Tabakalı zemin ortamında inşa edilen dairesel temellerin sayısal analizi

Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Geoteknik Bilimdalı' nda yüksek lisans tezi olarak hazırlanan bu çalışmada yüzeyde bulunan farklı kalınlıktaki yumuşak zeminler üzerine oturan dairesel temellerin yük altında davranışı iki boyutlu PLAXIS sonlu eleman yazılımı ile analiz edilmiştir. Tezde birinci bölümde giriş sunulmakta, ikinci bölümde temellerin sınıflandırması yapılarak rüzgâr enerjisi santrali ve silo temelleri hakkında kısaca bilgi verilmektedir. Üçüncü bölümde yüzeysel temellerde taşıma gücünün teorik hesaplarının esasları farklı yöntemlere göre ortaya konmaktadır. Dördüncü bölümde sayısal yöntemler ve Plaxis yazılımı hakkında bilgiler verilmektedir. Beşinci bölümde Plaxis yazılımı ile yapılan analizlere ait sonuçlar ortaya konmaktadır. Son bölümde ise genel sonuçlar kısa bir özet halinde verilip konuya ilişkin öneriler sunulmaktadır. Zeminler, çeşitli minerallerden oluşan kayaçların dış etkiler nedeniyle bozunarak ayrışması ve ortaya çıkan parçacıkların dış etkiler ile taşınarak çökelmesi, sıkışması sonucu meydana gelmektedir. Adapazarı gibi alüvyal kökenli zeminlere sahip yerleşim merkezleri temel sistemlerinin yetersiz olduğu durumlarda depremler sırasında büyük zarar görebilmektedir. 1999 depremleri sırasında Adapazarı'nda birçok yapıda taşıma gücü aşılması ve oturma/devrilme problemleri ile karşılaşılmıştır. Bu depremlerde Adapazarı' nda karşılaşılan yıkım ve can kaybı sonrasında, bunlara gerekçe olarak "kötü" diye nitelendirilen zemin koşulları gösterilmiştir. Takip eden süreçte Adapazari'nda yapılan zemin incelemelerinde kentin zemininin menderesli bir nehir tarafından oluşturulduğu ve farklı derinliklerde görece sağlam tabakaların varlığı ortaya konmuştur. Sancio ve ark. (2003) Adapazari kent merkezinin farklı yerlerinde yapılan 46 sondaj ve 135 sondalamanın (CPT: koni penetrasyon deneyi) sonuçlarına göre üst 15m için 4 ayrı tipte zemin profilinin olduğunu belirtmişlerdir. Son yıllarda gelişen yapım teknikleri ve yapısal analiz yöntemleri ile kapsamlı ve özellikli yapılar inşa edilmeye başlanmıştır. Yapım teknikleri ve yapım teknolojisindeki gelişmeler ile kentlerde yapılaşma hızlı yayılmış ve buna bağlı olarak yapıların inşa edilmesi için uygun arazilerin bulunmasında sıkıntılar doğmuştur. Bunun yanında son yıllarda nüfusun özellikle bazı metropollerde giderek yoğunlaşması nedeniyle yeni inşaatların taşıma gücü ve oturma problemlerinin yaşandığı yerlere kayması da zorunlu olmaktadır. Geoteknik mühendisliği literatüründe deneysel ve/veya sayısal yöntemler ile zayıf zeminlerin sağlam granüler dolgu tabakaları ile iyileştirilmeleri ile ilgili yaklaşımlara sıklıkla rastlanmaktadır. Zeminlerin taşıma gücü ve oturma karakteristiklerinin belirlenmesindeki başlıca yaklaşımlardan klasik yaklaşım; basit geometriye sahip temeller için uygundur. Yarı-Ampirik yaklaşım daha karmaşık zemin koşulları için daha uygundur. Kinematik yöntemler, zeminin yük altındaki davranışını daha ayrıntılı olarak incelemek için kullanılır. Sayısal yöntemler, bilgisayar tabanlı modeller ve sonlu elemanlar yöntemi gibi matematiksel yöntemleri kullanarak taşıma kapasitesini hesaplar. Bu yaklaşım, karmaşık zemin yapıları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Sonlu elemanlar yöntemi detaylı analizlerde kullanılır. Yapay sinir ağı yaklaşımı büyük veri kümelerinde taşıma kapasitesini tahmin etmek için kullanılır. Adapazarı kentinde güncel durumda silo gibi dairesel temeller gerektiren yapıların inşaatı da gündeme gelmektedir. Bu tez çalışmasında dairesel temeller üzerine araştırma yapılmıştır. Literatürde; temel çapının, temel gömme derinliğinin, görece zayıf zeminin üstte ve altta bulunmasının ve zeminlerin kayma dirençlerinin taşıma gücü ve göçme mekanizması oluşumunda etkileri olduğu belirtilmektedir. Çalışmada, problemli zeminlerin üst katmanlarda veya alt katmanlarda bulunması durumları göz önünde bulundurularak dairesel temellerin taşıma güçleri irdelenmektedir. Buna yönelik olarak geoteknik mühendisliğinde yaygın olarak kullanılan sonlu eleman yöntemi esaslı Plaxis 2D yazılımı kullanılarak farklı kombinasyonlar için analizler yürütülmüştür. Mevcut parametrelerin göçme mekanizması oluşumu üzerindeki etkileri de Plaxis yazılımı ile gerçekleştirilen analizlerden elde edilen sonuçlara göre ortaya konmaktadır. Temel çapı: 1 m, 2 m, 4 m, 6 m, 8 m, 10 m ve 20 m olarak modeller oluşturulmuş ve karşılaştırmalar yapılmıştır. Çalışma eksenel simetrik olduğu için geometride bu değerlerin yarısı olan 0.5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 4 m, 5 m ve 10 m alınmıştır. Temel ağırlığının sonuçlar üzerindeki etkisini ortadan kaldırmak için hesaplamalarda temel ağırlıksız olarak dikkate alınmıştır. Seçilen bölümlerde dairesel temellerin oturmaları grafiklendirilmiş, temelin merkezinde ve kenarında yer alan düşey yer değiştirmeler dikkatlice incelenmiş ve yorumlanmıştır. Çalışma sonunda alttaki sağlam tabakanın yüzeye yakın veya uzak olmasından etkilenmeksizin hem kısa vadede (drenajsız durum) hem de uzun vadede (drenajlı durum) temel taşıma gücüne katkıda bulunamadığı ortaya konmuştur. Bu da 1999 depremlerinde ortaya çıkan durumu teyit etmiştir. Mevcut durumda bu tip ortamlarda; • Kazı-geri mühendislik dolgusu yapılması, • Yapının bodrumlu inşa edilmesi ve • Zemin iyileştirmesi/derin temel seçeneklerinin yapı kat adedine bakılmaksızın değerlendirilmesi önerilmektedir.