TR
AZ
EN
RU
009. Temel Drenaj Sistemi Tasarımı
Temel Drenaj Sistemlerinde Sızıntı Suyu Hesabı ve Tasarım Kriterleri: Teorik Bir Yaklaşım
Özet
Temel drenaj sistemleri, inşaat projelerinde yeraltı suyu ve yüzey sularının yapının temel kısmına ulaşmasını engellemek, temel topraklarının taşıma gücünü ve yapısal dayanımını korumak amacıyla uygulanmaktadır. Bu çalışmada, temel drenaj sistemlerinde sızıntı suyunun hidrolik olarak hesaplanması, sistem bileşenleri, geri dolgu malzemelerinin özellikleri, drenaj boruları ve tasarımda dikkate alınması gereken kriterler, literatür ve mühendislik uygulamaları çerçevesinde incelenmiştir.
1. Giriş
Zeminle temas eden yapı elemanlarında yeraltı suyu ve yüzey suları, temel altı hidrostatik basınç, donma-çözülme, kimyasal bozulma ve taşıma gücü kaybı gibi önemli mühendislik problemlerine neden olabilmektedir. Bu risklerin azaltılması için, yapı temeline ulaşan suların kontrollü biçimde uzaklaştırılması gerekmektedir. Temel drenaj sistemleri, çoğunlukla delikli borular ve granüler filtre malzemeleri ile yerçekimi etkisiyle çalışan, yerinde uygulanan altyapı çözümleridir.
2. Temel Drenaj Sisteminin Bileşenleri
- Drenaj Borusu: Genellikle delikli HDPE, PVC veya beton borular kullanılır. Boru çapı, drenaj hattına ulaşan su miktarına ve hat uzunluğuna göre seçilir.
- Granüler Filtre Malzemesi: Borunun tıkanmasını önlemek ve zeminden gelen suyun boruya iletilmesini sağlamak için, boru çevresine belirli dane boyutunda kırmataş veya çakıl serilir.
- Geotekstil Filtre: Granüler malzemenin ince taneli zeminle karışmasını ve boru tıkanmasını engellemek amacıyla kullanılır.
- Boru Yatağı ve Dolgu Detayı: Boru altında ve çevresinde uygun kalınlık ve dane boyutunda drenaj malzemesi bulunur.
- Boru Eğim ve Kotlandırması: Yeterli hidrolik kapasitenin sağlanabilmesi için boruya sürekli eğim verilir.
- Rögar ve Temizleme Bacaları: Sistemin bakım ve temizlik ihtiyacını karşılamak üzere uygun aralıklarla erişim bacaları yerleştirilir.
2.1. Geri Dolgu Malzemeleri: Tanımlar ve Permeabilite Değerleri
| Malzeme Türü | Tipik Permeabilite k (m/s) | Kaynak / Açıklama |
|---|---|---|
| Temiz çakıl (well-graded) | 1 × 10⁻² – 1 × 10⁻¹ | DAS, Bowles, USBR |
| Temiz iri kırmataş | 1 × 10⁻² – 5 × 10⁻² | USBR, FHWA |
| Kumlu çakıl | 1 × 10⁻³ – 1 × 10⁻² | DAS, Bowles |
| Kaba kum | 1 × 10⁻⁴ – 1 × 10⁻³ | DAS, Bowles |
| Orta kum | 1 × 10⁻⁵ – 1 × 10⁻⁴ | Bowles, Terzaghi & Peck |
| İnce kum | 1 × 10⁻⁶ – 1 × 10⁻⁵ | Bowles |
| Kumlu silt | 1 × 10⁻⁷ – 1 × 10⁻⁶ | Bowles, DAS |
| Silt | 1 × 10⁻⁹ – 1 × 10⁻⁷ | Bowles, DAS |
| Siltli kil | 1 × 10⁻¹⁰ – 1 × 10⁻⁸ | Bowles, Terzaghi & Peck |
| Sert, yoğun kil | 1 × 10⁻¹¹ – 1 × 10⁻⁹ | Bowles, DAS, USBR |
| Organik zemin | 1 × 10⁻⁸ – 1 × 10⁻⁶ | Çeşitli |
2.2. Drenfleks Boru: Tanımı ve Çapları
Drenfleks borular, yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) esaslı, spiral veya dairesel kesitli, gövdesinde su girişine izin veren deliklerle donatılmış, esnek yapıdaki drenaj borularıdır. Korozyona ve kimyasallara dirençli yapısı sayesinde temel drenajında yaygın olarak tercih edilir.
| Boru Nominal Çapı (DN) | Uygulama Alanı |
|---|---|
| DN100 | Küçük alan drenajı, bahçe, peyzaj |
| DN125 | Perde, teras, lokal temeller |
| DN150 | Konut, hafif ticari temel drenajı |
| DN200 | Endüstriyel temel drenajı, geniş yüzeyler |
| DN250 | Büyük yüzey ve saha drenajı |
3. Sızıntı Suyu Hesabı ve Hidrolik Tasarım
Sızıntı suyunun drenaj hattına ulaşan debisi, başlıca iki unsura bağlıdır:
1. Zemin permeabilitesi (k): Zeminin suyu iletebilme kapasitesi, laboratuvar veya arazi deneyleri ile belirlenir.
2. Yağış şiddeti (iₚ): Yüzeyden veya yeraltından temele gelen suyun miktarıdır.
Hesaplamada aşağıdaki genel yaklaşım kullanılır:
3.1. Birim Sızıntı Debisi:
Drenaj hattı boyunca birim uzunluktan (1 m) gelen su miktarı:
q = f × Ae
q: Birim drenaj debisi (m³/s·m)
f: Zemin permeabilitesi veya yağış kaynaklı akış yoğunluğu (m/s), en küçük olan değer alınır.
Ae: Drenaj sistemine su taşıyan yüzey alanı (m²)
f = min(k, iₚ)
3.2. Toplam Debi:
Drenaj sistemi boyunca toplam debi:
Q = q × L (L: Drenaj hattı uzunluğu, m)
3.3. Güvenlik Katsayısı:
Uygulamada hesaplanan debi, belirsizlikler ve tıkanma risklerine karşı 1,2–2,0 arası bir güvenlik katsayısı ile çarpılarak projelendirilir.
4. Drenaj Borusu Kapasite Kontrolü
Drenaj borusunun, hesaplanan suyu güvenli bir şekilde taşıyabilmesi için Manning formülüyle kapasitesi belirlenir:
Qboru = (1/n) × A × R2/3 × S1/2
n: Manning pürüzlülük katsayısı (HDPE boru için genellikle 0,010 alınır)
A: Boru kesit alanı (m²)
R: Hidrolik yarıçap (m)
S: Boyuna eğim (m/m)
Hesaplanan toplam debinin, boru kapasitesinin altında kalması gereklidir. Aksi durumda boru çapı artırılır veya paralel hatlar tasarlanır.
5. Uygulama ve Bakım Esasları
- Granüler dolgu, temiz ve homojen olmalı; ince taneli zemin geçişlerinde geotekstil filtrasyon kullanılmalıdır.
- Boru eğimi minimum %0,5 olmalı; yeterli saha eğimi yoksa rögar kot farklarıyla düşüm sağlanabilir.
- Temizleme bacaları, sistemin bakım ve temizlik ihtiyacına göre ≤30 m aralıklarla yerleştirilmelidir.
- Yılda en az bir kez sistemde yüksek basınçlı yıkama ve çıkış noktası temizliği yapılmalıdır.
6. Sonuç
Temel drenaj sistemlerinin mühendislik tasarımı; yağış, zemin özellikleri ve hidrolik hesaplara dayalı, bilimsel ve sistemli bir yaklaşımla ele alınmalıdır. Sızıntı suyu debisinin doğru belirlenmesi, uygun boru çapı ve malzeme seçimi ile periyodik bakım uygulamaları, temel performansının ve yapı güvenliğinin sürdürülebilirliğini sağlar.
Kaynaklar
- EN 1997-2: Geoteknik Tasarım – Saha Deneyleri
- ASTM D2321: Corrugated PE Pipe Installation
- TS EN 13242: Granüler Malzeme Standardı
- Cedergren, H.R. (1989). Seepage, Drainage, and Flow Nets
- Yerel IDF yağış eğrileri ve üretici boru teknik dokümanları