Theses supervised by Doç. Dr. Hüseyin Suha Aksoy
14 theses · Fırat University
Determination of bearing capacity of open ended steel single piles
Open-ended piles are generally used in foundation to build super structure building such as offshore engineering and the coastal that is used to transfer the load through the upper weak top soil layer to the stronger layer of subsoil strata. Open-ended piles are very important for using, due to it has smaller driving resistance compared to other types of the pile. In this study, the bearing capacity of two open-ended piles, one with a diaphragm height of 7.5cm (Type A) and the other with a 10cm (Type B) diaphragm height, is compared. The piles are tested using a special test system for soils prepared at four different relative densities (10%, 40%, 65%, 90%). The load-settlement curve for each relative density has been obtained as a result of the experiments. Experimental results indicated that bearing capacity of two piles used in the test increase with increasing relative density and the bearing capacity of open-ended pile increasing with increasing dimension of the diaphragm of the pile. To verify the results and data which have been found by experimental study, Plaxis 3D finite element program is used in this study. The pile system was modeled by using the program and also the program has found load-settlement curve to compare with the experimental results.
Determining the differences in load-settlement behavior of open-ended and closed-ended piles
Piles are long, slender members that transfer load from shallow soil with a low bearing capacity to deeper soil or rock which have less compressibility and higher bearing capacity. There are two types of pipe piles: open-ended and closed-ended. It is well known that open-ended piles behave differently than closed-ended piles. The aim of this study is to investigate the difference in load-settlement behavior of open-ended and closed-ended steel pipe piles in the sand under axial loading in four different relative densities including 10%, 40%, 65%, and 90%. It is also aimed to study the ultimate bearing capacity for the same piles. For this purpose, model experiments and numerical analyses were carried out. The finite element method was also used in this research to study the behavior of the single model piles under axial loading. The obtained results show that the closed-ended piles have a higher ultimate bearing capacity than open-ended piles. For open-ended piles, the development of ultimate bearing capacity is due to the increased exterior shaft friction and soil plug inside the pile. Also, the results from experimental pile model tests and finite element analyses indicated that the ultimate bearing capacity of the model piles increases with increasing relative density. There is a good agreement between experimental results and finite element programs results.
Experimental study on behavior of wood and steel single piles
The goal of this study is to investigate the friction between sandy soil and pile materials (wood and steel) in four different relative densities including 10%, 40%, 65% and 90%. It is also aimed to study the behavior and ultimate bearing capacity of the single model piles under axial loading for the same materials. Finite element method was also used in this research to study the behavior of the single model piles under axial loading. For this purpose thirty-six direct shear tests were performed to study the internal friction angle of the sand and skin friction angle between sand and pile materials in different relative densities mentioned above. Twelve direct shear tests were conducted to investigate the internal friction angle of the sand, and twenty-four interface shear tests were performed to study the skin friction angle between the sand and pile materials. In addition, the axial load tests for pile models were conducted in the laboratory to study the behavior and load-settlement curve of single mode piles under action of axial loading. The results from direct shear tests showed that the internal friction angle of the sand increases with increasing relative density. From the interface direct shear test, the skin friction angle between the sand and pile materials (wood and steel) increases with relative density up to 65% but in 90% relative density it started to decreases. Because in dense sand, the resisting shear stress increases with shear displacement until it reaches a failure stress, after failure stress is attained, the resisting shear stress gradually decreases as shear displacement increases until it finally reaches a constant value. Also the results from experimental pile model tests and Plaxis 3D finite element programs indicated that the ultimate bearing capacity of the model piles increases with increasing relative density, and there is a good agreement between experimental results with finite element programs results.
Kazıklı radye temellerin statik düşey yükler etkisi altında modellenmesi
Bu çalışmada, laboratuvar ortamında yapılan model deneyleri yardımıyla cam elyaf takviyeli plastik (fiber reinforced plastic, FRP) ve çelikten üretilmiş kazıklı radye temellerin taşıma gücü, oturmaları ve zemin kütlesi içerisinde farklı derinliklerde meydana gelen gerilme değişimleri elde edilmiştir. Elde edilen bu sonuçlar ile teorik ve PLAXIS sonlu elemanlar programı yardımıyla modelleme yapılarak bulunan sonuçlar karşılaştırılmıştır. Kazıklı temeller Romalılardan beri kullanılan bir temel sistemidir. Ahşap kazıkların kullanıldığı bu temeller yüzlerce yıl geçmesine rağmen hala hizmet etmektedirler. Ahşap temellerin tercih edilmesinin en önemli sebebi ahşabın su altında neredeyse sonsuz ömürlü olmasıdır. Ahşap kazıkların kullanımı son yıllarda çevresel ve ekonomik nedenlerle azalmıştır. Günümüzde çakma kazıklar genellikle çelik kullanılarak imal edilmektedir. Ancak çelik pahalı bir malzeme olup yer altı suyunun zararlı madde içermesi halinde ve deniz içerisinde çabuk tahrip olmaktadır. Bu tahribat, oksijenin varlığına bağlıdır. Bu nedenle bu tür kazıkların ömürleri kumlu zeminlerde genellikle kısa olmaktadır. Doğal kaynakların sonsuz olmadığı ve dikkatlice kullanılmadığı takdirde bir gün bu doğal kaynakların tükeneceği bilinmektedir. Katı atıkların depolanması ise her geçen gün çevresel ve ekonomik sorunlar doğurmaktadır. Bu nedenle, kaynak israfını önlemek ve ortaya çıkabilecek enerji krizleri ile baş edebilmek için atıkların geri dönüştürülmesi, tekrar kullanılması çevre ve ekonomi için çok önemlidir. Tüm bu hususlar göz önüne alındığında plastik malzemesinin, atık, geri dönüşümlü, ekonomik ve deniz suyu gibi olumsuz koşullar altında bile çok uzun ömürlü olması nedeniyle kazık imalatında gittikçe artan miktarlarda kullanılması kaçınılmazdır. Plastikler, kimyasal yapıları nedeni ile esnek (kırılmaz) yapıya sahiptir. Ancak plastiklerin mekanik dayanımları düşüktür. Bu nedenle plastikler, mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla son yıllarda cam elyaf ve benzeri malzemeler ile takviye edilmektedir. Cam takviyeli plastik (FRP), takviye malzemesi (cam elyafı) ve taşıyıcı matriks'in (reçine) birlikte kalıplanması ile elde edilmektedir. Bu işlem, çok farklı metotlarla yapılabilse de, prensip, cam elyafının, taşıyıcı reçine ile uygun bir şekilde ıslatılmasıdır. Polyester reçineler, kimyasal bir reaksiyon ile polimerize edilerek, sert, çözülmeyen, ergimeyen bir madde haline dönüştürülmekte ve kalıplandığı şekli almaktadır. Son yıllarda tüm dünyada plastik malzemesinin giderek artan bir hızda zemin problemlerinin çözümünde kullanılmaya başlandığı görülmektedir. Örneğin; geogrid, palplanş perde, ankraj ve kazık malzemesi olarak plastikler kullanılmaktadır. Plastik çeliğe göre oldukça ucuz bir malzemedir. Donatılı plastik olarak isimlendirilen FRP benzeri ürünlerden elde edilen profiller, yeterli dayanıma sahip oldukları için uç kazığı olarak kullanılabilirler. Bunun yanında çeliğe göre daha yüksek bir sürtünme katsayısına sahip oldukları için sürtünme kazığı olarak da kullanılabilmektedirler. Çelik kazık olarak genellikle boru kesitler kullanılmaktadır. Çelik ile zeminin arasındaki sürtünme genellikle çok düşüktür. Bu nedenle çelik kazıklar çoğu zaman bitüm gibi maddeler ile kaplanarak kullanılır. Plastik kazığın çakılması sırasında yüzeyinin pürüzleneceği bilinmektedir. Ayrıca FRP'nin işleme maliyetinin düşük olması ve kolay şekil verilebilmesi gibi sebeplerle istenilen yüzey dokusunda imal edilebileceği için zemin ile sürtünmesi çeliğe kıyasla yüksek olacaktır. Üst zemin tabakasının taşıma gücünün yetersiz olması durumunda genellikle yükler, kazıklı temeller vasıtasıyla alttaki sağlam zemin tabakalarına aktarılarak taşınmaktadır. Yapılan bu çalışmada, gevşek bir üst zemin tabakası ve sıkı bir alt zemin tabakası bir kum tankının içinde modellenmiştir. Gevşek zemin tabakası içerisine yerleştirilmiş çakma kazıkların alttaki sıkı zemin tabakasına soketlenmesi sağlanmıştır. Kazıklı radyenin taşıma gücünün ve oturmalarının üstteki gevşek tabakanın sıkılığının değişiminden nasıl etkileneceği belirlenmiştir. Kazık sayısındaki değişimin ve kazıklar arasındaki mesafenin etkisi de göz önüne alınmıştır. Zemin içerisinde farklı noktalara yerleştirilen mini basınç ölçerler (transduser) yardımıyla gerilme değişimleri belirlenmiştir. Kazık malzemesinin çelik ve FRP olması durumları için deneyler tekrarlanmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda, kazık sayısı arttıkça (9'dan 25'e) ve buna bağı olarak kazıklar arası mesafe azaldıkça (6D'den 3D'ye) çelik ve FRP kazıklar için grup kazık taşıma gücünde sırası ile %133 ve %148 artış meydana gelmiştir. Zeminin relatif sıkılığı (Dr=%10'dan Dr=%65'e) arttıkça grup taşıma gücünde çelik ve FRP kazıklar için sırası ile %56 ve %68 artış olmuştur. FRP'den imal edilmiş kazık gruplarının çelikten imal edilmiş kazık gruplarına oranla taşıma gücünün %10-30 daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Kazıklar arası mesafe azaldıkça ve zeminin relatif sıkılığı arttıkça oturmalarda azalmaların olduğu görülmüştür. Ayrıca zemin kütlesi içerisindeki farklı noktalardan ölçülen gerilmeler incelendiğinde kazık ucundan ve temel merkezinden uzaklaştıkça gerilmelerin azaldığı gözlemlenmiştir. Deney bulguları sonlu elemanlar programı yardımıyla yeniden çözümlenerek elde edilen nümerik sonuçlar ile deneysel ve teorik denklemlerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Bearing capacity of vertically loaded FRP and PVC single piles
Heavy structures, high-rise buildings, and marine structures increase the tendency to use pile foundations. Since conventional pile foundations are mainly made of timber, steel, and concrete, and these piles have a limited life cycle and high maintenance costs, especially where they are used in marine applications, industrial environments and corrosive soils. In order to extend the service life of these piles and reduce the impact of deterioration on the pile bearing capacity a larger pile cross section is often recommended, as well as some chemical treatments are also applied, while both of these options have led to spending an extra budget to build a required pile foundation. Despite the fact that chemical treatments have a negative impact on environmental pollution and the health of those people who do it. Recently, because of their high corrosion resistance, Fiber Reinforced Polymer (FRP) and recycled plastic piles have been developed for use as an alternative to these piles in the aforementioned environments. Since piles carry and transfer axial loads through the pile point capacity and/or the skin friction resistance (i.e., pile shaft capacity or pile shaft friction resistance), and despite the uncertainties associated with the pile behavior, the mechanical, physical and structural behavior of conventional piles were well documented. But due to the novelty of composite piles, the database of these piles still does not contain sufficient data. One of the concerns in composite piles and although it is not yet quite clear in the conventional piles is the pile shaft behavior (i.e., the pile-soil interface resistance). The friction force at the soil-pile interface is estimated primarily using the interface shear box test. Some uncertainties regarding this test method, especially for sandy soils, leads to the measurement of high values of the interface parameters (i.e., c and δ) in relatively low-to-high relative density. Because of the uncertainties associated with the pile axial behavior and in particular the pile shaft behavior, the designers often use the approximation values to estimate the interface friction angle (δ) during their design. For example, Terzaghi and Peck (1948) reported that many designers take into account that the interface friction angle (δ) is equal to two of three (2/3) of the measured value of the internal friction angle (φ), Coyle and Castello (1981) considered 0.8φ, and according to various studies, the δ seems to be in the range between 0.5 to 0.8φ (Das, 2015). These approximations in the evaluation of shear interface parameters prevent making economical designs and sometimes lead to stability problems. However, the actual bearing capacity of the pile is measured by performing field load tests, but it is impossible to determine the independent contribution of the pile shaft capacity to the ultimate pile bearing capacity. Therefore, in this study, the ultimate bearing capacity and pile base resistance of two composite piles (i.e., concrete-filled FRP and PVC pipe piles), as well as the independent contribution of pile shaft capacity were determined by carrying out a number of load-displacement model experiments at different relative densities (i.e., Dr = 10%, 40%, 65% and 90%) of model sand. The experimental results demonstrated the fact that the interface friction angle increases with increasing relative density considerably whereas this behavior was not observed in the interface shear box test, and that the interface friction angle at low relative density (i.e., Dr = 10%) can be ignored while in the interface shear box test, this relative density has high interface friction angle and cannot be easily ignored in the calculation of piles bearing capacity. In addition to model experiments, piles were modeled in the finite element environment to calculate the ultimate pile bearing capacity, as well as compare them to theoretical and experimental results. Finite element analysis has provided roughly the same settlement values at failures as that model experiments have. However, in particular, for high relative densities (i.e., Dr = 40%, 65%, and 90%), finite element analysis has not yielded a good agreement in terms of load-displacement behavior (p-y behavior) under certain conditions of this study. In model experiments, p-y behavior is a nonlinear relationship in all relative densities, whereas in finite element analysis it has become a nonlinear relationship where Dr = 10 and has become a linear relation where Dr=40 %, 65%, and 90%. In fact, this behavior is far from being expected, because, at high relative densities, the pile shaft capacity must be increased; and therefore, the degree of curvature of the p-y behavior must also be increased (i.e., it should be a non-linear relationship).
Kohezyonsuz zemine oturan kare temellerde taşıma gücünün ve zemin kütlesindeki yanal gerilmelerin deneysel ve nümerik analizi
Bu çalışmada, farklı rölatif sıkılıklarda hazırlanmış kum zemin üzerine oturan farklı boyuttaki kare kesitli radye temeller modellenmiştir. Model temellerin düşey statik yüklenmesi neticesinde, temellerin göçme anındaki oturma değerleri ve taşıyabileceği maksimum yükler belirlenmiştir. Bu amaçla, dört farklı rölatif sıkılıkta hazırlanmış kum zemine oturan üç farklı boyutta kare temellerin taşıma gücü ve zemin kütlesi içerisinde oluşan yanal gerilmeler, laboratuvar ortamında model deneyleri ile belirlenmiştir. Model temelin düşey yüklenmesi sonucu oluşan yanal gerilme artışları deney tankının cidarına yerleştirilen basınçölçerler (transdüser) yardımıyla ölçülmüştür. Düşey yükleme sonucunda model temellerin taşıma gücü, oturma değerleri ve kum zemin içerisinde meydana gelen yanal gerilme artışları hem mevcut teorik yöntemler ile hem de sonlu eleman yaklaşımı ile tahmin edilmiştir. Model deneyler, Fırat Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Laboratuvarı'nda bulunan 75x75x100 cm boyutlarındaki dikdörtgen kesitli bir kum tankı içerisinde gerçekleştirilmiştir. %10, %40, %65 ve %90 değerlerinde dört farklı rölatif sıkılıkta hazırlanan kum zemin üzerine yerleştirilen (B=8cm, B=12cm, B=16cm) boyutlarındaki üç farklı kare kesitli temeller üzerinde, yükleme hızı 1.00-1.50 mm/dk arasında olan hidrolik sistem ile statik yüklemeler yapılmıştır. Tank cidarına, temel tabanı yüzeyinden itibaren 10'ar cm ara ile yerleştirilen basınçölçerler yardımıyla 5 farklı derinlikte (h1 = 10cm, h2 = 2h1, h3 = 3h1, h4 =4h1, h5 = 5h1) yanal gerilmeler ölçülmüştür. Gerçekleştirilen deneylerde temellerin taşıdığı maksimum yükler, göçmenin meydana geldiği andaki oturmalar ve zemin içerisinde farklı derinliklerdeki yanal gerilme artışları belirlenmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen veriler, mevcut teorik yöntemlere dayalı yapılan hesaplamalarla kıyaslanmıştır. Bununla birlikte, deneysel ve teorik sonuçlar PLAXIS 3D programı ile sonlu eleman yöntemi yaklaşımına dayalı yapılan analiz sonuçlarıyla kıyaslanmıştır. Model deneylerin gerçekleştiği ortam geometrisi ve zeminin farklı rölatif sıkılık değerleri dikkate alınarak gerilme değerlerinin belirlenmesi için STATISTICA 6.0 programı ile istatistiksel analiz yapılmıştır. Kare bir temel altındaki yanal gerilme değerleri belirli bir yaklaşımla tahmin edilmiş ve buna bağlı olarak bir eşitlik sunulmuştur. Yapılan deneyler sonucunda model radye temellerin tümünde rölatif sıkılık arttıkça taşıma gücünün arttığı, buna bağlı olarak oturma değerlerinin azaldığı görülmüştür. Tank cidarındaki basınç gerilmeleri B=8cm'lik temelde, başlangıçta temele yakın olan ilk 20cm'de artış göstermiş, sonraki derinliklerde giderek azalmış ve 50 cm derinlikte minimum değere ulaştığı görülmüştür. B=12cm ve B=16cm'lik temellerde 30 cm derinlikte maksimum değere ulaştıktan sonra azalmaya başladığı gözlenmiştir. Zemin kütlesi içerisinde oluşan yanal gerilmeler Giroud'un geliştirdiği yanal gerilme hesaplama yönteminden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Yüksek sıkılıklarda ve büyük temel boyutlarında yanal gerilmelerin Giroud'la uyumlu olduğu görülmüştür. Plaxis değerleri oldukça yüksek sonuçlar verdiği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Kare Temel, Model Deneyleri, Yanal Gerilme, Oturma, Rölatif Sıkılık, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Taşıma Gücü, Regrasyon Analizi
Experimental and numerical analysis of deep excavations
The goal of this study is to investigate how the distance between foundation and sheet pile (L) and excavation depth (He) will affect deflection of the sheet pile and ultimate bearing capacity of the foundation model under axial loading for the same materials using relative density 10% only. Finite element method and statistical method was also used in this research to study the behaviour of the sheet pile, foundation model and lateral pressure under axial loading. A sandbox which dimensions are 0.75x0.75x1m is filled with Dr=10% dry sand. A steel plate (12x12cm) is used as foundation model; steel sheet pile model with dimensions of 75x40x0.3 cm is used. For this purpose 10 tests were performed to study the deflection of the sheet pile, bearing capacity of the soil and lateral pressure of the soil on the sheet pile, one of the test was performed without the sheet pile and other nine tests were performed with three different (L) and three different (He). From the experimental results, time-deflection and load-deflection behavior of sheet pile and timesettlement and load-settlement behavior of the foundation are obtained. In order to determine the effects of L and He, these results are compared. It is observed that, when the distance between foundation and sheet pile (L) was increased the deflection of the sheet pile decreased and load capacity on the foundation is increased for the same excavation depth. It is also seen that when the excavation depth (He) was increased the deflection of the sheet pile increased and load capacity decreased for the same distance between foundation and sheet pile. Also the results from Plaxis 3D finite element programs indicated that the deflection of the sheet pile model increases with increasing (He) and decreasing (L), and there is a good agreement between experimental results with finite element programs results. Lateral pressures measured by using pressure transducers. These pressures analyzed statistically to derive a relation between test systems geometrical conditions and measured lateral pressures. An appropriate correlation (R2=0.95) has been determined.
Killi zeminlerde kazıklı radye temellerin düşey yükler etkisi altında davranışının model deneyleri ile incelenmesi
Tek kazık, kazık grupları ve kazıklı radye temellerin taşıma gücü ve oturma davranışının araştırılması üzerine birçok arazi ölçümü, model deneyi ve numerik çalışma mevcuttur. Arazi ölçümlerinden elde edilen veriler genelde sonlu elemanlar yöntemine dayalı paket programlar kullanılarak analiz edilmiştir. Laboratuvar model deneylerinde ise genelde saf kum veya saf kilden oluşturulmuş zeminler üzerinde araştırmalar yapılmış ve bu deney sistemleri sonlu elemanlar yöntemi tabanlı paket programları ile modellenmiştir. Ancak saf kil ya da saf kum zeminler doğada az bulunmaktadır ve bu zeminler üzerinde yapı inşa edilme ihtimali daha düşüktür. Bu çalışma kapsamında ise yaygın arazi koşullarını sağlayacak doğadaki zeminlere benzer olacak şekilde standart bir zemin oluşturulmuş ve üzerinde deneyler yapılmıştır. Bu amaçla ağırlıkça %50 kil ve %50 kum malzeme karıştırılarak, doğadaki zeminlere yakın olacak türde yeni bir zemin elde edilmiştir. Elde edilen zemine likit limitinin 1.5 katı oranında su karıştırılarak, deney tanklarına yerleştirilmiş ve 100, 200, 300 kPa basınçlarında konsolide edilmiştir. Böylece farklı parametrelere sahip 3 türde homojen killi zemin oluşturulmuştur. Elde edilen zeminlerde kazık gruplarının davranışı, kazıklar arası mesafenin taşıma gücüne etkisi, blok davranışının varlığı ve taşıma gücü üzerindeki etkisi, radye temelin zemine temas etmesi durumunda kazıklar ile radye temelin üst yapıdan gelen yükleri hangi oranda paylaştıkları araştırılmıştır. Zemin parametrelerindeki değişimin kazıklı radye temel davranışına etkisi incelenmiştir. Ayrıca kazıklı radye temellerde, kazıklar arası yük dağılım mekanizmasının belirlenmesi için her bir kazığa gelen yük ölçülmüştür. Laboratuvar deneyleri ile benzer sınır koşullarında 3 boyutlu geometrik modelleri oluşturulmuş ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak analizler yapılmıştır. Böylece killi zeminlerde teşkil edilmiş kazıklı radye temellerin davranışının deneysel ve sayısal yöntemler kullanılarak araştırılmıştır. Bu araştırma neticesinde literatürde görülen eksikliklere katkı yapılacağı düşünülmektedir. Deneyler sonucunda kazık grubunun ve kazık grubu + radyenin üst yapı yüklerini birlikte taşıdığı her iki durum için kazık sayısındaki artışın belirli bir sayıya kadar taşıma gücünü arttırdığı tespit edilmiştir. Belirli bir sayıdan sonra kazık sayısında meydana gelen artışın taşıma gücünün artışı üzerinde etkisinin azaldığı, kazık aralığın daha önemli olduğu belirlenmiştir. Literatürdeki çalışmalara benzer olarak radyenin orta bölgesinde olan kazıklar daha çok yük taşırken, radyenin kenar bölgelerinde olan kazıklar daha az yük taşımaktadır. Radye temelin zemine temas etmesi durumunda temelin taşıma gücünde büyük oranlarda artış meydana geldiği gözlemlenmiştir.
Geotekstil donatılı kum zeminlerin taşıma gücünün deneysel olarak incelenmesi
Düşük taşıma gücüne sahip gevşek zeminleri daha emniyetli hale getirmek amacıyla, zemin içerisine çeşitli malzemeler ilave ederek zemin taşıma gücünü arttırmaya yönelik çeşitli uygulamalar tüm dünyada kullanılmaktadır. Bu yüksek lisans tezi çalışmasında 12x12 cm kare kesitli temel altındaki kum zeminin taşıma gücü, laboratuvar ortamında yapılan model deneyler ile belirlenmiştir. Farklı boyutlarda, derinliklerde ve tabaka sayılarında geotekstil kullanımının zemin taşıma gücüne etkisi araştırılmıştır. Yapılan deneyler, Fırat Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Laboratuvarı'nda bulunan 75x75x100 cm boyutlarındaki kare kesitli kum tankı içerisinde gerçekleştirilmiştir. Tüm deneylerde aynı %10 rölatif sıkılıkta hazırlanan kum zemin üzerine yerleştirilen 12x12 cm boyutlarındaki kare temele yüklemeler yapılmış olup 28 adet deneyde kum zemin numunesi içindeki geotekstil sayısı, derinliği ve boyutları arttırılıp/azaltılarak deneyler sonucunda kum zeminin taşıdığı yükler, temel oturma miktarları ölçülmüştür. Elde edilen deneysel veriler ışığında söz konusu deneylere ait oturma-taşıma gücü, oturma-zaman ve taşıma gücü-zaman parametrelerine ait grafikler oluşturulmuştur. Laboratuvarda yapılan 28 adet deney sonucundaki taşıma gücü miktarları Plaxis 3D programında modellenerek, deneysel olarak elde edilen oturma miktarları ile modelleme sonucu ortaya çıkan oturma miktarları karşılaştırılmıştır. Laboratuvar deneylerinden elde edilen taşıma gücü miktarları çok değişkenli istatiksel analizler yardımıyla formülize edilmiştir. Yapılan laboratuvar model deneylerinde geotekstil donatıya ait boyut, adet ve temele yakınlık parametrelerin artmasıyla zemin taşıma gücünde artış sağlanmıştır.
Load-settlement behavior of vertically loaded pile groups in sand
With the fast growth of metropolitan areas and quick industrialization stemming from fast-paced global economics, there has been a need to build heavier and higher buildings on marginal locations, where surface soils are weak and shallow foundations are typically not the ideal design option. The aim of the deep foundation is to transfer a very large load to the layer that can withstand the load, thereby, giving the foundation the tenacity to withstand all load types, such as vertical or lateral, and also minimize the settlement to the required degree. Pile group foundation is one of the deep foundations used widely in civil engineering structures. The pile group foundation is designed based on the ultimate bearing capacity. There are lots of factors that affect the bearing capacity of the pile groups. By controlling these factors, the bearing capacity of group piles will be improved and the cost of the project will be economical. The aim of this study is to show the effect of changing the spacing-diameter ratio, number of pile, and soil relative density of pile group foundation by experimental tests in the laboratory, and validation all of the results by theoretical and finite element analysis methods. Using Plaxis 3D (V20.1) for the analysis of finite element analysis. A total of 36 experiments were performed in the laboratory by using model steel piles embedded in a sand soil in a three different relative density (Dr=10%, Dr=40%, and Dr=65%). The piles of the model have a diameter 10 mm and embedded 330 mm. Three distinct pile-group configurations (3x3, 4x4, and 5x5) of center-center spacing between the 1.5D, 3D, 4.5D, and 6D piles (D is the diameter of the pile) were tested under vertically loaded pile groups. The result of this study shows that the bearing capacity of pile groups will increase and settlement decrease with increasing number of pile and relative density of soil. For the spacing to diameter ratio effect, the bearing capacity will decrease with increasing the spacing between piles under vertically loaded group pile.
Kayaçların dayanımlarının fiziksel ve elastik parametreler yardımıyla belirlenmesi
Baraj, tünel ile kaya şev stabilitesi analizi gibi pek çok mühendislik projesinin tasarımında kayaçların tek eksenli basınç dayanımı önemli bir parametre olarak kullanılmaktadır. Fakat kayaçların tek eksenli basınç dayanımının belirlenebilmesi zor, zaman alıcı ve pahalı bir deneydir. Bu nedenle kayaçların tek eksenli basınç dayanımlarının belirlenebilmesi için dolaylı yöntemlere de başvurulmaktadır. Literatürde tek eksenli basınç dayanımının kestirimi için araştırmacılar tarafından önerilen bağıntılar mevcuttur. Çeşitli istatistiksel yöntemleri kullanarak tek eksenli basınç dayanımı kestirimini amaçlayan bu yöntemlerde yeterli veri sayısına ulaşılamaması elde edilen bağıntıların yetersiz olmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada 8 farklı kayaçtan elde edilen 238 adet karot numunesi üzerinde doğal birim hacim ağırlık, Schmidt sertliği ve dinamik elastisite modülü ile tek eksenli basınç dayanımı arasındaki ilişki regresyon analizleri ile incelenerek ampirik formüller elde edilmiştir. Elde edilen ampirik formüller performans testlerine tabi tutulmuş ve sonuçları yorumlanmıştır.
Improvement of bearing capacity of shallow foundation on sand reinforced with polyethylene terephthalate (PET) flakes
This study investigates the impact of adding recycled PET flakes on shear strength properties and the ultimate bearing capacity of sandy soil. The sandy soil was reinforced with different percentages of PET flakes (0, 0.5, 0.75, 1.0, and 1.5 by dry weight). Vertical load tests were conducted in a laboratory on square model footings in a soil tank. Tests were performed on both unreinforced sand and reinforced sand. The sand samples in the tank were prepared at three different relative densities (Dr): 40%, 65%, and 85% for each percentage of PET flakes. The effect of reinforcement depth beneath the model footing was also investigated to determine the optimum reinforcement depth that can improve the bearing capacity of model footing. To support the experimental results, numerical analysis was also carried out using Plaxis 3D software based on the finite element method. In addition to experimental tests and numerical analysis, three well-known bearing capacity equations from the literature were also used. The bearing capacity equations used to calculate the ultimate bearing capacity of model footings were Terzaghi (1943), Hansen (1970), and Vesic (1973). According to experimental results, it was found that the optimum percentage of PET flakes that gives the best improvement in ultimate bearing capacity load of model footing was found to be 0.75%. It was found that reinforcing sand with 0.75% PET flakes resulted in a considerable increase in the ultimate bearing capacity, at a relative density of 40%, there was an impressive 84% increase in ultimate bearing capacity. At a relative density of 65%, a substantial 64% enhancement was observed, and at a relative density of 85%, the ultimate bearing capacity improvement was 56%. Furthermore, this reinforcement led to a notable reduction in settlement of model footing, with decreases of 14.1% at a relative density of 40%, 11.3% at a relative density of 65%, and 9.6% at a relative density of 85%. It was also revealed that the reinforcement sand beyond a depth of 2B beneath the model footing has a negligible effect on the results. A comparison was made between the results of experimental, theoretical, and numerical analysis. It was found that experimental results closely matched the results of Vesic's equation at relative densities of 40% and 65%, and predominantly aligned with Hansen's equation at 85% relative density, and all results notably deviated from Terzaghi's equation. Numerical analysis results showed slightly higher ultimate bearing capacity loads and settlement than experimental results but overall there was a good agreement between them. Interestingly, the difference between experimental and numerical results was more pronounced at lower relative density (Dr = 40% and 65%) compared to higher relative density (Dr = 85%).
İnşaat yıkıntı atıklarının temel altı dolgularının taşıma gücüne etkisi
Yeni binaların inşası ve mevcut yapıların yıkılması sırasında büyük miktarlarda atık ortaya çıkmaktadır. Atıkların açık havada depolanması veya bertaraf edilmesi önemli çevre ve sağlık riskleri oluşturmaktadır. İnşaat projelerinde Geri Dönüştürülmüş Beton Agregasının (GDA) kullanılması, hem finansal hem de çevresel açıdan sürdürülebilir büyüme için çok önemli bir stratejidir. Bu çalışmada, GDA katkısının kumlu zeminin kayma mukavemeti özellikleri ve üzerine oturan tekil temelin nihai taşıma gücü üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Kumlu zemin, ağırlıkça farklı oranlarda (%5.00, %10.00, %15.00 ve %20.00) ve boyutlarda (2.00-4.76mm ve 4.76-6.30mm) GDA ile güçlendirilmiştir. Düşey yükleme deneyleri laboratuvarda deney tankı içinde kare model temeller üzerinde gerçekleştirilmiştir. Deneyler hem katkısız kum hem de GDA katkılı kum zeminler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Tanktaki zemin numuneleri GDA katkısının her bir yüzdesi ve boyutu için %80 rölatif sıkılıkta (Dr) hazırlanmıştır. Deneysel sonuçları desteklemek için sonlu elemanlar yöntemine dayalı Plaxis 3D programı kullanılarak nümerik analizler yapılmıştır. Bu çalışmalara ek olarak, mühendislerce sıklıkla kullanılmakta olan üç taşıma gücü teorisi ile analiz yapılmıştır. Model temellerin nihai taşıma gücünü hesaplamak için Terzaghi (1943), Hansen (1970) ve Vesic (1973) taşıma gücü teorileri kullanılmıştır. Laboratuvarda yapılan endeks ve dayanım deneyleri sonucunda, ağırlıkça GDA oranının artmasıyla karışımların kuru birim hacim ağırlık değerlerinin yaklaşık %4'e varan oranda arttığı belirlenmiştir. Artan GDA oranıyla boşluk oranında düşüş gözlemlenmiştir. Ağırlıkça GDA oranının artmasıyla karışımların içsel sürtünme açısında %14'e varan artışlar olduğu belirlenmiştir. Yapılan model yükleme deneyleri sonucunda, ağırlıkça GDA oranı arttıkça model temelin taşıma gücünde %40-48 arasında artışlar olduğu sonucuna varılmıştır. Çalışmada kullanılan iri daneli GDA'lar ince danelilere kıyasla taşıma gücünde %3-6 daha fazla artış meydana getirmiştir. Yapılan deneysel ve nümerik sonuçların birbiriyle oldukça uyumlu oldukları belirlenmiştir. Hem deneysel hem de nümerik sonuçlara en yakın sonuçları veren teorik taşıma gücü formülünün Vesic (1973) olduğu görülmüştür. Ayrıca bu çalışma kumlu zeminlerde GDA kullanımının zemine etkisini analiz etmesi açısından bu alandaki boşluğa katkı sağlamaktadır.
PET(polietilen tereftalat) atıkları ile güçlendirilmiş zemin dolgularının gömülü boru davranışına etkisinin deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
Gömülü boru hatlarının, hizmet ömürleri boyunca sorunsuz bir şekilde çalışmasını sağlamak için üzerlerine aktarılan yüzey yüklerinin sınırlandırılması gerekmektedir. Bu çalışmanın temel amacı, yüzeysel yüklemelerin etkisiyle gömülü borular üzerinde oluşan basıncı azaltmak için, farklı oranlarda Polietilen Tereftalat (PET) atıkları ile takviye edilmiş kum zeminlerin performansını araştırmaktır. Kum zemin, ağırlıkça %1, %3 ve %5 oranlarında PET atıklarıyla takviye edilerek kayma dayanımı parametreleri belirlenmiştir. Daha sonra, kare şekilli bir model temel ile gömülü boru arasındaki zemin tabakaları belirtilen oranlarda PET atıklarıyla güçlendirilerek statik yük etkisi altında, bir dizi deneysel çalışma yapılmıştır. Takviyesiz ve PET atık takviyeli zeminler üzerinde yapılan deneylerle zeminin taşıma gücü, oturma davranışı ve borunun çeşitli noktalarında oluşan gerilme değerleri karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Ayrıca, güçlendirilmiş zemin tabakalarının kalınlığı ve güçlendirmenin uygulandığı konumun bu parametreler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sonuçlar, PET takviyesiyle güçlendirmenin, taşıma gücünü artırmada ve borunun taç ve bel noktasına aktarılan yükleri azaltmada, oldukça başarılı olduğunu göstermiştir. En yüksek taşıma gücü artışı %3 PET takviyesiyle sağlanırken, boruda oluşan gerilmelerde en büyük azalma %5 oranında PET takviyesi kullanıldığında gözlenmiştir. Takviyesiz zemine kıyasla, taşıma gücünde %217'ye varan artış, boruda oluşan gerilmelerde ise %86'ya kadar azalma kaydedilmiştir. Ayrıca, PET takviyeli tabaka kalınlığı arttıkça, taşıma gücü artarken, boruya etkiyen gerilmelerde de azalma meydana gelmiştir. Temelin altında yapılan güçlendirmelerin, boru üzerinde yapılan güçlendirmelere kıyasla daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. PET atıklarının, gömülü borulara etkiyen yüklerin azaltılmasına yönelik bir zemin güçlendirme malzemesi olarak kullanımı, mühendislik performansını artırmanın yanında, sürdürülebilir atık yönetimine katkı sağlayarak çevresel ve ekonomik açıdan önemli avantajlar sunmaktadır.