Metro türü şehiriçi raylı ulaşım sistemlerinde kentleşme sebebiyle ray düzleminde meydana gelen geometrik deformasyonların sayısal olarak değerlendirilmesi

Abstract

Günümüzde artan kentleşme ile birlikte yapılaşma artmakta ve yapıların büyük bir kısmı mevcut ve yapımı süren metro güzergahlarının üzerinden geçmektedir. Metro türü yapıların genellikle servis ömürleri yaklaşık 100 senedir. Bu durum gözetildiğinde yüzey kotunda servis ömrü boyunca sürekli bir kentsel değişim yaşanmaktadır. Güncel teknoloji ve alan darlığından dolayı genel olarak İstanbul gibi şehirlerde bu kentsel değişim yapıların yüksek katlı olma ihtiyacını da beraberinde getirmektedir. Buna bağlı olarak raylı sistemler yaşayan sistemlerdir. Çevre ile etkileşim düzeyi yüksek ve düşük tolerans limitlerine sahiptirler. Bu sebeple raylı sistemlerde, raylarda meydana gelen deformasyonlar yolcu konforu ve işletme güvenliği açısından önem arz etmektedir. Bu deformasyonlar malzeme deformasyonu ve geometrik deformasyon olmak üzere iki ana başlıktan oluşmaktadır. Malzeme deformasyonu genellikle ray ve vagon ilişkisinden kaynaklı oluşmaktadır. Geometrik deformasyonlar ise gene ray ve vagon arasında oluşabildiği gibi çevresel dinamik ve statik etkilerden kaynaklı da oluşabilmektedir. Genel olarak metro türü yapılardaki tünel cidarı (kalıcı kaplaması) şehirdeki yapılaşmaya bağlı olarak ilgili idare birimleri tarafından kontrol edilmektedir veya belirli sınır ölçütleri koyularak yapısal anlamda sorunların önüne geçilmektedir. Ancak ray düzlemi için genellikle böyle bir tahkik yapılmamaktadır. Oysaki ray düzleminde meydana gelebilecek bir deformasyon hem güvenliği hem konforu hem de işletme maliyetini doğrudan etkilemektedir. Bu çalışmada ray düzlemindeki geometrik deformasyonların şehirlerdeki yapılaşma ile ilişkisi incelenmiş olup özellikle metro türü yapılarda işletme sürecinde zemin yüzeyinde devam eden kentleşme sebebiyle ray düşey ve yatay düzleminde ne gibi bir etkinin olduğu, güvenlik limitlerinin sağlanıp sağlanmadığı sayısal ortamda modellenip çeşitli yüklenme varyasyonları ile sürecin gelişme mekanizmasındaki etkisi gözlenmiştir. Sayısal analizlerde sonlu elemanlar metodu kullanan PLAXIS programı kullanılarak, zeminin elasto-plastik davranışını modelleyebilen 'pekleşen zemin' modeli kullanılmıştır. Bu modelde, asal gerilme düzleminde oluşan deviatorik, izotropik ve odometrik yüklemeler altında gelişen plastik deformasyonlardan kaynaklı zemin pekleşmesine bağlı olarak zeminin yenilme limitleri hesaplanabilmektedir. Zemin elemanı programdaki on beş noktalı üçgensel elemanlarla, tünel ve bina elemanları ise plaka elemanlarla tanımlanmıştır. Bu elemanlar dokuzuncu dereceden integrasyon olanağı sağlamaktadırlar. Zemin parametreleri ortalama bir zemin sınıfını temsilen yaklaşık olarak belirlenip kullanılmıştır. Burada ele alınan durumlar zemin türüne, katmanlaşmasına göre çok farklı davranış gösterebileceği için bu çalışmada sabit bir zemin sınıfı kullanılmıştır. Analizlerde ilk olarak başlangıç zemin gerilmeleri tanımlanmıştır. Sonrasında işletmede olan raylı sistem hattı modellenmiştir. Bu aşamadan sonra ise deformasyonlar sıfır olarak kabul edilerek ilgili koşula göre yükleme yapılmıştır. Bu durum işletmede olan bir hattın yakınına yapılan yapılaşma sürecinde ray kotlarında meydana gelen durumu yansıtmaktadır. Yapılan analizlerde gözlemlenmesi en muhtemel geometrik deformasyon mekanizmalarının nivelman bozulması, dever bozulması, dresaj bozulması ve burulma hatası olduğu görülmüştür. Temel aksında yapılan yüklemelerde nivelman ve dever bozulması görülürken, dışmerkezli yapı yüklemelerinde burulma durumunun baskın olduğu görülmüştür. Buradan edinilen bilgilere dayanılarak metro türü yapılarda hat düzleminde meydana gelen kentleşmenin ray düzlemi üzerinde negatif etkilere sebep olabileceği ve güvenlik limitlerini aşabileceği görülmüştür. Bu etkiler bakım limitleri dahilinde olduğunda bakım sürelerinin kısalmasına, işletme maliyetlerinin artmasına, işletme titreşim limitlerinin aşılmasına, titreşimle birlikte gürültü limitlerinin aşılmasına ve yolcu seyahat konforunun etkilenmesine sebebiyet verebilecektir. Bu etkiler güvenlik limitlerini aştığında ise derayman riski oluşturabilecek kadar ciddi sorunlara sebebiyet verebilecektir. Konunun işletmeci tarafından ele alındığında ortaya çıkabilecek mali ve hukuki yükümlülüklerin konut sahipleri tarafında ne gibi sonuçlar doğuracağı ayrıca üzerinde durulması gereken bir konudur. Araştırılması önerilmektedir. Bu çalışmadan çıkan sonuçlara dayanarak kentleşme ile birlikte mevcut işletmesi devam eden metro türü yapılarda ray düzlemi için de limit kontrollerinin yapılması önerilmektedir.