Kuyu temel tasarımlarına yönelik yer değiştirme kontrolünün sonlu elemanlar ve yapay sinir ağları yöntemleriyle karşılaştırılma analizi
Comparison analysis of displacement control for well foundation designs with finite elements and artificial neural networks methods
Yazar: MUHAMMET SAİT ÇAĞLAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERT TOLON
İstanbul Gedik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Her geçen gün artan nüfusun ihtiyacına karşılık inşaat faaliyetlerinin yürütülmesi adına mevcut ya da yeni arazilerin kullanımları artmaktadır. Bu araziler farklı geoteknik problemlere sahip olabileceği gibi gelişen hızlı teknolojiyle birlikte farklı disiplinlerin sorunlarına karşılık olarak çözüm önerileride artmaktadır. Dolayısıyla inşaat faaliyetlerinin güvenli bir şekilde devam edebilmesi için yapılacak olan derin kazılarda geoteknik problemlerden biri olan kazı destekleme sistemlerinin yer değiştirme (deplasman) miktarının kontrol altına alınması bu açıdan çok önem arz etmektedir.Geoteknik mühendisliğinde temel tasarımı konusu bu tez çalışması kapsamında araştırılmış olup, derin ve yüzeysel temellerin yapılması esnasında çevre yapılara zarar verilmemesi, temel sisteminin stabilitesinin sağlanması, yer değiştirmesinin sınırlandırılması ve sistemin güvenliği açısından temel tasarımı yapılmadan önce birçok etken parametre göz önüne alınmalıdır. Ayrıca inşaata başlamadan önce yapılacak olan kazının stabilitesinin sağlanması, oluşabilecek can ve mal kayıplarının önüne geçecektir. Bu nedenle tasarım mühendisi derin temel imalatı yapılacağı zaman ortaya çıkacak olan kazıyı desteklemek için kullanacağı iksa sistemi hakkında yeterli bilgiye sahip olmalıdır ve iksa sistemine etki eden faktörleri detaylı bir şekilde araştırmalıdır. Zemin özelliklerini iyi bilerek uygulanacak olan yöntemi doğru seçmelidir. İksa projesi tasarımı aşamasında zemininin özellikleri doğru şekilde yorumlanıp, mevcut arazide bulunan yer altı su seviyesi, deprem durumu, sürşarj yükleri, toprak basıncı gibi çevresel etkileri göz önüne alarak güvenli tarafta kalacak şekilde kazı destekleme sistemi tasarımları yapılmalıdır.
Bu tez çalışması kapsamında kazı destekleme sistemlerinden biri olan kuyu temellere yer verilmiş olup kuyu temel sisteminde oluşabilecek deplasmanların kontrol altına alınması için sonlu elemanlar ve yapay sinir ağları yöntemleriyle karşılaştırma analizleri yapılmıştır. Gerekli geoteknik çalışmaların yapılması için sonlu elemanlar yöntemine dayalı analiz yapabilen Setaf2018 paket programı kullanılmıştır. Bu kapsamda daha önceden seçilmiş olan 50 adet geoteknik rapordan çeşitli zemin değerleri alınmış olup paket programda her biri için kuyu temel modeli oluşturulup, analizi yapılmıştır. Böylece kuyu temel kesitlerinde yapılan tahkikler sonucu ortaya çıkan yer değiştirme miktarları, yapay sinir ağları yöntemine dayalı kullanılacak olan paket program NeuroShell 2'nin veri havuzunu oluşturmaktadır. Yapay sinir ağlarının (YSA) geoteknik mühendisliği çözümlerinde kullanımı artmaya başlamıştır. Bu kapsamda geoteknik verilere sahip kuyu temel tasarımlarında yer değiştirmelere yönelik bir modelleme yapmaksızın yer değiştime miktarını tahmin etmeye yaramaktadır.
Bu tez çalışmasında ki amaçlara bakılacak olunursa, sonlu elemanlar yöntemiyle çözülen toplam 50 adet vakanın son 5 adedinin deplasman miktarları yapay sinir ağları yöntemiyle tahmin edilmesi istenmiştir. Araştırılan diğer konu ise, kuyu temel analizlerinde bazı parametreler sabit tutularak sisteme etki eden çevresel faktörlerin (sürşarj yükleri, deprem durumu, yer altı suyu durumu, toprak basıncı) incelenmesi istenmiştir. Kuyu perdeye etki eden bu gibi parametrelerin yer değiştirme (deplasman) miktarını ne kadar etkilediğini ve hangi parametrenin en etkin olduğunu oranlar verilerek tahmin edilmesi istenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda çeşitli yöntemlerle yapay sinir ağ modelleri oluşturulmuş olup tahmin etme oranında %83 başarı oranına ulaşılmıştır. Daha sonrasında geliştirilen modellerin karşılaştırma analizleri sonucunda kuyu temel sisteminde yer değiştirmeye en yüksek miktarda etki eden parametrenin yer altı su seviyesi durumu olduğu görülmüştür. Elde edilen bu sonuçlarla birlikte geoteknik mühendisliği kapsamında yapılacak olan iksa projelerine fikir vermesi istenilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Temel Tasarımı, Kazı Destekleme Sistemi, Kuyu Temel Sistemleri, Yer Değiştirme Kontrolü, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Yapay Sinir Ağları Yöntemi

Abstract:
In response to the needs of the ever-increasing population, the use of existing or new lands for construction activities is increasing. These lands may have different geotechnical problems, and with the rapid development of technology, solution suggestions for the problems of different disciplines are also increasing. Therefore, in order for construction activities to continue safely, it is very important to control the displacement of excavation support systems, which is one of the geotechnical problems in deep excavations.
The subject of foundation design in geotechnical engineering has been researched within the scope of this thesis, and many factors should be taken into consideration before foundation design in order to prevent damage to surrounding structures during the construction of deep and superficial foundations, to ensure the stability of the foundation system, to limit displacement and to ensure the safety of the system. In addition, ensuring the stability of the excavation before starting construction will prevent possible loss of life and property. For this reason, the design engineer must have sufficient knowledge about the shoring system that he will use to support the excavation that will arise when the deep foundation will be manufactured, and should research the factors affecting the shoring system in detail. The method to be applied should be chosen correctly by knowing the soil properties well. During the shoring project design phase, the characteristics of the ground should be interpreted correctly and excavation support system designs should be made to stay on the safe side, taking into account environmental effects such as groundwater level, earthquake condition, surcharge loads and soil pressure in the existing land.
Within the scope of this thesis study, well foundations, one of the excavation support systems, are included and comparative analyzes have been made with finite element and artificial neural network methods to control the displacements that may occur in the well foundation system. Setaf2018 package program, which can perform analysis based on the finite element method, was used to carry out the necessary geotechnical studies. In this context, various ground values were taken from 50 previously selected geotechnical reports, and a well foundation model was created and analyzed for each of them in the package program. Thus, the displacement amounts resulting from the investigations on the well foundation sections constitute the data pool of NeuroShell 2, a package program to be used based on the artificial neural networks method. The use of artificial neural networks in geotechnical engineering solutions has begun to increase. In this context, it is useful to estimate the amount of displacement in well foundation designs with geotechnical data without making any modeling for displacements.
Considering the objectives of this thesis study, the displacement amounts of the last 5 of a total of 50 cases solved by the finite element method were asked to be estimated by the artificial neural networks method. The other issue researched was to examine the environmental factors affecting the system (surcharge loads, earthquake condition, groundwater condition, soil pressure) by keeping some parameters constant in the well foundation analyses. It was requested to estimate how much such parameters affecting the well curtain affect the amount of displacement and which parameter is the most effective by giving ratios.
As a result of the studies, artificial neural network models were created using various methods and an 83% success rate in prediction was achieved. As a result of the comparison analysis of the models developed later, it was seen that the parameter that had the greatest impact on the displacement in the well foundation system was the groundwater level. These results were asked to give ideas for shoring projects to be carried out within the scope of geotechnical engineering.
Keywords: Foundation Design, Excavation Support System, Well Foundation Systems, Displacement Control, Finite Element Method, Artificial Neural Networks Method