Killi zeminlerde dinamik kazık – zemin – yapı etkileşiminin sayısal analizlerle incelenmesi

Kazıklı yapı sistemlerinin deprem yükleri altındaki tepkisi sistemin içerisinde bulunduğu zeminin, yapı yüklerini zemine ileten kazıklı temellerin ve yapının kendisi arasında bulunan etkileşimden etkilenmektedir (zemin-temel-yapı etkileşimi). Bu etkileşimler tipik olarak iki kategoride ele alınmaktadır: atalet etkileşimi ve kinematik etkileşim. Deprem esnasında zemin ortamı kazık ve yapı sisteminde titreşime neden olmakta ve atalet etkileşimi etkili olduğu zaman ivmelenmiş/hareket ettirilmiş yapı ve kazık kütlesi zemini geri sarsmaktadır. Diğer taraftan kinematik etkileşim kazıklı temelin zemine göre daha rijit olmasından kaynaklanmakta ve kazıklı yapı sistemine gelen sismik dalgalarda değişime neden olmaktadır. Bu çalışmada, zemin-kazık-yapı etkileşimi iki boyutlu sonlu eleman modelleri yardımıyla araştırılmıştır. Öncelikle, oluşturulan sonlu eleman modelleri, elastik davranışı dikkate alan zemin davranış analizi ve literatürde kinematik etkileşim için önerilmiş analitik kapalı çözüm yöntemi ile doğrulanmıştır. Devamında parametrik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında: (i) zemin ve kazık arasındaki kinematik etkileşim kurulan nümerik model yardımıyla etkili parametreleri− malzeme modeli (doğrusal ve doğrusal olmayan), kazık ile zemin arasındaki rijitlik oranı (Ep/Es) ve kazık narinliği (L/D)− dikkate alınarak araştırılmıştır; (ii) zeminin faz açısının değişiminin etkileri, önceki çalışmalar bunu ihmal ederek genliğe yoğunlaşmışlardır, incelenmiş ve bunu dikkate alan yeni bir kinematik etkileşim faktörü önerilmiştir; (iii) zemin-kazık-yapı arasındaki etkileşim, elasto-plastik zemin davranışı dikkate alınarak zaman tanım alanında incelenmiştir. Ayrıca üstyapı taban seviyesindeki girdi hareketi ve kazığın sismik etkiler altındaki tepkisi değerlendirilmiştir. Yapılan araştırmanın sonucunda elde edilen önemli bulgular: (i) Zeminin doğrusal olmayan davranışı kinematik etkileşimi önemli derecede etkilemektedir. Zeminin elasto-plastik özellikleri sismik hareket etkisini, özellikle de ivmeler cinsinden azaltmaktadır. Buna karşılık, kazık temel davranışı lineer sınırlar içinde kalmakta ve zeminin lineer olmayan davranışı ile karşılaştırıldığında daha yüksek ivme değerleri vermektedir. Sonuç olarak ivmeler cinsinden kinematik etkileşim faktörü Ia birim değerinden büyük çıkmaktadır. (ii) Üst yapı titreşiminden kaynaklı atalet etkileşimi kazık temellerin dinamik tepkisi üzerinde daha baskındır; ancak, kinematik etkileşim kazık temele gelen eğilme momentlerini artırdığından dolayı hesaplarda ihmal edilmemelidir. (iii) Zemin içerisinde kazık temellerin varlığı üst yapı altında daha sert bir bölge meydana getirmektedir. Bu durum üst yapıya etkiyen yükleri artırabilmektedir.