Zemin çivileriyle güçlendirilmiş iksa yapılarında sistem performansını ve güvenilirliğini etkileyen faktörlerin vaka analizleri ile araştırılması
A study on the system performance and reliability of soil nail walls using case histories
Yazar: AYŞE SELİN KESERLİ
Danışman: DOÇ. DR. SAMİ OĞUZHAN AKBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Zemin çivileri, kazı, şev veya yamaçların stabilitesini arttırarak onları kararlı hale getiren yapı elemanlarıdır. Çivileme tekniği, zeminin kesme mukavemetini arttırmak amacıyla uzun bulonlar yerleştirilerek yapılan bir donatılama tekniğidir. Tasarımın esası çivilerde oluşacak çekme kuvvetlerini sürtünme vasıtasıyla zemine aktarmaktır. Bu çalışma kapsamında, daha etkin maliyetli bir tasarım elde edebilmek için çivili zeminin mekanik davranışlarını etkileyebileceği düşünülen faktörler parametrik olarak araştırılmıştır. Çalışmalarda iki boyutlu elasto-plastik sonlu elemanlar analiz programı Phase2 kullanılmıştır. Öncelikle iki vaka analizi Phase2 yazılımında modellenmiş ve vakaların sahalarda ölçülen deplasman değerleri ile programdan elde edilen deplasman değerleri karşılaştırılarak, program çıktıklarının gerçek değerlere ne kadar yaklaştığı araştırılmıştır. Ayrıca, Phase2 yazılımında bu iki vaka modelinin stabilite tahkikleri değerlendirilmiş ve önceki çalışmalarda kullanılan farklı yazılımlar ile de karşılaştırılmıştır. Çalışmada kullanılan Phase2 yazılımının çivili duvar davranışını başarılı şekilde temsil ettiği ispat edilmiş ve sistemi etkileyen faktörler parametrik olarak araştırılmıştır. Bu faktörler, çivi eğimi, çivi uzunluk paterni, çivi akma dayanımı, çivi çapı, çivilerin yatay ve düşey aralıkları ve püskürtme kalınlığıdır. Araştırılan parametrik faktörler yazılımda yakın sonuçlar vererek doğruluğu kanıtlanan yanal deplasman değerleri ve güvenlik faktörleri dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, çivi eğimi, çapı ve yatay ve düşey aralıklarının FHWA tarafından önerilen değerlerin kullanılmasında genel olarak optimum tasarımı sağladığını göstermektedir. Analizler, aynı referans kaynaklarda önerilen çivi uzunluklarının vaka analizlerinde oldukça güvenli tarafta kaldığını göstermektedir. Piyasada üretilen çivilerin mekanik özelliklerindeki değişimlerin sistem performansı üzerindeki etkisi yok denecek kadar küçüktür. Parametrik araştırmalara ek olarak zemin çivili duvar sisteminin risk analizi yapılarak sistemin güvenilirlik düzeyi olasılıksal olarak değerlendirilmiştir. Değerlendirilen risklerin kabul edilebilir sınırlarda olduğu görülmüştür.

Abstract:
Soil nails are the construction technique that stabilizes excavation and slopes by increasing the stability. This technique is done by placing long bolts or nails on the ground in order to increase the shear strength of the soil. The aim of the design is to transfer the tensile forces in the nails to the ground by means of friction. In this study, a number of factors that are thought to affect the mechanical behavior of nailed soil have been investigated parametrically in order to obtain a more cost effective design. Two-dimensional elasto-plastic finite element analysis program Phase2 was used in the studies. First, two case studies were modeled in Phase2 software. Displacement values measured in the field and the displacement values obtained from the program were compared. It has been researched how close the program outputs are to actual values. Stability analyzes of these models of the two case studies were also performed in Phase2 software. The calculated results were compared with the results of different software used in previous studies. The safety coefficients and displacements calculated in Phase2 software are very compatible to those obtained by measured and other methods. After proving that the Phase2 software used in the study successfully represented the nailed wall behavior, the factors affecting the soiled wall mechanism were investigated parametrically. These factors are nail inclination, nail length pattern, nail yield strength, nail diameter, horizontal and vertical spacing of nails and shot-crete thickness. The parametric factors investigated were evaluated by considering lateral displacement values and safety factors. The results generally show that nail inclination, diameter and horizontal and vertical spacing provide the optimum design by using of the values recommended by FHWA. Analyzes show that the recommended nail lengths in the same reference sources remain on the safe side in case studies. The changes in the mechanical properties of nails produced in the market are so small that there is no effect on system performance. In addition to parametric investigations, risk analysis of the soil nailed wall system was performed and the reliability level of the system was evaluated as probabilistic. Finally, the risks were found to be within acceptable limits.