Killerin konsolidasyon davranışının sonlu elemanlar yöntemi ile parametrik olarak incelenmesi
Parametric analysis on the consolidation behaviour of clays with finite element method
Yazar: MUHAMMET MURAT ÖZEV
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP AKAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Zeminler, üzerlerine gelen herhangi bir yapıdan dolayı ilave gerilmeye maruz kaldıklarında boşluk suyu basıncı hemen artar ve boşluklardaki suyun zeminden uzaklaşması ile birlikte zeminde oturma meydana gelir. Killerin permeabilite katsayıları çok düşük olduğundan, yükün uygulanması ile boşluklardaki suyun zeminden uzaklaşması uzun sürebilmektedir ve zamana bağlı gerçekleşen bu oturma davranışı konsolidasyon olarak adlandırılır. Zeminlerin konsolidasyon davranışı ile ilgili ilk teori Terzaghi tarafından ortaya konmuştur. Terzaghi'nin konsolidasyon teorisi tek boyutlu bir çözüm olup, zemin kalınlığının homojen olduğu ve konsolidasyon süreci boyunca permeabilitenin sabit olduğu gibi basitleştirici varsayımlar içermektedir. Fakat doğal arazi koşullarında konsolidasyon süreci ilerledikçe ve zeminin boşluk oranı azaldıkça permeabilite katsayısının küçülmesi beklenir. Killerin permeabiliteleri düşük olduğundan oturmalar zamana bağlı gerçekleşir ve konsolidasyon davranışı genellikle permeabilite katsayısı tarafından yönetilir. Zemin homojen olmayan ve anizotropik bir malzeme olduğundan zemine ait permeabilite değerleri, tabakalanma durumuna da bağlı olarak yatay doğrultudaki permeabilite katsayısının düşey doğrultudaki permeabilite katsayısına oranının 50 kata kadar olabildiğini gösteren çalışmalar mevcuttur. Bu çalışma kapsamında farklı tabaka kalınlıkları, farklı yük genişlikleri ve farklı yatay permeabilite katsayısılarına sahip bir yumuşak kil, farklı model genişliklerinde modellenmiş ve sonlu elemanlar metodu kullanılarak konsolidasyon analizleri gerçekleştirilmiştir. Böylece tüm bu parametrelerle birlikte sonlu elemanlar model genişliğinin konsolidasyon oturması ve süresi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sonlu elemanlar analizleri, sonlu elemanlar tabanlı bir bilgisayar yazılımı olan Plaxis 2D v20 yardımıyla gerçekleştirilmiş ve elde edilen analiz sonuçları grafikler yardımıyla sunularak tartışma ve değerlendirme gerçekleştirilmiştir. Ayrıca elde edilen analiz sonuçları kullanılarak konsolidasyon oturması miktarı ve süresinin yatay/düşey permeabilite oranı, tabaka kalınlığı ve yük genişliği kullanılarak elde edilmesine yönelik korelasyonlar elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre yatay permeabilite katsayısının artması ile konsolidasyon süresi azalmakta ancak konsolidasyon oturma miktarı etkilenmemektedir. Tabaka kalınlığının ve yük genişliğinin artması ile konsolidasyon süresi ve oturma miktarı artmaktadır ancak bu artış lineer değildir. Çok küçük model genişliklerinde yatay permeabilitenin etkisinden dolayı konsolidasyon süreleri çok kısalmakta ve tabaka kalınlığının etkisi neredeyse ortadan kalkmıştır.

Abstract:
When the soils are subjected to additional stress due to any structure on them, the pore water pressure immediately increases and settlement occurs on the soil as the water in the voids moves away from the soil. Since the permeability coefficients of the clays are very low, it may take a long time for the water in the voids to move away from the soil with the application of the load, and this time-dependent settlement behavior is called consolidation and is generally governed by the permeability coefficient. The first theory about the consolidation behavior of soils was put forward by Terzaghi. That is a one-dimensional solution and includes simplifying assumptions such as soil thickness is homogeneous and permeability is constant throughout the consolidation process. However, as the consolidation process progresses in field conditions and the void ratio of the soil decreases, the permeability coefficient is expected to decrease. Since the soil is an inhomogeneous and anisotropic material, there are studies showing that the ratio of the permeability coefficient in the horizontal direction to the permeability coefficient in the vertical direction can be up to 50 times, depending on the soil's permeability values and the layering condition. In this study, a soft clay with different layer thicknesses, different load widths and different horizontal permeability coefficients was modeled in different model widths and consolidation analyzes were carried out using the finite element method. Thus, the effects of the finite element model width on the consolidation settlement and duration were investigated, together with all these parameters. Finite element analyzes were performed with the help of Plaxis 2D v20, a finite element based computer software, and the analysis results were presented with the help of graphics, and discussion and evaluation were carried out. In addition, using the obtained analysis results, correlations were obtained for the settlements and time of consolidation using the horizontal/vertical permeability ratio, layer thickness and load width. According to the results obtained, the consolidation period decreases with the increase in the horizontal permeability coefficient, but the consolidation settlement is not affected. Consolidation time and settlement increase with increasing layer thickness and load width, but this increase is not linear. Due to the effect of horizontal permeability at very small model widths, consolidation times are shortened and the effect of layer thickness is almost eliminated.