Kazıklı radye temellerin tasarımı
Design of piled raft foundations
Yazar: SEBAHAT GÖK
Danışman: PROF. ERGÜN TOĞROL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Bölümü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Santrifüj = Centrifugation ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Kazık grupları, yapısal yükün tamamının kazıklar tarafından taşındığı kabulüne göre projelendirilmektedir. Fakat radyenin zemine doğrudan temas ettiği hallerde yük, radye ve kazıklar arasında paylaşılarak zemine aktarılır. Temel sisteminin tasarımında radye tarafından zemine aktarılan yük göz önüne alınırsa gerekli olan kazık sayısında azalma ve dolayısıyla temel maliyetinde önemli ölçüde tasarruf elde edilir.Bu tez çalışmasında, kazıklı radye temellerin davranışını incelemek ve tasarımda ilk aşamada kullanılabilecek basit bir hesap yöntemi geliştirmek hedeflenmiştir. Bu amaçla model deneylerinden ve bilgisayar analizlerinden faydalanılmıştır.Kiriş santrifüjde yapılan fiziksel model deneyleri, Batı Avusturalya Üniversitesi'nde (UWA) gerçekleştirilmiştir. Taşıyıcı temel zemini ile temas eden radyenin, sistemin taşıma gücüne etkisi ilk grup deneylerin konusunu oluşturmuş, kazık grubu ve kazıklı radye temelin yük-oturma davranışı irdelenmiştir. Bu amaçla 3x3 ve 7x7 kazıktan oluşan sistemler hem kazıklı temel (radyenin zemin ile teması yok), hem de kazıklı radye (radye zemin ile temas etmekte) olarak yüklenmiş ve yük-oturma davranışları izlenmiştir. Deney sonuçlarında radyenin zeminle temasından itibaren sistemin yük taşıma kapasitesinde gözle görülür bir artış meydana geldiği görülmüştür. İkinci grup deneylerde ise, göçmeye karşı güvenlikli, ancak oturmaları kabul edilebilir değerleri aşan radye temelin merkez bölgesine yerleştirilecek kazıkların, radyenin davranışına etkisi ele alınmış ve kazıkların radyedeki farklı oturmaları azaltıcı etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, sistemin optimum tasarımı için gereken etkin minimum kazık boyunun belirlenmesi önemlidir. Etkin kazık boyunu bulabilmek için, kazık uzunlukları değiştirilerek, 3x3 ve 5x5 kazıktan oluşan kazıklı radye temellerin oturma davranışı ele alınmıştır. Sistem, radyenin emniyetli taşıma gücü değerinde yüklenmiş ve bu yük altında radyenin köşe, merkez ve kenar orta noktalarındaki oturma değerleri ölçülmüştür.Tez çalışmasında başlangıç aşamasında kullanılabilek basit bir hesap yöntemi önerilmiştir. Önerilen hesap yönteminde, yapı yükünün, radye ve kazıklar tarafından paylaşılarak taşınacağı kabul edilmekte, yük paylaşım oranına göre radyenin ve kazık grubunun oturmaları ayrı ayrı hesaplanmaktadır. Öncelikle radye tek başına (Pk/Pkr=0) ele alınır ve taşıyıcı zeminin özelliklerine bağlı olarak oturma miktarı bulunur. Daha sonra, yükün tamamının kazıklar tarafından taşındığı (Pk/Pkr=1) kabul edilerek kazık grubunun ne kadar oturacağı hesaplanır. Hesaba yükün farklı oranlarda radye ve kazık grubu tarafından taşınması hallerinde oturmalar bulunarak devam edilir. Çeşitli Pk/Pkr oranları için elde edilen oturma miktarları karşılaştırılarak, radye ve kazık grubunun oturmalarının eşit olduğu yük paylaşım oranı belirlenir. Bu durumda her iki sistem birlikte çalışacaktır. Elde edilen sonuç, bir yandan oturma miktarını vermekte, öte yandan kazık boyunun belirlenmesini sağlamaktadır.Önerilen hesap yöntemi örnek çözümlere ve santrifüj modellerine uygulanmış, sonuçları literatürde mevcut diğer yöntemlerle ve Plaxis 3D Foundation ileri sonlu eleman yazılımı ile tahkik edilmiştir. Örnek 1 ve 2'nin tahkikinde kullanılan eşdeğer ayak, oturma oranı ve etkileşim faktörleri metotları ile elde edilen değerler önerilen basit hesap yönteminin sonuçları ile uyumludur. Santrifüj deneylerinde, diğer araştırmacılar tarafından optimum tasarım için yapılan önerilere yakın değerler için benzer sonuçlar elde edilmiştir. Yöntem ayrıca ileri sayısal analiz metodu Plaxis 3D Foundation yazılımıyla da uyumlu sonuçlar vermiştir.

Abstract:
In conventional methods, piles are designed to withstand the total applied load. However, when the raft is in direct contact with the underlying soil, the load is transferred to the supporting soil partly by the raft and partly by the piles. The design of the foundation may be optimised by incorporating the load bearing capacity of the raft and major economies can be obtained in piling cost.The present research aims to study the load-settlement behaviour of pile groups and piled raft foundations and to propose a simplified analysis method for the preliminary design stage of piled rafts.Models tests were performed at the University of Western Australia, Perth. The first series aimed to obtain the effect of the raft, contacting directly with the underlying soil, on the load capacity of the foundation system. The load-settlement behaviour of similar pile groups and piled rafts were examined. Systems of 3x3 and 7x7 piles were loaded as a pile group (the cap is clear from the soil) and a pile raft (the cap is in direct contact with the soil). From the tests results, it is clearly seen that there is a remarkable increase in load capacity of the system when the cap starts to contact with the supporting soil. In the second series of model tests, the key questions to be addressed are whether a central pile group is effective at reducing differential settlements of a raft which has an adequate bearing capacity, and what is the effective pile length for the optimum design of piled raft foundations. To find the effective pile length, piled rafts of consisting of 3x3 and 5x5 piles, with different pile length for every system, were loaded. The service load was equal to the allowable load of the raft and differential settlements were measured at three points (center, corner, and mid-edge). The model tests are checked with th ePlaxis 3D Foundation computer programme.The present research proposes a simplified design method of the piled rafts. In the proposed method, settlements of the raft and the pile group are separately calculated, employing the classical formula. The length of piles is determined by considering that the stress at the equivalent raft level is equal or smaller than 20 per cent of the geological stress. Than simple diagram is drawn to determine the load shearing value for settlements of raft and pile group becomes equal.The simplified method results are consistent with the other methods (equivalent raft, equivalent pier, settlement ratio, interaction methods and Plaxis 3D Foundation