kökenli deformasyonlarla uy umludur. F>1 Yanal ötelemenin düzeyi büyüktür. 41 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU ZEMİN/KAYA KÜTLESİ – TÜNEL İKSA ETKİLEŞİMİ Esneklik – Flexibility- Oranı • Serfm ve Pereira, 1983, kaya kütlesinin elastik modülünü, RMR ≤ 50 için, 𝑬𝒎 = 𝟏𝟎 𝑹𝑴𝑹−𝟏𝟎 𝟒𝟎 , 𝑮𝑷𝒂 (1 GPa = 1000 MPa) ifadesiyle vermektedir. Beton/yaş yöntemle yerleştirilen püskürtme betonun elastik modülü, Eb 𝑬𝒃 = 𝟖𝟒𝟖𝟎𝜶𝜷 𝒇𝟎.𝟑𝟑𝟑 , 𝒃 𝑴𝑷𝒂 (10 MPa < fb < 115 MPa için) şeklinde ifade edilir. Burada, fb=betonun silindir dayanımı, MPa, 𝜶𝜷=Agrega faktörü, 𝜶𝜷 = 𝟎. 𝟏𝟒𝟖𝟓 𝑬𝒂 𝟎.𝟓 (10 GPa < Ea < 115 GPa için) (Gabierrez ve Granovas, 1995) 42 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU ZEMİN/KAYA KÜTLESİ – TÜNEL İKSA ETKİLEŞİMİ Esneklik – Flexibility- Oranı Ea= Agrega elestik modülü, 𝑬𝒂 = 𝟎. 𝟒𝟏 𝝈𝒃,𝒂 𝟎.𝟗𝟑 , 𝑮𝑷𝒂 (15 MPa < 𝝈𝒃,𝒂 < 400 MPa için) (Arıoğlu, Ergin, 1995) (𝝈𝒃,𝒂 =Agreganın basınç dayanımı, MPa) Yukarıdaki bağıntılar yardımıyla, kaya kütlesinin ve betonun elastik modülü kestirilebilmektedir. Verilen kaplama kesitinin atalet momenti, i için, esneklik oranı, F proje koşulları için tanımlanabilir. 43 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KAYA KÜTLE KALİTESİNE GÖRE İKSA SEÇİMİ Açıklık yada Yükseklik, m ESR Saplama Uzunluğu, ESR=1 Kaya Kütlesi Kalitesi Faktörü, Q 1- Tahkimatsız 2- Nokta saplama, sb 3- Sistematik saplama, B 4- Sistematik saplama (Güçlendirilmemiş püskürtme beton, 4-10 cm B(+S) 5- Lifle güçlendirilmiş püskürtme beton (5-9 cm) ve saplama, Sfr+B 6- Lifle güçlendirilmiş püskürtme beton (9-12 cm) ve saplama, Sfr+E 7- Lifle güçlendirilmiş püskürtme beton (12-15 cm) ve saplama, Sfr+E 8- Lifle güçlendirilmiş püskürtme beton (>15 cm) saplama ve çelik çubuklarla güçlendirilmiş, Sfr, RRS+B 9- Yerinde beton kaplama, CCA Not: Sismik yükleme durumunda ise, Q ekseninden 1.25x Q alınmak suretiyle uzun süreli iksa tasarımı yapılabilir. Kazı Çeşidi ESR Tavsiye edilen ESR A Geçici kazı açıklığı ca.2-5 ca. 2 - 5 Kalıcı kazı açıklıkları,hidrogüç için su tünelleri(yüksek basınçlı borular hariç), servis tünelleri, geniş kazılar için B 1.6 1.6 - 2.0 galeriler. C Yeraltı atık boşuları, su dağıtım şebekeleri, tali yollar ve demiryolu tünelleri, denge odası, ulaşım tüneli. 1.3 0.9-1.1 (depo boşlukları 1.2-1.3) D Enerji santralleri, anayollar ve demiryolu tünelleri, sivil savunma odaları, portal geçişleri 1.0 Anayollar-demiryolu tünelleri 0.5 to 0.8 E Yeraltı nükleer güç santralleri, demiryolu istasyonları, kamu ve spor tesisleri,fabrikalar. 0.8 0.5-0.8 1993 yılında yayınlanan ESR tablosu, 1970 ve 1980’lerde düzeltildi. Fakat, dünya çapında ve Norveçte güvenlik istemi artmaktadır. Özellikle de, 1970’lerde küçük kayaparçalarının düşmesinin kabul edildiği tali yol tünellerini kapsayan ulaşım tünnelerinin daha güvenli olması beklenmektedir ve bugünlerde, artık herhangi bir kaya parçasının düşüşüne izin verilmemektedir ve ESR = 1 olarak kabul edilmektedir. Yeraltı atık boşluklarından daha önemli olan ve pahalı ekipmanları içeren su dağıtım şebekeleri için ise ESR = 0.9-1.1 alınması tavsiye edilmektedir. Anayolar ve demiryolları için, ESR = 0.5-0.8 kabul edilmektedir. Kaynak: NFF, 2014’den değiştirilmiştir. 44 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU Sismik yüklemeye maruz kalan bir şev, 𝑭= 𝑾 × 𝒂𝒎𝒂𝒙 = 𝒌𝒚 × 𝑾 𝒈 İvme (g) PORTAL ŞEV/DENGE ŞEVLERİNİN STABİLİTESİNİN NEWMARK KALICI YERDEĞİŞTİRMESİ İLE KESTİRİLMESİ Genel ile tanımlanan yatay itkiye maruz kalır. Burada, W kayma dairesinin ağırlığını ifade eder. amax ise kuvvetli yer is yerçekimi ivmesini göstermektedir. ky ise sismik katsayı olarak tanımlanır. 𝒂𝒎𝒂𝒙 , 𝒈 (𝒃𝒐𝒚𝒖𝒕𝒔𝒖𝒛) Genellikle sismik yüklemem altında şevin stabilite analizi psedo-statik yöntemle yapılır. Şevin kalıcı yerdeğiştirme miktarı ise Newmark, 1965 tarafından geliştirilen blok analizi yöntemi ile bulunur. Bu yöntem ile psedo-statik çözümlemede güvenlik katsayısının FS=1 olma durumuna karşı gelen kritik ivme ac’nin ve kalıcı yerdeğiştirme,D Yerdeğiştirme (cm) 𝒌𝒚 = Hız (cm/sn) sarsıntısının oluşturduğu yatay yer ivmesi büyüklüğüdür. g Süre (sn) belirlenir. Aşağıdaki şekilde bu prensip açıklanmıştır. Kaynak: Jibson, 2007. 45 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU PORTAL ŞEV/DENGE ŞEVLERİNİN STABİLİTESİNİN NEWMARK KALICI YERDEĞİŞTİRMESİ İLE KESTİRİLMESİ Genel (ac büyüklüğü kimi literatürde akma (yield) yatay yer ivmesi olarak kullanılır).En basit şekliyle ac, 𝒂𝒄 = 𝑭𝑺 − 𝟏 ∙ 𝒈 ∙ 𝒔𝒊𝒏𝜶 ile verilir. Burada, FS=statik yükleme koşulları altında şevin kaymaya karşı güvenlik katsayısı, g=yerçekimi ivmesi (g=9.81 m/sn2, 981 cm/sn2), α=Şevin eğimi, Örneğin, FS=1.5 ve α=45⁰ olsun. BU udurmda sismik yükleme için kritik ivme büyüklüğü , 𝒂𝒄 = 𝟏. 𝟓 − 𝟏 ∙ 𝒈 ∙ 𝒔𝒊𝒏𝟒𝟓 = 𝟎. 𝟓 × 𝟎. 𝟕𝟎𝟕 × 𝒈 = 𝟎. 𝟑𝟓𝒈 bulunur. Kaynak: Jibson, 2007. 46 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU PORTAL ŞEV/DENGE ŞEVLERİNİN STABİLİTESİNİN NEWMARK KALICI YERDEĞİŞTİRMESİ İLE KESTİRİLMESİ Genel • Geoteknik literatürde Newmark Kalıcı yerdeğiştirme beğıntıları, o Ambrasseys ve Menu, 1988, 𝒍𝒐𝒈 𝑫𝑵 = 𝟎. 𝟗𝟎 + 𝒍𝒐𝒈 𝒂𝒄 𝟏− 𝒂𝒎𝒂𝒙 𝟐.𝟓𝟑 𝒂𝒄 𝒂𝒎𝒂𝒙 −𝟏.𝟎𝟗 ∓ 𝟎. 𝟑𝟎, 𝒄𝒎 (6.6 < Ms < 7.2) amax= Analiz edilen şev bölgesindeki maksimum yatay yer ivme değeri, o Jibson, 2007, 𝒍𝒐𝒈 𝑫𝑵 = −𝟐. 𝟕𝟏𝟎 + 𝒍𝒐𝒈 𝒂𝒄 𝟏− 𝒂𝒎𝒂𝒙 𝟐.𝟑𝟑𝟓 𝒂𝒄 𝒂𝒎𝒂𝒙 −𝟏.𝟒𝟕𝟖 + 𝟎. 𝟒𝟐𝟒𝑴𝒘 ∓ 𝟎. 𝟒𝟓𝟒, 𝒄𝒎 (5.3 < Ms < 7.6) Mw= Moment büyüklüğü Kaynak: Jibson, 2007. 47 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU PORTAL ŞEV/DENGE ŞEVLERİNİN STABİLİTESİNİN NEWMARK KALICI YERDEĞİŞTİRMESİ İLE KESTİRİLMESİ Genel Newmark yerdeğiştirmesi ile kritik yatay yer ivmesinin, en büyük yatay yer ivmesine oranı arasındaki ilişkiyi, Mw < 6.0, 6.0 < Mw < 7.0 ve Mw >7.0 için incelenmiştir. Genellikle, kaya kütlelerinin oluşturduğu şevlerde izin verilebilir kalıcı yerdeğiştirme miktarı 5 cm alınabilir. Aynı şekil kullanılarak verilen yerdeğiştirme "DN "ve maksimum yatay yer ivme " amax " değerleri için kritik ivme büyüklüğü " ac " belirlenebilir ve şevin geometrik boyutları (şev açısı, yüksekliği) tahkik edilebilir. Kaynak: Jibson, 2007. 48 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMİK ETKİ NEDENİYLE TÜNELLERDE MEYDANA GELMESİ MUHTEMEL HASARLAR Dalga İlerleme Yönü Tunnel Axis Tunnel Tünel/galeri eksenine paralel doğrultudaki dalga yayılımlarının yol açtığı şekildeğiştirmelerdir. Bunlar kaya kütlesinin kısalmasına (basınç), uzamasına (çekme) neden olur. Kaya kütlesinin özellikle çekme gerilmesi altındaki dayanımının çok düşük olduğu dikkate alınırsa, sarsıntı tünel cidarında kaya parçalarının (kavlaklar) dökülmesine yol açarlar. Şiddetli ve uzun süren sarsıntı durumunda cidarlardaki süreksizliklerin -çekme gerilmesi altındaaçılmaları beklenmelidir. (Comp.) (Tension) (Comp.) Tünel ekseninin kıvrımlanması (Tension) (Comp.) (Tension) Tünel/galeri eksenine paralel ilerleyen dalgaların tünel eksenini kıvrımlanmaya zorlamasıdır. Şekilden görüleceği üzere negatif kıvrımlanmaya maruz kalan bölgede tünelin üst kısmı çekme gerilmesine çalışırken alt kısmı basınç gerilmesine maruzdur. Özellikle çekme gerilmesine maruz zonlarda kırılmalaryenilmeler- gözlenir. Basınç gerilmesine maruz kalan zonlarda ise aşırı ölçüde basınç gerilmesi yoğunluğu sözkonusudur. Gerilme yoğunluğu düzeyine ve çatlaklılık parametrelerine bağlı olarak kaya kütlelerinde ve tahkimat sistemlerinde yenilmeler beklenmelidir. OVALLEŞME / ÖTELENME BOYUNA EĞİLME EKSENEL SIKIŞMA VE AÇILMA (x) Tünellerde eksenel şekil değiştirme Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006’dan değiştirilmiştir.. Ovalleşme ve Ötelenme (Racking), • Kayma dalgası tünel eksenine normal yada normale yakın şekilde yayıldığında, tünel kesiti dairesel tünellerde ovalleşme şeklinde, dikdörtgen kesitli tünellerde ötelenme (racking) şeklinde bir şekil değiştirme durumu meydana gelmektedir. 49 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KLASİK MADENCİLİK (NATM) YÖNTEMİ İLE AÇILAN TÜNELLERDE OLASI GÖÇÜK MEKANİZMALARI VE OLUŞUM NEDENLERİ Arazi koşulları Yeni Avusturya Yöntemi-NATM- ile açılan Tipik tünel göçük mekanizmaları (1) Üniformluluk Kemerin Ana kaya yenilmesi özellikleri Büyük ölçüde üniform formasyon örneğin kabaran çamurtaşı Çatlak Limit denge konumunun çok yakınında bulunan Çamurtaşı katmanı Ana kaya özellikleri Çatlak Üst Basamak tabanı (4) Aşırı ayrışmış kaya kütlesi veya kırılmış zon (3) Süreksizlik Kil içeren süreksizlik Aşırı süreksizlik düzlemleri olan ortam Dayanımı düşük -ayrışmış kaya kütleleri (fay breşleri, aşırı kırılmış zonlar) Göçük zonu Önemli Çok önemli değil Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz., 2006’da JSCE,2001. iksa”nın yapılmadığı aşamada meydana gelen yakın kaynaklı depremlerde potansiyel duraysızlık geçici iksaların sismik yükleme altında içsel dengelerinin yitirme olasılığı çok yüksektir. Not: Statik yükleme durumunda stabilite Göçük zonu Ana kaya özellikleri Payanda Basamak tabanı “kalıcı Ana kaya özellikleri Çatlak 60º kayma yenilmesi durumlar zonlarıdır. Diğer kelimelerle bu tür zonlarda Su geliri Yenilme zonu Payanda Üst bu Su geliri Çatlak Göçük Göçük Basamak tabanı Çok önemli çizelgede (JSCE, 2001) görülmektedir. Su geliri Su geliri Not tünellerde göçük türlerine ait kimi örnekler Su geliri koşulları bakımından kritik olan tünel kesimlerinde , herhangi bir kuvvetli sismik yüklemede kolaylıkla yenilme davranışına geçebilirler Bolu kara tüneli, bunun tipik bir örneğidir. 50 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU MAKSİMUM YATAY DEPREM İVMESİ VE TÜNEL KAPLAMA TÜRÜNE GÖRE TÜNELLERDE DEPREM HASAR DURUM DİYAGRAMI Hasar Durumu Yok Orta Hafif Ağır Yüzeydeki maksimum yatay yer ivmesinden bağımsız olarak en fazla hasar kaplamasız tünellerde gözlenmektedir. Betonarme kaplama da ise, genellikle ay,ü =0.322 g Proje "hafif/orta koşullarında değişim aralığı 0.5g’den derecede itibaren hasar" beklenmektedir. ay =0.192 g Hasar Durumu Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006’da MCEER 1999. Yok Orta Hafif Ağır 51 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU MAKSİMUM YATAY DEPREM İVMESİ VE TÜNEL KAPLAMA TÜRÜNE GÖRE TÜNELLERDE DEPREM HASAR DURUM DİYAGRAMI Kestirilen maksimum yatay yer ivmesi, g % Hasar yok Hasar Hafif Ağır hasar Orta hasar Ortalama ay > 30 (%g) durumunda tünelin derinliği yaklaşık ise %50 güvenirlikle tünelde herhangi bir hasar beklenmeyecektir. Kısaca, artan tünel derinliği ile deprem kaynaklı hasar düzeyi azalmaktadır. Daha açık bir deyişle merkez üssüne yakın derin yeraltı mühendislik yapıları depreme karşı dayanıklı davranış sergiler. Örtü derinliği [m] değerlendirme diyagramından izlenileceği gibi Tünelin portalları ve şevlerinde böyle bir H = 30m derinlik için eğer ivmenin değeri, 𝑎𝑦 ≈ 14(%𝑔) = ivme 140 cm/sn2 ise % 80 güvenirlikle incelenen tünel depremi unutulmamalıdır. Diğer anlatımla, tünellerin “hasarsız” atlatacaktır. Aynı derinlikte yerüstünde beklenen portal ivmenin değeri 𝑎𝑦 ≥ 30(%𝑔) ≥ 300 cm/sn2 ise tünelde yüklemede özenle dikkate alınmalıdır. durumunda ve hasara şevlerinin yol açacağı tasarımı sismik gözlenecek hasarın düzeyi hafif/orta düzeyde olacaktır Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006’da Sharma-Judd 1991 . 52 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU TÜNEL HASARLARININ KUVVETLİ SARSINTI YER HIZ DEĞERLERİNE DAYANDIRILIMASI Genel Kuvvetli sarsıntı hız kayıtlarının çoklu regresyon analiziyle değerlendirilmesi sonucunda Theodulidis ve Papazochos (1992) aşağıdaki ifadeyi teklif etmişlerdir: 𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝑴𝒔 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝑹 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝑺 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝑷 , 𝒄𝒎/𝒔 Ms = Deprem S-dalga büyüklüğü (Ms ≈ Mw) R = proje noktası ile merkez üstü arasındaki uzaklık, km (Pratik hesaplamalarda proje lokasyonu ile deprem üreten aktif fay arasındaki dik uzaklık olarak alınabilir) S = zemin cinsini ifade eden faktör (Alüvyonel zeminde S=0, kayalarda ise S=1 kabul edilebilir) P = olasılık katsayısı (%50 "orta değer için" P=0; %84 "orta değer + 1 standart sapma" için P=1 alınır) Hasar Derecesi Yüzeyde maksimum yer hızı -tanecik hızı- ölçütü temel alındığında tünel hasarı yaklaşık "V ≥ 25 cm/s" durumunda gözlenmektedir. "25 cm/s < V < ~ 90 cm/s" aralığında ise hasarlar "orta" derecededir. V > 90 cm/s durumunda ise portaller ve sığ tünellerde hasarın derecesi "ağır"'dır. Kaynak: Arıoğlu ve Yılmaz, 2006. 53 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU TÜNEL HASARLARININ KUVVETLİ SARSINTI YER HIZ DEĞERLERİNE DAYANDIRILIMASI Örnek Deprem Büyüklüğü: Ms = 6.5 Merkez Üstü Uzaklığı: R =20 km Zemin: Zayıf kaya birimi, S=1 Olasılık: Orta değer, P=0 için 𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝑴𝒔 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝑹 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝑺 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝑷 , 𝒄𝒎/𝒔 𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝟔. 𝟓 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝟐𝟎 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝟏 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝟎 𝒍𝒏 𝑽 = 𝟒. 𝟐𝟑 𝑽 = 𝒆𝟒.𝟐𝟑 ≈ 𝟔𝟖 𝒄𝒎/𝒔 Buna göre, hız değeri 68 cm/s ile "25 cm/s < V < ~ 90 cm/s" aralığında kalmaktadır ve tünelde oluşacak hasarın "orta" derecede olacaktır. 54 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KAYA KÜTLELERİNDE (S=1) TÜNEL HASARLARININ KUVVETLİ YER SARSINTI HIZI DEĞERLERİNE DAYANDIRILIMASI Depremin merkez üssünden uzaklaştıkça, 10000 kuvvetli %50 "orta değer için" P=0 yer sarsıntısı hızı azalmaktadır. Depremin büyüklüğündeki artış ile, sarsıntı AĞIR HASAR 1000 hızı beklenildiği Kuvvetli Yer Sarsıntı Hızı, V (cm/s) göstermektedir. gibi Örneğin; yer artış Ms=5.5 büyüklüğünde bir depremin meydana gelmesi durumunda, deprem merkez üssüne 12 km 100 ORTA HASAR uzaklıktaki bir tünelde "orta şiddette hasar" Ms=7.5 Ms=7.0 10 Ms=6.5 beklenirken, daha uzaklardaki tüneller bu depremi hiç hasar almadan yada hafif hasarla Ms=6.0 atlatabilir. Ms=7.5 büyüklüğünde bir depremin Ms=5.5 oluşması durumunda ise, depremin merkez üssüne 100 km uzaklıktaki bir tünelde dahi en 1 az HAFİF HASAR/HASARSIZ BÖLGE "orta hasar" beklenmektedir. 50 meydana km’den daha gelmesi yakın tüneller ise böyle bir deprem altında " ağır 0.1 0 10 20 30 40 50 60 70 Merkez Üstü Uzaklığı, R (km) 80 90 100 𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝑴𝒔 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝑹 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝑺 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝑷 hasar" ‘a maruz kalacaklardır. , 𝒄𝒎/𝒔 55 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU KAYA KÜTLELERİNDE (S=1) TÜNEL HASARLARININ KUVVETLİ YER SARSINTI HIZI DEĞERLERİNE DAYANDIRILIMASI Kuvvetli yer sarsıntı hızı ile depremin merkez 10000 üstünden olan uzaklık arasındaki ilişki %84 %84 "orta değer +1 standart sapma için" P=1 olasılıkla (orta değer + 1 standart sapma için) incelendiğinde, örneğin Ms=5.5 olan bir AĞIR HASAR 1000 Kuvvetli Yer Sarsıntı Hızı, V (cm/s) deprem için "hafif hasar/hasarsız bölge" "orta hasar" sınrının 12 km’den (%50 olasılıklı 100 Ms=7.5 ORTA HASAR Ms=7.0 Ms=6.5 10 durum), yaklaşık 30 km’ye (%84 olasılıklı durum) çıktığı görülmektedir. Diğer bir deyişle, %50 olasılıklı durumda, yüzey dalgası Ms=6.0 büyüklüğü 5.5 olan bir depremden 25 km Ms=5.5 uzaklıktaki bir tünel, depremi "hasarsız" atlatırken, %84 olasılıklı durumda, en az "orta 1 hasara" maruz kalması beklenmektedir. Bu durumda, hasar derecelendirmesi yaparken HAFİF HASAR/HASARSIZ BÖLGE güvenilir tarafta kalınması istenildiğinde, %84 0.1 0 10 20 30 40 50 60 70 Merkez Üstü Uzaklığı, R (km) 80 90 olasılıklı eğrinin kullanımı daha gerçekçi 100 𝒍𝒏 𝑽 = 𝟎. 𝟕𝟗 + 𝟏. 𝟒𝟏 × 𝑴𝒔 − 𝟏. 𝟔𝟐 × 𝒍𝒏 𝑹 + 𝟏𝟎 − 𝟎. 𝟐𝟐 × 𝑺 + 𝟎. 𝟖𝟎 × 𝑷 sonuçlar verecektir. , 𝒄𝒎/𝒔 56 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU TÜNEL PORTAL ŞEVLERİNDE YENİLMELERİN DEPREM BÜYÜKLÜĞÜ İLE İLİŞKİSİ Hiposantır Uzaklığı, km Zayıf Kaya Kütlesi Yenilme YOK Yenilme VAR Tipik Şev Yenilme Örneği Şev Çökmesi Portal Hasarı Deprem Büyüklüğü Hiposantır Uzaklığı, km Kırıklı Kaya Kütlesi Yenilme YOK Yenilme VAR Not: 𝑯𝒊𝒑𝒐𝒔𝒂𝒏𝒕𝚤𝒓 𝑼𝒛𝒂𝒌𝒍𝚤ğ𝚤 = 𝑶𝒅𝒂𝒌 𝑫𝒆𝒓𝒊𝒏𝒍𝒊ğ𝒊𝟐 + 𝑭𝒂𝒚𝒂 𝑫𝒊𝒌 𝑼𝒛𝒂𝒌𝒍𝚤𝒌𝟐 θ = fayın eğimi ve doğrultusundan kaynaklı saatin tersi yönündeki açı Deprem Büyüklüğü Kaynak: Aydan., 2014’den değiştirilmiştir.. 57 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMİK ETKİ NEDENİYLE TÜNELLERDE MEYDANA GELMESİ MUHTEMEL HASARLAR Kaya Heyelanları ve Büyük Kaya Bloklarının Düşmesi Sonucunda Oluşan Hasarlar 2008 yılında Çin’de meydana gelen 7.9 moment büyüklüğündeki Wenchuan depremi sonrasında, tünel portallarında meydana gelen hasar örnekleri aşağıda göresel olarak sunulmaktadır. Kaya kütlelerinin düşmesi sonucu oluşan portal hasarı Tünel Portalı Düşen Kaya Parçaları Kaya ve Toprak Parçalarının kayma yönü • Deprem sonrası kaya ve toprak parçalarının kayması, tünel portal girişinin kapanmasına neden • Deprem sonrasında düşen büyük kaya parçaları, portal giriş yapısında hasara neden olmuştur. olmuştur. Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015 (Fotoğraflar, Wang and Zhang, 2013’den değiştirilmiştir). 58 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMİK ETKİ NEDENİYLE TÜNELLERDE MEYDANA GELMESİ MUHTEMEL HASARLAR Sığ Tünellerde Eğilme (Çekme) Çatlakları • 2008’de meydana gelen Wenchuan depremi, sonrasında, özellikle sığ tünellerde eğilme diğer bir deyişle çekme çatlaklarının oluştuğu gözlenmiştir. Wenchuan Depremi sonrası oluşan çatlaklar • Depremden kaynaklı oluşan yer hareketi sonucunda tünel kaplamalarına etki eden Hasar Mekanizması yatay kuvvet, özellikle kemer şeklindeki yapının üst bölgelerinde eğilme-çekme- gerilmelerine neden olmaktadır. Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015 (Fotoğraflar, Wang and Zhang, 2013’den değiştirilmiştir). 59 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMİK ETKİ NEDENİYLE TÜNELLERDE MEYDANA GELMESİ MUHTEMEL HASARLAR Zayıf Jeolojik Formasyanlarda Açılan Tünellerde Kesme Çatlakları Zayıf Jeolojik Formasyon Kesme Çatlakları • Özellikle zayıf jeolojik formasyonlarda açılan tünellerde, tünellerin üst bölgelerinde kesme çatlakları ve dökülmeler oluşmaktadır. Kaynak: Yapı Merkezi ARGE Bölümü, 2015 (Fotoğraflar, Wang and Zhang, 2013’den değiştirilmiştir). 60 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SIVILAŞMA OLAYI VE KRİTİK SIVILAŞMA UZAKLIĞININ KESTİRİLMESİ Genel Zeminin sıvılaşması olayı, suya doygun ince daneli kum ve silt gibi katmanların, deprem dalgalarının etkisiyle "boşluk suyu basıncı (u)" ‘ nın artması sonucunda efektif basıncın, σ’ sıfıra doğru yaklaşımıdır ve bu durumda zeminin nihai taşıma kapasitesi tamamen veya büyük ölçüde kaybolmuştur. Daha açı deyişle, başlangıçta katı fazda olan geomateryal "sıvı" gibi davranış gösterir.Sıvılaşma olayına etki eden belli başlı faktörler şunlardır: • Depremin büyüklüğü ve süresi • Kumlu zeminin granülometrik bileşimi • Yeraltı su seviyesinin derinliği • Çökellerin drenaj koşulları • Çökellerin jeolojik yaşı • Çimentolaşma derecesi • Yükleme –bina temelleri- durumu 61 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SIVILAŞMA OLAYI VE KRİTİK SIVILAŞMA UZAKLIĞININ KESTİRİLMESİ Sıvılaşma Olayının Gözlendiği Kritik Uzaklık Yüzey Dalgası Büyüklüğü, Ms Literatürde kullanılan deprem büyüklüğü Ms=f(uzaklık)ilintileri topluca aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Merkez Üssü Uzaklığı, L (km) Fark edildiği gibi artan yüzey dalga büyüklüğü, Ms ile sıvılaşma olayının gözlenebileceği uzaklık (L) artmaktadır. Ayrıca, Ambrasseys, 1988 ile Wakamatsu,1993 Ms=f(uzaklık) ifadelerinin merkezüstü ile sıvılaşma bölgesi arasındaki uzaklığı tanımlayan (L) 8 km – 100 km aralığı için uyumları dikkat çekicidir. Örneğin, Ms=6.5 için kritik uzaklık yaklaşık L=40 km olmaktadır. Eğer satüre kumlu katmanlar sismik enerji üretecek merkez/fay hattından L ≥40 km ise "sıvılaşma riski " ’ nin olmadığı söylenebilir. Proje sahası ile olası deprem bölgesi arasında uzaklık 40 km’den az olması durumunda ise "sıvılaşma riski " ’ nin varlığından söz edilebilir. 62 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU TÜNELLERDE SIVILAŞMA RİSKİNİN HESABI Sayısal Örnek: Aşağıda sismik, geoteknik özellikleri ve geometrik boyutları belirtilen bir tünel projesi (6,8 m) “sıvılaşma riski” taşıyan kumlu seviyede açılacaktır. a) Sıvılaşma riskini hesaplayınız. b) Sıvılaşmadan ötürü tünelin olası düşey oturmasını belirleyiniz. c) Alınabilecek teknik önlemleri açıklayınız. k= 1,6 t/m3 hsu=1,5 m o Beklenen deprem büyüklüğü Mw= 7,5 o Aktif faya dik uzaklık ve beklenen yatay yer ivmesi, Z h=10 m s= 1,8 t/m3 Ld= 15 m; a= 0,4g o Ortalama SPT – N60= 12 (0 – 16,8 m kumlu zemin) D=6,8 m Tünel o Ortalama ince madde içeriği – ağırlıkça – (0,076 mm) FC= %25 63 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU Genel • Sıvılaşmaya karşı güvenlik katsayısı: GK = Zemin dayanımı CRRσ=1 .K σ .K α CRRσ=1 .K σ .K α = = CSR Sismik yükleme CSR M=7,5 MSF Mw7,5’ de ortalama sismik yükleme: CSR = 0,65. σ z amax . .rd σ'z g Seed ve Idriss,1971 1 Atmosfer efektif gerilmesi z’= 10 t/m2 için zemin dayanımı N 1 60cs CRR σ=1 = exp 14,1 2 3 4 N1 60cs N1 60cs N1 60cs + - + - 2, 8 126 23,6 25, 4 Idriss ve Baulanger,2006 Efektif gerilme + ince madde düzeltilmesi yapılmış SPT – N değeri: N1 60CS = N1 60 + Δ N1 60 = CN .N60 + Δ N1 60 = 10 .N60 + Δ N1 60 σ z' ; m boyutundadır. σ z' t 2 64 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU İnce madde “FC” düzeltmesi: Δ N1 60 2 9,7 15,7 = exp 1,63 + - FC + 0,1 FC + 0,1 ; %5 < FC < %60 ; Idriss ve Baulanger,2006 FC= İnce madde miktarı – ağırlıkça – % K= İncelenen noktadaki efektif gerilmenin z’= 10 t/m2’ den büyük olması durumunda dikkate alınan düzeltme faktörü. z’ 10 t/m2 için K 1 alınır. K= Eğimli tabaka durumu gözeten düzeltme faktörü. Yatay tabaka için K=1’ dir. z= İncelenen noktaya etkiyen toplam düşey basınç z’= İncelenen noktadaki düşey efektif gerilme. z’= z-u’ dir. u= İncelenen noktadaki boşluk su basıncı amak= Maksimum yatay yer ivmesi – yerçekimi cinsinden – rd= Gerilme azaltım katsayısı. Derinliğe ve deprem büyüklüğüne bağlıdır (bknz. Gerilme azaltım katsayısı,rd – derinlik ilişkisi,Z (syf.49) Idriss ve Boulanger, 2006). (Uygulamada 20 m derinliğe kadar sıvılaşma olgusu” gözlenmiştir. Z>20 m’ den sonra rd=f(Z, Mw) eğrileri çok dikkatli şekilde kullanılmalıdır). 65 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU lnrd = α Z + β Z .Mw Z α Z = -1, 012 - 1,126.sin + 5,133 11,73 Derinlik Z 34m için geçerlidir (Idriss ve Boulanger, 2006) Z Z = -0,160 + 0,118.sin + 5,142 11,28 Mw= Deprem büyüklüğü – moment – rd= 0,12.exp(0,22Mw) 66 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU Derinliğin gerilim azaltım katsayısı, rd ve Derinlik, Z, m Değişim Aralığı Seed &Idriss, 1971 deprem büyüklüğü, Mw ile değişimleri (Idriss ve Boulanger, 2006) Deprem büyüklüğü Mw=5,5 Mw=6,5 Mw=7,5 Mw=8 – moment, Mw Gerilme azaltım katsayısı, rd MSF= Moment deprem büyüklüğünü dikkate alan faktör. MW=7,5 için MSF= 1’ dir. MW7,5 durumunda değeri Idriss’ in ifadesinden M MSF = 6, 9.exp - w 4 - 0, 058 olarak hesaplanır. Örneğin Mw= 6 için büyüklük düzeltme faktörü MSF=1,48 bulunur. 67 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU Hesaplamalar o h+D= 10+6,8= 16,8 m derinlik için güvenlik katsayısının hesabı σz = hsu . k + h - hsu su + D s = 1,5x1,6 + 10 - 1,5 x1, 8 + 6, 8x1, 8 = 29, 94 t/m2 σz' = σz - u = 29, 94 - 8,5 + 6, 8 .1 = 14,64 t/m2 σ z' = 10 t/m2 ' dir. (u=su(h-hsu+D)) Gerilme düzeltmesi, K yapılması gerekir. σ' K = z Po f-1 (Hynes ve Olsen 1999’ dan alıntılayan Finn, 2002). f=f(Rölatif sıkılık) olup %40<Dr<%60 için 0,7<f<0,8 ; %60<Dr<%80 için 0,6<f<0,7 değerlerini alır. Po= Atmosfer – referans – basıncı, Pa= 10 t/m2. 14,64 K = 10 MSF= 1 0,75-1 = 0, 90 amak= 0,4g rd0,8 (Z=16,8 m, Mw= 7,5 için syf.49) 68 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU o (Z= 16,8 m’ de) Sismik Yükleme CSR = 0,65. σ z amak 29, 94 0, 4g . .rd = 0,65. . .0, 8 = 0, 42 σ z' g 14,64 g (g= Yerçekimi ivmesi) o (Z= 16,8 m’ de) Dayanım – Sıvılaşmaya karşı direnç – Δ N1 60 2 9,7 15,7 = exp 1,63 + - 5 25 + 0,1 25 + 0,1 N1 60CS = 10 10 .N60 + Δ N1 60 = x12 + 5 = 14, 9 15 σ z' 14,64 3 4 2 15 15 15 15 CRR σ=1atm = exp + + - 2, 8 = 0,155 - 14,1 126 23,6 25, 4 o Güvenlik katsayısı CRRσ=1 .K σ .K α 0,155x0, 9x1 GK = = = 0,33 < 1 CSR 0, 42 MSF 1 69 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU olduğu görülmektedir. Kısacası, incelenen derinlikte (Z= 16,8 m) ciddi bir “sıvılaşma riski” mevcuttur. TBM’ lerde açılan tünellerde sıvılaşmadan kaynaklanan şu hasarlar sözkonusudur: • Zeminin kayma dayanım parametreleri (c, ) sıvılaşmadan sonra büyük ölçüde azaldığından dolayı, ciddi “farklı oturmalar” oluşur. Segmanların “çökme” toleransı dışında olması durumunda “açılmalar” meydana gelir ve segmanların “yapısal bütünlüğü” bozulabilir. • Sıvılaşmanın şiddetine bağlı olarak segmanlar önemli düzeyde yüzdürme kuvveti etkisi altında kalabilir, sonuçta kum içinde yüzebilirler. Yüzdürme kuvveti Farklı oturmalar Kum içinde yüzen segmanlar Kum danecikleri Sıvılaşan zemin kütlesi Sıvılaşma olayının tünel segmanlarına olası etkileri 70 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU Oturma Hesabı Sıvılaşmadan kaynaklanan kestirilmesi Ishihara çalışmasında rapor ve edilen “oturma”’ Yoshimine, güvenlik nın GK=f(Dr, (N1)60, v 1992 katsayısı, GK=f(Rölatif sıkılık, Dr, N1) takip eden sayfadaki abakdan yararlanarak yazılır (orijinalinden alınabilir). Problem verileri (GK=0,33 , (N1)6010) dikkate alındığında abaktan sıvılaşma sonrası hacimsel birim deformasyon v%3,5 düzeyinde elde edilir. (0 – 16,8) m arasındaki kum katmanının tamamının sıvılaştığı göz önünde tutulursa olası Güvenlik Katsayısı, GK alıntılayan Day, 2002) (Abakta N1(N1)60 olarak Dr = %30 N1 = 3; qc1 = 33kg/cm2 Dr = %40 Dr = %50 Dr = %60 düşey oturma miktarı N1 = 6; qc1 = 45kg/cm2 N1 = 10; qc1 = 60kg/cm2 N1 = 14; qc1 = 80kg/cm2 Dr = %70 =Hxv= 16,8x0,035=0,58 m N1 = 20; qc1 = 110kg/cm2 Dr = %80 N1 = 25 olarak hesaplanabilir. Görüldüğü gibi önemli bir Dr = %90 N1 = 30 düşey “oturma” oluşmaktadır. Sıvılaşma riskinin qc1 = 200kg/cm2 teknik önlemlerle mutlaka en az düzeye getirilmesi gerekmektedir. qc1 = 147kg/cm2 Hacimsel Birim Deformasyon, v, % Kaynak: Day, 2002. 71 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU Teknik Önlemler Zeminin sıvılaşmaya karşı direncini arttırmak, daha açık deyişle kayma dayanım özelliklerini iyileştirmek için “ikincil çimento enjeksiyonu” önerilmektedir (Chou vd., 2001). (İkincil enjeksiyon, segmanlardan zeminin içine doğru yapılan enjeksiyonu ifade etmektedir). Japon uygulamasında genellikle iyileştirilen zeminin tek eksenli basınç dayanımının 1,0 kgf/cm2’ den büyük olması öngörülmektedir. 72 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU 12 KASIM 1999 DÜZCE DEPREMİNDE (MW = 7.1) OLUŞAN YÜZEY KIRIKLARI, ARTÇI DEPREMLERİN DIŞ MERKEZLERİ VE BÖLGEDEKİ ALETSEL DEPREMLER-YÜZEY KIRIKLARI- Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz, 2006’da Utkucu, Çetin ve Alptekin, 2003. 73 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU BOLU TÜNELİNİN CİVARINDA YER ALAN KAF SİSTEMİNDE OLUŞAN DEPREMLER VE KESTİĞİ AKTİF FAYLAR Tünel geçkisinin bulunduğu ortam, tektonik kuvvetlerin etkisinde kalmış, aşırı ölçüde ezilmiş/kırılmış ve birbirinden çok farklı davranış sergileyen birimlerden oluşmuştur. Bu nedenledir ki 1993 yılında Asarsuyu ve 1994’de ise Elmalık portalından inşaatı başlayan Bolu tünellerinin açılımları çok yavaş bir tempo ile yapılmıştır. Kaynak: Arıoğlu, Ergin ve Yılmaz., 2006’da Dalgıç, 2002.. 74 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU SİSMİK BAĞLANTILARIN İŞLEVİ Genel • Sismik aktivitesi yüksek olan demiryolu/karayolu tünellerinde deprem sonrası, tünelin performansının sürekliliğini sağlamak için kayma gerilmelerinin deformasyonlarının maksimum olduğu kesimlerde deprem kökenli deformasyonların sistem içinde sönümlenmesi için özel malzemelerden imal edilen "sismik bağlantılar" yerleştirilir. • Genellikle, sismik lokasyonun yeri nümerik analiz sonucunda, verilen proje koşulları (deprem büyüklüğü, deprem dalgasının genliği ve frekans içeriği, topoğrafik şartlar, dalganın yayıldığı ortamın geoteknik büyüklükleri) gözönünde tutlarak belirlenebilir. Bununla beraber, ampirik gözlemlere göre de genel de, sağlam kütleden, zayıf kaya kütlesine geçiş yada zeminden, sağlam kaya kütlesine geçişlerde "sismik bağlantı" yerleştirilebilir. Avrasya karayolu tüneli inşaatında, tünelin nümerik analizi sonucunda, iki lokasyonda sismik bağlantı konulma gereği çıkmıştır ve bunlar söz konusu proje de başarı ile yerleştirilmiştir. Takip eden sepya da ise Bolu karayolu tünel projesinde yerleştirilen sismik bağlantının yeri, jeolojik kesiti ile birlikte verilmiştir. 75 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ TÜNEL DERSİ İnşaat Mühendisliği Bölümü Ergin ARIOĞLU TÜNELLERDE SİSMİK BAĞLANTI - BOLU TÜNEL ÖRNEĞİ Yükseklik İstanbul Yönü Zekidağı Fayı Bakacak Fayı Yükseklik Sismik Bağlantı TÜNEL ARINI • Bolu tüneli projesi (Gümüşova – Gerede Karayolu kesimi) , Bakacak fayı geçişinde sismik bağlantı Kaynak: Russo ve diğ., 2002’den değiştirilmiştir. 76