Theses supervised by Prof. Dr. Murat Örnek
10 theses · İskenderun Technical University
Yanal yüklü helisel kazık davranışının laboratuvar deneyleriyle araştırılması
Helisel kazıklar; yapıdan gelen yükleri güvenli bir şekilde taşıyabilmek için zeminlere dönme hareketiyle yerleştirilerek uygulanan bir çelik temel sistemidir. Helisel kazıklara, doğrudan bir yanal yük uygulandığında ya da herhangi bir dış yük etkisinde kalmadan yanal zemin hareketleri etki ettiğinde; helisel kazıkların davranışı, kazıktaki bu yer değiştirmelerden doğrudan etkilenmektedir. Bu çalışmada, boyutları belirli olan helisel kazıklar; gevşek zeminlerde, laboratuvar ortamında yanal yükleme yapılarak kazıklardaki yanal yer değiştirme değerleri ve yanal yük taşıma kapasiteleri tespit edilmiştir. Laboratuvar koşullarında, helis sayısı (N), helis çapı (D), yük uygulama yüksekliği (e), kazık gömülü uzunluğu (L) ve helis aralığı (s) parametreleri üzerinden, helisel kazıklara yanal yük uygulanarak yük-deplasman değerleri elde edilmiştir. Deneysel çalışmaların sonucunda, helisel kazıklarda; helis sayısı ve helis çapı arttıkça yanal yük taşıma kapasitesinin arttığı belirlenmiştir. İkili ve çoklu helislerde gerçekleştirilen deney sonuçlarına göre optimum helis aralığı/helis çapı (s/D) oranı yaklaşık 2 olarak belirlenmiş ve en yüksek yanal yük taşıma kapasitesine ulaşıldığı saptanmıştır. Tekli helislerden elde edilen deney sonuçlarına göre kazık gömülü uzunluğu/şaft çapı (L/d) oranı arttıkça yanal yük taşıma kapasitesinin arttığı belirlenmiştir. Yanal yük uygulama yüksekliğinin (e) artış gösterdiği durumda ise yanal yük taşıma kapasitesinde azalma olduğu sonucuna varılmıştır.
Baret kazıklarda taşıma kapasitesinin laboratuvar deneyleriyle araştırılması
Temeller yapılardan gelen yükleri zemine aktaran taşıyıcı yapı elemanlarıdır. Temel tasarımı yapılırken zemin türü ve koşulları, taşıma gücü, oturma, sıvılaşma gibi göz önüne alınması gereken birçok parametre mevcuttur. Zemin türü ve koşulları bu parametrelerden en önemlilerindendir ve temel tipinin belirlenmesinde doğrudan kullanılmaktadır. Zemin ortamında taşıma gücü, oturma ve sıvılaşma gibi açılardan herhangi bir risk yoksa yüzeysel temeller kullanılmaktadır. Ancak üstyapıdan gelen yüklerin yüksek mertebelerde olduğu, yüzeysel temel kalınlığının ekonomik olmaktan çıktığı, geoteknik açıdan yüzeysel temelin yetersiz olduğu vb. durumlarda derin temel sistemleri tercih edilmektedir. Ülkemizde olduğu gibi birçok ülkede derin temel uygulamalarında yaygın olarak dairesel kesitli kazıklar kullanılmaktadır. Fakat son zamanlarda, ekonomi ve uygulama kolaylığı sağlaması gibi avantajlarından dolayı dairesel kesitli kazıklara alternatif olabilecek baret kazık uygulamalarının giderek arttığı görülmektedir. Bu tez çalışması kapsamında; dairesel kesitli kazıklar ile dikdörtgen kesitli baret kazıkların davranışını laboratuvar ortamında karşılaştırmak amacıyla model kazıklar oluşturulmuştur. Dikdörtgen kesitli model baret kazıklar, gerçek kazık ölçülerinin 1/10, 1/20, 1/30 ve 1/40'ına karşılık gelecek boyutlarda üretilmiştir. Dairesel kesitli model kazıklar ise baret kazıklarla yaklaşık olarak aynı kesit alana sahip olacak şekilde üretilmiştir. Ardından, model kazıklar üzerinde gevşek zemin durumunda basınç yükleme deneyleri yapılmış ve kazıkların taşıma kapasiteleri araştırılmıştır. Yükleme deneyleri sonucunda kazık geometrisinin, kazık kesit alanının ve kazık boyunun taşıma kapasitesine etkisi araştırılmıştır. Dikdörtgen baret kazıklarda ölçek etkisi de incelenmiştir. Laboratuvar model deneyleri ile elde edilen sonuçlar, regresyon analizlerine tabi tutularak çeşitli modeller oluşturulmuştur. Oluşturulan modellerde lineer, interaction, quadratic, pure-quadratic regresyon çeşitleri kullanılarak bir takım istatistik bağıntılar türetilmiştir.
Basınç yüküne maruz helisel kazık davranışının laboratuvar ve arazi deneyleri ile araştırılması
Helisel kazıklar, tork uygulanarak zemine yerleştirilen, basınç-çekme yükü gibi çeşitli yükleri karşılayabilen, birçok uygulama alanında (açık deniz, enerji yapıları, endüstri yapıları vb.) kullanımları giderek artan, diğer geleneksel kazıklara karşı da önemli bir alternatif olan çelik temel sistemleridir. Bu tez çalışmasında helisel kazıkların eksenel basınç altındaki davranışı laboratuvar model deneyleri ve büyük ölçekli arazi deneyleri ile araştırılmıştır. Kum zeminin kullanıldığı deneylerde, zemin sıkılığı (Dr), helisel plaka çapı (D), helisel plaka sayısı (N), helisel plakalar arası mesafe (s) gibi farklı değişkenlerin etkisi irdelenmiştir. Deneylerde helisel kazıkların zemin içerisine kurulumu sırasında uygulanan tork değerleri de takip edilerek kurulum torku seçiminin etkisi yorumlanmıştır. Deneysel sonuçlar literatürde sunulan teorik yöntemlerle karşılaştırılmış ve aynı zamanda iki / üç boyutlu ortamlarda sonlu elemanlar yöntemini esas alan yazılımlarla örselenme etkisinin de dikkate alındığı sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda helis çapının yaklaşık iki katı (2D) olan bir bölgenin örselendiği belirlenmiştir. Farklı kurulum torku seçiminin, kurulum torku-nihai yük ilişkisinden elde edilen sonuçları etkilediği görülmüştür. İlave bir helis eklenmesi ile nihai kapasitede yaklaşık %30'a varan bir artış tespit edilmiştir. Bu veriler eşliğinde geoteknik mühendisliğinde helisel kazıkların tasarımı ile ilgili çeşitli önerilerde bulunulmuştur.
Ring temellerde mikrogrid donatının taşıma gücüne etkisinin incelenmesi
Yumuşak veya gevşek zemin koşullarının hâkim olduğu alanlarda inşa edilecek yapılarda temellerin tasarım ve yapımı inşaat mühendisleri için büyük problem oluşturmaktadır. Bu problemi ortadan kaldırmak için ya derin temel uygulamasına geçilmeli ya da temel zemininde zemin iyileştirme yöntemleri uygulanmalıdır. Zemin iyileştirme tekniklerinden biri olan donatılı zemin uygulamasında zemin içerisine geosentetik donatılar yerleştirilip taşıma gücü ve oturma problemlerine karşı çözümler üretilebilmektedir. Bu çalışmada, farklı geometrilere sahip mikrogrid donatı ile güçlendirilmiş gevşek kum zemine oturan ring ve daire kesitli temellerin yükleme altındaki davranışı model deneyler ile analiz edilmiştir. İlk donatı derinliği, donatılar arası mesafe, donatı çapı, donatı sayısı, donatı geometrisi ve donatı kombinasyonu değiştirilerek optimum donatı parametreleri araştırılmıştır. Deneyler laboratuvar ortamında yükleme düzeneği ile yapılmış, yük ve oturma değerleri grafikler halinde sunulmuştur. Yapılan deneyler sonucunda ring kesitli model temel için optimum donatı parametreleri sırasıyla, ilk donatı derinliği 0,4R (kare kesitli donatıda), 0,2R (daire kesitli donatıda) ve 0,2R (ring kesitli donatıda); donatılar arası mesafe 0,2R (daire kesitli donatıda), donatı çapı 2,5R (daire kesitli donatıda); donatı sayısı 3 (daire kesitli donatıda) olarak belirlenmiştir. Daire kesitli model temellerin kullanıldığı model deneylerde ise optimum donatı parametreleri de sırasıyla; ilk donatı derinliği 0,4D (kare kesitli donatıda), 0,3D (daire kesitli donatıda) ve 0,4D (ring kesitli donatıda); donatılar arası mesafe 0,3D (daire kesitli donatıda), donatı çapı 2,5D (daire kesitli donatıda), donatı sayısı 3 (daire kesitli donatıda) olarak tespit edilmiştir.
Geohücre ile güçlendirilmiş zeminlerde taşıma gücünün arazi deneyleri ile araştırılması
Yapıdan aktarılan yükleri güvenle taşıması, limitlerin üstünde deformasyon yapmaması, dayanıklı olması ve iklim koşullarının etkisiyle özelliklerinin değişmemesi bir temel zemininin sağlanması gereken şartlardır. Bu şartların sağlanabilmesi için ise geoteknik açıdan nitelikli zemin ortamının oluşturulması gerekmektedir. Geoteknik açıdan nitelikli zeminin elde edilebilmesi, çeşitli iyileştirme yöntemlerinin zemine uygulanmasıyla mümkün olabilmektedir. Zemin iyileştirme amaçlı kullanılan geohücre, içine yerleştirilen dolgu malzemesi ile sürtünmeden dolayı kenetlenerek, yükleri daha iyi yaymakta ve yük altında meydana gelen oturmalarda azalma sağlamaktadır. Bu çalışmada, geohücre ile donatılandırılan zeminlerde, zemin türü, temel geometrisi ve boyutu, geohücre türü ve geohücrenin zemin yüzeyi ile düşey mesafesinin taşıma gücüne etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla arazi ortamında yapılan plaka yükleme deneylerinde 0-5 mm, 5-12 mm ve 0-16 mm dane çapı aralıklarına sahip üç farklı zemin türü ile 21x24.5x10 cm ve 28x34x10 cm hücre boyutlarına sahip iki farklı geohücre kullanılmıştır. Zemin türü etkisinin incelendiği deneylerde daire ve kare kesitli toplam altı farklı model temel kullanılmıştır. İri daneli zeminin daha küçük dane boyutuna sahip zemine göre ortalama 1.2 kat daha fazla taşıma gücü sağladığı belirlenmiştir. Geohücrede hücre boyutunun azalması ile birlikte yaklaşık olarak %4.03 oranında bir taşıma gücü artışı elde edilmiştir. Aynı zamanda birim alana düşen hücre sayısının artmasıyla birlikte oturma değerlerinin de azaldığı tespit edilmiştir.
Baret kazıkların basınç kuvveti altındaki davranışının arazi deneyleri ile araştırılması
Baret kazıklar, diyafram duvar ekipmanları ile açılan derin kuyuların içerisine donatı yerleştirilip beton dökülmesi sonucu elde edilen, birçok uygulama alanında kullanılan ve fore kazıklara önemli bir alternatif olan kazıklı bir temel sistemidir. Bu tez çalışmasında baret kazıkların eksenel basınç kuvveti altındaki davranışı laboratuvar deneyleri ve arazi deneyleri ile araştırılmış ve aynı kesit alan ve boya sahip fore kazık davranışları ile karşılaştırılmıştır. Kum zemin ortamında yapılan deneylerde kazık geometrisi ve kazık boyunun kazık davranışı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneyler sonlu elemanlar yöntemi ile çalışan program ile üç boyutlu olarak modellenmiş ve sonuçlar birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca deney sonuçlarından elde edilen grafikler kullanılarak, literatürde sunulan teorik yöntemler ile kazıkların taşıma gücü değerleri belirlenmiştir. Deneysel çalışmaların sonucunda baret kazıkların aynı kesit alana sahip fore kazıklara göre taşıma gücü bakımından yaklaşık %30 daha iyi performans gösterdikleri ve aynı yük altında fore kazıklardan daha az deplasman yaptıkları tespit edilmiştir. Deneylerde kullanılan kazık kesit boyutlarından yola çıkarak gerçek uygulamalarda kullanılan boy ve kesitlerde kazıklar üç boyutlu olarak modellenip, kazık geometrisi, kazık boyu, kazık sürtünme yüzeyi alanı gibi parametrelerin kazıkların davranışı üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla parametrik çalışmalar yapılarak sonuçları yorumlanmıştır. Son olarak kazık boyutları esas alınarak ölçek etkisi üzerine analizler yapılmıştır. Bu veriler ışığında baret kazıklar ile ilgili olarak çeşitli önerilerde bulunulmuştur.
Çoklu helisel kazıklarda plaka çapı etkisinin model deneylerle incelenmesi
Helisel kazıklar geoteknik mühendisliğinin birçok alanında kullanılan bir kazık türüdür. Helisel kazıklar yapıdan gelen ölü ve hareketli tüm yükleri güvenli bir şekilde aktarmak için zemine dönme hareketiyle yerleştirilen çelikten imal edilmiş temel sistemleridir. Bu tez çalışmasında gevşek kum zemine yerleştirilen helisel kazıkların eksenel basınç etkisi altındaki davranışları laboratuvar model deneyleri ile araştırılmıştır. Deneylerde, gömülü kazık boyu (L) ve şaft çapı (d) sabit tutulmuş, helisel plaka sayısı (N), helisler arası mesafe (s), helisel plaka çapı (D) gibi farklı parametrelerin etkisi yük-deplasman eğrileri eşliğinde incelenmiştir. Daha sonra deneysel sonuçlar literatürde yer alan göçme kriteri yöntemleri ile karşılaştırılmıştır. Deneysel çalışmaların sonucunda, helis sayısı ve helis çapındaki artışın taşıma kapasitesinde de artışa sebep olduğu gözlenmiştir. Helis aralığı/helis çapı (s/D) oranının 1.5 ile 2.5 arasında olduğu durumlarda en yüksek taşıma kapasitesi değerlerinin elde edildiği, bu oranın artması durumunda ise taşıma kapasitesinde azalmaların meydana geldiği belirlenmiştir.
Grup helisel kazıklarda kazıklar arası mesafe etkisinin laboratuvar deneyleri ile araştırılması
Helisel kazıklar çelikten üretilen, taşıması ve uygulanması pratik, derin temel uygulamalarında popülerleşen temel sistemleridir. Sahip olduğu sürdürülebilirlik, hızlı uygulama ve değişik zemin türlerinde kullanılabilirlik gibi avantajlarıyla geleneksel kazıklara karşı tercih edilebilmektedir. Tekil ve grup kazık olarak uygulanabilen bu sistemin, literatürde tekil kazık alanında çok fazla araştırma bulunmasına rağmen grup helisel kazıkların araştırıldığı çalışmalar daha sınırlıdır. Bu çalışmada 1x2, 1x3, 2x2 ve 1x4 dizilimlerine sahip grup helisel kazıklarda kazıklar arası mesafenin eksenel basınç altındaki taşıma kapasitesine etkisi laboratuvar model deneyleri ile incelenmiştir. Gevşek kum zeminde gerçekleştirilen deneylerde farklı kazıklar arası mesafelerinin yanı sıra helisel plaka sayısı (N), helisel plaka çapı (D) ve grup dizilimi etkisi gibi farklı parametrelerin etkisi incelenerek yük-deplasman ilişkileri elde edilmiş ve nihai taşıma kapasitesi %5D göçme kriterine göre değerlendirilmiştir. Sonuçlar, kazıklar arası mesafenin artmasının taşıma gücünde azalmaya sebep olduğunu, grup dizilim etkisinin, kazık sayı ve çapının artışının ise taşıma gücünü arttırdığını göstermiştir.
Kohezyonsuz zeminlerde helisel kazıkların eksenel yük etkisindeki davranışlarının sayısal analiz yöntemleri ile araştırılması
Helisel kazıklar tek, çift veya birkaç helis yaprağından oluşan, merkezinde şaft, ucunda konik ağız, uzatma bölümleri ve manşonlardan meydana gelen, zeminlere kuvvet momenti yoluyla döndürülerek kurulan, çelik malzemeden oluşmuş fabrika üretimi kazıklardır. Bu tez çalışmasında, kohezyonsuz zeminlerde, helisel kazıkların eksenel basınç yükü etkisi altındaki davranışları; sayısal analiz yöntemleri ile araştırılmıştır. Bu kapsamda, sıkı ve gevşek kum zeminlere gömülü, farklı yapısal tasarım niteliklerine sahip model helisel kazıklar; sayısal ortamda eksenel basınç yüküne maruz bırakılarak yük-deplasman davranışları, göçme mekanizmaları ve nihai eksenel taşıma kapasiteleri irdelenmiştir. Bu tezin özgün değeri ve mevcut araştırmalardan farkı ise farklı sıkılıktaki kum zeminlerde eksenel basınç etkisindeki helisel kazıkların, OPTUM G2 geoteknik tasarım programında, çarpan elastoplastik analiz (MEPA) ile probleme özgü ağ uyarlaması göz önüne alınarak çözümlenmesidir. İki boyutlu eksenel simetri yaklaşımıyla kurgulanan sayısal modeller, otomatik ağ uyarlaması tekniğiyle sonlu elemanlara ayrılarak, çarpan elastoplastik analiz modunda eksenel basınçla yüklenmiştir. Helisel kazıkların sayısal olarak elde edilen yük-deplasman eğrileri üzerinden %5D sınır deplasman kriterine göre nihai basınç taşıma kapasiteleri belirlenerek deneysel ve analitik sonuçlarla kıyaslanmıştır. Ayrıca, deneysel verilerle doğrulama yapıldıktan sonra orta sıkı zemin ve model ölçek etkisi olmak üzere iki farklı şekilde parametrik çalışmalar da yapılmıştır. Sonuç olarak, OPTUM G2 yazılımının eksenel yükleme koşulunda, helisel kazık-kohezyonsuz zemin etkileşimi modellemede ve çözümlemede başarılı ve güvenilir çıktılar sunduğu görülmüştür.
Dinamik yapı-kazık-zemin etkileşiminin çözümlenmesi ve makine öğrenmesiyle tahmini
Yapı-kazık-zemin etkileşimi; üstyapının, temel-kazık sisteminin ve kazıkları çevreleyen zeminin, dinamik koşullar altında, birbirlerinin taleplerini karşılıklı olarak etkilediği ve tüm sistemin birlikte daha farklı bir mekanik davranış sergilediği karmaşık bir süreçtir. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY) 2018 içerisinde yapı-kazık-zemin etkileşimi; ortak sistem ve altsistem yaklaşımlarıyla ve Yöntem I-II-III olmak üzere farklı yollarla çözümlenebilmektedir. TBDY-2018 esasına göre kinematik ve eylemsizlik etkileri, analizlerde ayrı veya birlikte göz önüne alınabilmektedir ve etkileşim çözümleri öncesinde mutlaka deprem yer hareketleri, birtakım kurallara göre ölçeklenmesi gerekmektedir. Bu nedenle çözüm geçerliliği ve yapı güvenilirliği açısından, yapı-kazık-zemin sisteminin doğru modellenmesinde, TBDY-2018 tasarım kuralları çok büyük bir öneme sahiptir. Bu çalışmada, deprem yer hareketi kayıtlarının ölçeklenmesi için basit ölçeklendirme ve spektral uyuşum yöntemlerine ek olarak, bu iki yaklaşımın avantajlarını optimize etmeyi hedefleyen makine öğrenmesi destekli hibrit bir yaklaşım geliştirilmiştir. TBDY-2018 ilkeleri esas alınarak, basit ölçeklendirme, spektral uyuşum ve makine öğrenmesi tabanlı olmak üzere farklı ölçeklendirmelere dayanan üç boyutlu dinamik yapı-kazık-zemin etkileşimi çözümlemeleri gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizler için üstyapının doğrusal olmayan malzemeler ve elemanlarla, zemin ortamının ise doğrusal olmayan yaylarla temsil edildiği yüksek katlı ve kazık temelli bir betonarme bina tasarlanmıştır. Çalışma kapsamında geliştirilen merkezi bir bilgisayar yazılımı ile yönetilen ortak sistem modeli, dinamik koşullar altında zaman tanım alanında doğrusal olmayan analizler yoluyla çözümlenmiştir. Basit ölçeklendirme ve spektral uyuşum yaklaşımları ile bu iki yöntemin güçlü yanlarından oluşturulan makine öğrenmesi tabanlı hibrit ölçeklemenin, yapı-kazık-zemin modelindeki tepkileri, çıktıları ve performansı değerlendirilmiştir. Ayrıca, sismik yer hareketi karakteristikleri ile yapı–kazık–zemin etkileşimi çıktıları arasındaki ilişkiler, makine öğrenmesi rastgele orman algoritması kullanılarak sınıflandırma esaslı tahmin edilmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen bu tahmin modeli; kritik yapısal ve geoteknik talepleri, belirli doğruluk düzeylerinde öngörebilmiştir ve yapı–kazık–zemin etkileşimi problemlerinde makine öğrenmesi tahmininin uygulanabilirliği ortaya koyulmuştur.