Granüler zemini destekleyen kısa temelli konsol istinat duvarları için aktif toprak itkisi yöntemi
Active earth thrust method for granular backfill on a cantilever retaining wall with a short heel
Yazar: HAKAN ALPER KAMİLOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. EROL ŞADOĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, limit denge yönteminden yararlanılarak, taneli zemini destekleyen, kısa temelli konsol istinat duvarları için statik ve dinamik yükler etkisinde oluşan aktif toprak itkisi belirleme yöntemi önerilmiştir. Bu amaçla, deneysel ve analitik çalışmalar gerçekleştirilmiş, deneysel çalışma sonucu elde edilen veriler, analitik çalışmanın şekillenmesinde ve önerilen sayısal modelin doğrulanmasında kullanılmıştır. Deneysel çalışma kapsamında kırılma yüzeyi şeklinin elde edilmesinin yanında, temel genişliği, temel kalınlığı, sıkılık ve aktif durum oluşturma şekillerinin kırılma yüzeylerine olan etkilerinin incelenmesi için küçük ölçekli laboratuvar deneyleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, görüntü işleme yöntemi kullanılarak, kırılma yüzeyleri elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, deneysel olarak elde edilen kırılma yüzeyi şekli baz alınarak, dayanma duvarı üç farklı bölge ayrılmıştır. Her bölge için toprak itki katsayısı formülü, dolgu eğimi, sürşarj yükü, temel genişlik ve kalınlık katsayıları, içsel sürtünme açısı, zemin-duvar sürtünme açısı, kırılma yüzeyi açıları ve dinamik durum için yatay-düşey yer ivmesi gibi parametrelere bağlı olarak türetilmişlerdir. Kuvvet maksimizasyonunun yapılması için, elde edilen formüller kullanılarak bir algoritma oluşturulmuştur. Zemin ve duvar özelliklerinin girdi olarak verildiği sistemde, maksimum yatay toprak itkisi katsayısını veren kırılma yüzeyi açıları, her bölgeye ait itki katsayıları ve toplam yatay toprak itki katsayısı çıktı olarak elde edilmiştir. Deneysel çalışmanın sonucunda, kısa temelli dayanma duvarları arkasında literatürden farklı, karakteristik bir kırılma yüzeyi şeklinin oluştuğu görülmüştür. Bunun yanında kısa temelli duvar arkasında oluşan kırılma yüzeylerinin literatürde önerilen tanımlara uygun olduğu görülürken, uzun temelli duvarlar arkasında oluşan kırılma yüzeyinin doğrusal olmadığı, dağınık karakterde oldukları görülmüştür. Sayısal ve deneysel çalışmalar sonucunda kısa temel durumunun literatürde önerildiği gibi sadece temel genişliğine bağlı olmadığı, temel kalınlığı, içsel sürtünme açısı gibi parametrelerin de kısa temel durumu üzerinde etkili olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, the static and the dynamic active earth thrust determination method for the cantilever retaining walls with short heel that support granular soil is examined using limit equilibrium method. The experimental and the analytical studies were performed and the results obtained from the experimental study were used in the formation of the analytical study and in the verification of the proposed analytical model. As well as obtaining characteristic failure surface geometry, 1g small scale experiments were performed to examine the effect of heel length, foundation thickness, density and active state conditions on the failure surface geometry. In the experimental study, failure surfaces were determined using image analysis technique. In analytical part of the study, it is supposed that the earth thrusts acting on three different parts of the wall considering characteristic failure surface geometry, obtained from the experimental study.  The earth thrust coefficient formulas were derived for each region based on backfill inclination, surcharge load, heel length and foundation thickness coefficient, internal friction angle, wallbackfill friction and failure surface inclination parameters and also horizontal and vertical seismic coefficients for dynamic case. In order to make thrust maximization, an algorithm was developed using the derived thrust formulation. Within the scope of the algorithm, backfill and wall dimension parameters were entered into the program as a constant and inclination of failure surfaces, earth thrust coefficients for each region and maximum lateral earth thrust coefficient were obtained as output.  As a result of experimental study, it was seen that the failure surface geometry occurred behind the wall differs from the literature. Besides that, it was observed that the failure surfaces geometry occurred behind the wall with short heel is accordant with the suggestions in the literature. On the other hand, failure surface occur behind the wall with long heel is scattered. As a result of both numerical and experimental studies, it was determined that the short heel case depends on not only on heel length but also foundation thickness and internal friction angle parameters.