1 Nisan 2007 Pazar

AHŞAP KARKAS YAPILAR VE BUNLARIN RESTORASYONUNDA İNŞAAT MÜHENDİSLERİNİN ROLÜ

Giriş

Ulaşım sistemi; karayolları, demiryolları, deniz ve havayollarının tümünü kapsar. Deniz ve havayolları için en kritik yapılar deniz ve hava limanlarıdır. Karayolları ve demiryolları için ise köprüler ve viyadükler önde gelir. Ulaşım sistemi insan vücudundaki önem ve fonksiyonları açısından, insan vücudundaki atardamarlara benzetilebilir. Depremi takip eden günlerde deprem bölgesine yardım ulaştırılmasında, yaralıların ve insanların hastanelere veya daha emin bölgelere taşınmasında ulaşım sistemi çok fazla önem kazanır. Dolayısıyla ulaşım sistemindeki herhangi bir aksaklık her türlü yardım ve kurtarma çalışmasını felce uğratır.

Bunun bilincinde olarak ulaşım sistemlerinin, muhtemel bir senaryo depremi altındaki performanslarının, deprem öncesinde belirlenmesi, gerekli görülen iyileştirmelerin deprem öncesinde gerçekleştirilmesi, deprem zararlarını en aza indirmek açısından son derece önemlidir. ABD, California uygulamalarından edinilen tecrübeye göre; bir köprünün yıkılıp yeniden yapılma maliyetinin %10'u kadar bir masrafla, köprünün depremde yıkılmadan ayakta kalmasını sağlamak mümkündür.

Depremlerde köprü hasarına neden olan üç husus vardır:
Zemin-temel hasarı,
Altyapı hasarı,
Birleşim ve mesnet detayları.

Jones D. tarafından hazırlanan rapora göre:

MSK VII şiddetinde basit mesnetli köprülerde ciddi hasar olma ihtimali %3, tamir edilebilir hasar olma ihtimali %5 olarak ifade edilmiştir. Bu ihtimaller mütemadi kirişli veya döşemeli köprülerde sırasıyla %1, %2, ve betonarme veya çelik kemerli köprülerde sırasıyla %1, %2 olarak verilmiştir.

MSK VIII şiddetinde ise, basit mesnetli köprülerde %10 ihtimalle uç mesnetlerde zemin oturması, %5 ihtimalle ciddi hasar ve %10 ihtimalle tamir edilebilir hasar olarak belirlenmiştir. Aynı şekilde sürekli kirişli veya döşemeli köprülerde bu ihtimaliler sırasıyla %5, %2 ve %5, betonarme veya çelik kemerli köprülerde de % 2, %3 ve %6 olarak verilmiştir.

MSK IX şiddetinde ise basit mesnetli köprülerde uç ayaklarda hasar olma ihtimali %25, sürekli kirişli veya döşemeli köprülerde %12, ve betonarme veya çelik kemerli köprülerde de %6 olarak verilmiştir.

Yukarıdaki hasar sınıflamasında ciddi hasar, bir veya birkaç açıklığın yıkılması, tamir edilebilir hasar ise köprünün bir kaç gün veya bir hafta içinde geçici olarak takviye edilerek ağır kamyonlar hariç trafiğe açılmasına müsait hasar olarak tarif edilmiştir.

ATC-25'e d) göre açıklıkları 150 m.den büyük, asma köprü dahil, bütün çelik köprülerle, kemer veya öngerilmeli kirişli betonarme köprüleri ana köprü olarak sınıflandırır. Ayaklar ve temelleri ile üst yapıda yol döşemesi, kirişler, çelik makaslar ve kablolar bu tür köprülerin ana taşıyıcı elemanlarını oluşturur. Yaklaşım yolları konvansiyonel karayolu köprüleri olabildiği kadar, uç ayaklar da olabilir. Bu tip köprüler iyi mühendislik görmüş yapılar olup, genel olarak deprem hesapları mevcuttur. (1970'e kadar tipik olarak deprem hesabı yoktu). Çoğunlukla hasar zemin ve yaklaşım hasarları ile sınırlı kalır. Mamafih sıvılaşma ve deniz dibi toprak kaymaları köprü temellerinde ve dolayısıyla üst yapıda hatırı sayılır hasarlara neden olabilir.

ATC-25 d) açıklıkları 150 m.den az, basit mesnetli (bir veya birden fazla açıklıktı) ve Mütamadi/Monolitik köprüleri "Konvansiyonel Köprüler" olarak sınıflandırır. Köprü Geometrisi (düz/verev), sistemi (sabit/hareketli / yüzer) ve yapım malzemesi betonarme, çelik, ahşap, taş, tuğla olabilmektedir. En çok hasar görebilecek bölgeler, mesnetler, uç ayaklar, orta ayaklar, temel pabuçları ve temellerdir. Mesnet oturma boylarının yetersizliği ve basit kirişlerin oluşturduğu derzleri birbirine bağlayacak bağ elemanlarının bulunmayışı nedeniyle, üst yapı kirişlerinin mesnetlerden kayarak yere düşmesi depremlerde sıkça rastlanan bir olaydır. Köprünün verevli oluşu, deprem performansını olumsuz yönde etkiler. En çok hasar görebilecek bölgelerden biri de basit mesnetlerdir. Mafsallı mesnetler basit mesnetlere nazaran daha az yerinden oynar az da olsa yatay hareket veya yön değiştirme ihtimalleri vardır. Elastomer mesnetlerde yer değiştirmeler oldukça azdır, fakat çok şiddetli depremlerde onların da yerlerinden yürüyüşe geçtikleri gözlenmiştir. Uç ayakların arkasındaki dolguda oturmalar, yayılmalar olabilir. Bu hasarlar uç ayak temellerini etkiler ve uç ayakta dönme, kayma husule gelir. Uç ayaklardaki hasarlar nedeniyle köprü çökmesi çok az rastlanan bir durumdur. Sıvılaşma nedeniyle orta ayaklar mesnet kaybına uğrar ve basit mesnetli üst yapı kirişleri yere düşerek köprünün yıkılmasına neden olur. Betonarme orta ayaklarda, eksik veya yetersiz etriye, kısa bindirme boyları veya temele ankrajın yetersiz oluşu, orta ayakların yapısal hasarına neden olur. Basit mesnetli kirişlerin birbirine çarpması da bir hasar kaynağıdır. Üst yapıda mesnetlerdeki yer değiştirmelerin dışında yapısal önemli bir hasara rastlanmaz.

1. izmir'deki Mevcut Otoyol Köprü ve viyadükleri Deprem Performanslarının Ön Değerlendirmesi

İzmir Büyükşehir Belediyesinin Mali Desteği ile gerçekleştirilen "İzmir Deprem Master Planı(www.koerl.boun.edu.tr/depremmuh/default.htm)" bünyesinde yer alan İzmir Belediye sınırları dahilindeki Otoyol Köprü ve Viyadüklerine ait Deprem Performansının Öndeğerlendirme Yöntemleri ve elde edilen bulgular aşağıda özetlenmiştir.

Bu öndeğerlendirme çalışmasında üç adet yöntem uygulanmıştır. ATC -25 Yöntemi d), ClS Yöntemi (2) ve HAZUS (3) Yöntemi.

ATC-25 YÖNTEMİ

ATC 25 Yönteminde kullanılan Hasar görebilirlik Eğrileri ATC-13 (4)'de özellikleri tarif edilen basit mesnetli ve bir veya birden fazla açıklıktı köprülerle, mütemadi veya monolitik köprülerin davranışları göz önüne alınarak geliştirilmiştir.

D = Hasar Oranı (Onarım Maliyeti/Yenileme Maliyeti) olarak tarif edilmiştir.

Hasar oranının belli değerlerine tekabül eden Hasar Dereceleri ise aşağıdaki gibi belirlenmiştir:

Hafif Hasar D = 1-10% Orta Hasar D =10-30% Ağır Hasar D =30-60% Tam hasar D = 60-100%

İzmir'de otoyol köprü ve viyadükleri, şehir yerleşim merkezinde yer alan kavşaklarda bulunur ve hepsi birbirine benzer yapısal özellikler taşır. Bu köprülerin ve ana arterlerde yer alan viyadüklerin ekserisi, 1980 yılından sonra inşa edilmiş, prefabrik, öngerilmeli ve basit mesnetli betonarme köprülerdir. Dolayısıyla bu köprüler ve viyadükler, batı standartlarında mühendislik görmüş, yatay deprem kuvvetlerine göre projelendirilmiş köprüler olarak telakki edilebilir. (5)

Hasar görebilirlik Eğrilerinin yardımıyla hasar dereceleri MSK VII için D=1; MSK VIII için D= 2% ve MSKIX için D=8% olarak elde edilir.

Dolayısıyla bu değerlendirmeye göre bütün köprüler "Hafif Hasar" sınıfına girmektedir.

ClS YÖNTEMİ

S.Kim, otoyol köprülerinin herhangi bir senaryo depremi etkisi ile hasar görebilirliliğini tayin için basit bir yöntem geliştirmiştir. Bu yöntemin geliştirilmesinde, 139 adet deprem raporunda yer alan köprü hasarları esas alınmıştır. Gözlenen hasar tipleri 12 adet parametre ile ifade edilmiş ve bu parametreler yardımıyla köprüler için hasar görebilirlilik modeli geliştirilmiştir. Modelin geliştirilmesinde 139 adet rapor bilgisinden sadece 119 adedi kullanılmış, geri kalan 20 adet rapor bilgisi, geliştirilen modeli test edilmiştir. Böylece bu model yardımıyla yaklaşık %80 doğrulukla hasar tahmininin mümkün olduğu görülmüştür.

Yöntem:

Hasar İndeksi Y (Tablo 1, Tablo 2) 12 adet hasar parametresinin (Tablo 3) fonksiyonu olarak aşağıdaki ifade ile verilmiştir.

Y= Hasar indeksi
Hasar Derecesi

Y< 1.5
0: Hasar Yok 1: Az Hasar
Hafif

1.5 < 2.5
2: Orta Hasar
Orta

2.5
3: Ağır Hasar 4: Üstyapının Yıkılması
Ağır


Tablo -1: Hasar İndeksi

Hasar Derecesi
Açıklama

0 : Hasar Yok


1 : Hafif Hasar
Taşıma Kapasitesini azaltmayan hasar : - Çelik yapılarda taşıyıcı olmayan elemanlarının deformasyonu - Betonarme elemanlarda Ufak çatlaklar - İstinat duvarlarmda:0turma ve çatlaklar

2 : Orta Hasar
Taşıma Kapasitesini azaltan hasar: - Çelik yapılarda: Taşıyıcı elemanlarda burkulma - Betonarme elemanlarda: Genişliği 1 mm. 'den büyük önemli çatlaklar - Mesnetlerde göçmeler, veya mesnetlerin yerinden oynaması, betonda mesnet altı göçmesi - Altyapi:0rta derecede yer değiştirme Kalıcı ve/veya geçici onarım mümkün

3 : Ağır Hasar
Üstyapının yıkılmasına neden olabilecek ağır hasar : - Aşırı beton dökülmesi ve betonarme elemanların donatılarının sıyrılması - Mesnetlerin göçmesi ve yerinden çıkması - Altyapı: Aşırı derecede yer değiştirme (oturma, yatay haraket, düşeyden sapma dahil) Kalıcı ve/veya geçici onarım mümkün değil

4 : Yıkım
Köprü yıkılması


Tablo - 2: Hasar indeksi Açıklamaları

Y= Hasar İndeksi = Toplam (B,xX,) + C

Xı = Köprü hasar görebilirlik parametreleri

Bı = Sabit

C = Sabit

Hasar İndeksinin belirli değerlerine tekabül eden Hasar Dereceleri Tablo 1'de ve bu Hasar Derecelerinin açıklamaları da Tablo 3'de verilmiştir. Tablo 3'de verilen hasar parametrelerine yakından bir göz atacak olursak, bazı hasar parametrelerinin hasar üzerinde diğerlerine nazaran dana fazla etkili oldukları ortaya çıkar şöyle ki:

Y = Hasar İndeksi
0:hasaryok, 1:az hasar, 2 orta hasar, 3:ağır hasar, 4:Üstyapınm yıkılması
B veC sabitleri

Xı= Etkin Yerivmesi
1:A<0.1g, 2:0.1gA<0.2g, 3:0.2g A<0.3g, 4:0.3g


İstanbul'daki Mevcut Otoyol Köprü ve viyadükleri Deprem Performanslarının Ön Değerlendirmesi

İstanbul Otoyol Köprü ve viyadüklerinin Deprem Performanslarının Ön Değerlendi*rilmesi iki adet Y. Lisans tezi kapsa*mında gerçekleştirilmiştir. (6,7). Bu çalışmalarda amaç İstanbul'un ana arterleri olan 01, 02 ve Bağlantı yollarındaki köprü ve viyadüklerin basit bir puanlama yöntemi ile ön değerlendirmeye tabi tutmak ve puan durumuna göre öncelikle hangi köprü veya viyadüğün daha detaylı incelemeye gereksinmesinin olduğu*nun belirlenmesi olmuştur. Buna göre ABD'de yaygın olarak kullanılan ATC6-2(8) Yöntemi kullanılmıştır. ATC6-2 Yönteminde öndeğerlendirmenin dayandırıldığı faktörler şunlardır:

1. Hasar görebilirlik
2. Depremsellik
3. Köprünün Önemi

Hasar görebilirlik: Mesnet tipi, üst yapıdaki süreklilik, üst yapının verev açısı, minimum mesnet oturma uzunluğu, orta ayak yükseklikleri, uç ayak yükseklikleri ve uç ayaklarda dolgudan dolayı oturma gibi etkenlerin bir fonksiyonu olarak belirlenir.

Depremsellik (Şekil 4): Deprem şiddeti ve jeolojik ve geoteknik yapının bir fonksiyonu olarak tayin edilir.

Köprünün Önemi: Günlük ortalama trafik, köprünün fiziksel büyüklüğü, köprü kullanım alanındaki nüfus yoğunluğu, köprünün mühim yapılara (hastane vs. gibi) ulaşımdaki rolü gibi etkenlere göre tayin edilir.

Herbir faktör 0-10 arasında değişen bir puanla değerlendirilir ve elde edilen Puanlar 3.33 ağırlık faktörü ile çarpıldıktan sonra doğrudan eklenmek suretiyle toplam puana erişilir.

İstanbul'da Karayolları 17. Bölge sınırları içinde kalan 01 Otoyolunun 45, 02 otoyolunda 51 ve bu iki otoyolu birbirine bağlayan ara yollarda 27 olmak üzere toplam 123 köprü/viyadük mevcuttur. (Şekil 5)

D1 OTOYOLU ÜZERİNDEKİ VİYADÜKLER

- V-408 ORTAKÖY VİYADÜĞÜ 411 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli
- V-409 ORTAKÖY VİYADÜĞÜ 362 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli
- V-411 BEŞİKTAŞ VİYADÜĞÜ 272 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli (En yüksek H=43 M)
- V-302 MECİDİYEKÖY VİYADÜĞÜ 861 M Öngerilmeli-Sürekli (En uzun)

D2 OTOYOLU ÜZERİNDEKİ VİYADÜKLER

- V7 MAHMUTBEY VİYADÜĞÜ 399.8 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli
- V7A GAZİOSMANPAŞA VİYADÜĞÜ 120 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli
- V6 AKŞEMSETTİN VİYADÜĞÜ 604 M Öngerilmeli-Tek Açıklıktı
- V5 HASDAL VİYADÜĞÜ 324 M Öngerilmeli-Tek Açıklıktı
- V1 SADABATIIV VİYADÜĞÜ 400 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli
- LMV1 LEVENT VİYADÜĞÜ 363.6 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli
- M3V1 MOLLA CÜRANİ VİYADÜĞÜ 498 Öngerilmeli-Basit Mesnetli (En yüksek H=77 M)

HASDAL-OKMEYDANI ARA OTOYOLU ÜZERİNDEKİ VİYADÜKLER

- V2A CEDİKAHMETPAŞA VİYADÜĞÜ
- 240 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli
- V2 NURTEPE VİYADÜĞÜ 400 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli
- V3 SADABAT l VİYADÜĞÜ 788 M Öngerilmeli-Tek Açıklıklı En uzun)
- V4 OKMEYDANI VİYADÜĞÜ 161.5 M Öngerilmeli-Basit Mesnetli

KÖPRÜ ADI
OTOYOL NO
TOPLAM PUAN

(ATC 6-2'ye göre)

KÖPRÜ ADI
OTOYOL NO
TOPLAM PUAN

(ATC 6-2'ye göre)

K521
1
90

M102
2
63

M3V1
2
90

K1
Arayol
63

V302
1
87

B19
Arayol
63

V5
2
87

K412
1
63

V6
2
87

K513
1
63

V7
2
87

K518
1
63

V3
2
87

NMU2
2
63

V1
2
83

V7A
2
63

KMV1
2
83

K3
2
63

V408
1
80

B6
2
62

K517
1
79

B5
2
62

K515
1
79

B3
2
62

K512
1
78

M1U1
Arayol
62

MU
Arayol
78

M1U2
Arayol
62

K407
1
77

L102
Arayol
62

V409
1
77

BLU1
Arayol
62

NM01
2
76

B16
Arayol
62

V2A V2A
Arayol Arayol
75 75

B3B B17
2 Arayol
61 61

B12
2
74

B3C
2
60

B11
2
74

B2
2
60

B13
2
73

K211
1
60

V411
1
73

K208
1
60

K101
1
72

K201
1
60

B1
2
72

K502
1
60

K102 KM01
1 2
71 71

K504 OWO
1 2
60 60

M5U1
2
71

UM05
2
60

B21 K205 BF2 LMV1 K104 KMU3
Arayol

1 2 2 1 2
71 70 70 70 69 69

K2 K503 K303 K305 K505 K501 K206
2 1 1

Arayol

1 1 1
60 59 59 59 58 58 58

K300 K204
1 1
68 68

K202 K210
1 1
58 57

K106
1
68

K203
1
57

K103
1
68

U208A
2
57

KMU4
2
68

NMU1
2
57

VM01
2
68

RMU1
2
57

BRO
2
68

RMU3
2
57

B14
2
67

UMU8
2
57

K511
1
67

K509
1
55

B15
2
67

K404
1
55

RM03
2
67

K402
1
55

BF1
2
67

K212
1
55

UMU5
2
67

K410
1
54

M301
2
65

K207
1
54

M501
2
64

K301
1
53

M401
2
64

0207
2
53

M101
2
64

UMU7
2
53

iço
2
64

UM07
2
53

B10
2
64

K304
1
50

NMU4
2
63

K405
1
50

NMU3
2
63

K401
1
50

M5U2
2
63

UMU3A
2
50

RM02
2
63

UM06
2
50

RM01
2
63

K510
1
49

M402
2
63

K414
1
49

M 302
2
63

RMU4
2
47

M2U2
2
63

B9
2
43



KÖPRÜLÜ KAVŞAKLAR

MAHMUTBEY, METRİS, KUMBURGAZ, HASDAL, ASKERİ AKADEMİ, BÜYÜKDERE-LEVENT, LEVENT, ÜMRANİYE, ANADOLU, KOZYATAĞI

Tablo 5'de İstanbul’daki Otoyol Köprü ve viyadüklerinin ATC 6-2 Yöntemine göre puanları yer almaktadır. Bu Yöntemde 100 puana sahip olan bir köprü ikinci aşama değerlendirmesi için ilk ele alınması gereken köprüyü işaret eder.

Sonuç:

Bu tablodaki puanlara göre 01 Otoyolu üzerinde yer alan v-aos ortaköy viyadüğü. v-409 ortaköy VİYADÜĞÜ. V-411 BEŞİKTAŞ VİYADÜĞÜ ve V-302 Mecidiyeköy viyadüğü ikinci aşama detaylı değerlendirme için öncelikle ele alınması gereken viyadükler olarak ortaya çıkmaktadır


KAYNAKLAR

1.ATC-25 SEISMIC VULNERABILITY AND IMPACT OF DISRUPTION OF LIFELINES İN THE CONTERMINOUS UNITED STATES, Funded by FEMA.1991

2. Kim, Seong, H.Gaus Michael.P.Lee, George C., and Chang K.C." A GIS-Based Regional Risk Approach for Brlgdes Subjected to Earthguakes", Computing in Civil Engineering and Geographlc Information Systems Symposium: Proceedings of Eigth Conference held in conjunction with A/E/C Systems 292, Dallas, Texas, June 7

3. Earthguake Loss Estimation Methodology, HAZUS, Technical Manual, Vol il, Prepared by National Intltute of Bulldlng Sciences for Federal Emergency Management Agency, 1997.

4.ATC-13 EARTHOUAKE DAMACE EVALUATION DATA FOR CALIFORNIA/ATC APPLIED TECHNOLOGY COUNCIL, Funded by FEMA 1982, s 149

5. Development of an Urban Earthguake Scenario for İzmir, Gülüm Birgören, Master of Science in Thesis, Submitted to the Earthguake Engineering Department of Boğaziçi University, Kandilli Observatory and Earthguake Research Institute, July1999

6. Zülfikar, C., "Preliminary Seismic Evaluation of Highway Bridges in İstanbul", Y. Lisans Tezi, Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Deprem Mühendisliği Anabilim Dalı, 1995.

7. Gürler Duman, "Seismic Vulnerability of Highvvay Bridges in İstanbul", Y Lisans Tezi, Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü, Deprem Mühendisliği Anabilim Dalı, 1997.

8. ATC Applied Technology Council, "Seismic Design Guidelines for Highway Bridges", Report No. ATC6-2, Paulo Alto, Calif. Aug. 1983.

http://www.serki.com/index.php?bolumsec=makale&id=a80ra

Hiç yorum yok: