Kohezyonsuz zemine oturan kare temellerde taşıma gücünün ve zemin kütlesindeki yanal gerilmelerin deneysel ve nümerik analizi
Experimental and numerical analysis of bearing capacity and lateral pressures under square foundation resting on sand
Yazar: DAMLA KÜÇÜKAY
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN SUHA AKSOY
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geoteknik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, farklı rölatif sıkılıklarda hazırlanmış kum zemin üzerine oturan farklı boyuttaki kare kesitli radye temeller modellenmiştir. Model temellerin düşey statik yüklenmesi neticesinde, temellerin göçme anındaki oturma değerleri ve taşıyabileceği maksimum yükler belirlenmiştir. Bu amaçla, dört farklı rölatif sıkılıkta hazırlanmış kum zemine oturan üç farklı boyutta kare temellerin taşıma gücü ve zemin kütlesi içerisinde oluşan yanal gerilmeler, laboratuvar ortamında model deneyleri ile belirlenmiştir. Model temelin düşey yüklenmesi sonucu oluşan yanal gerilme artışları deney tankının cidarına yerleştirilen basınçölçerler (transdüser) yardımıyla ölçülmüştür. Düşey yükleme sonucunda model temellerin taşıma gücü, oturma değerleri ve kum zemin içerisinde meydana gelen yanal gerilme artışları hem mevcut teorik yöntemler ile hem de sonlu eleman yaklaşımı ile tahmin edilmiştir.
Model deneyler, Fırat Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Geoteknik Laboratuvarı'nda bulunan 75x75x100 cm boyutlarındaki dikdörtgen kesitli bir kum tankı içerisinde gerçekleştirilmiştir. %10, %40, %65 ve %90 değerlerinde dört farklı rölatif sıkılıkta hazırlanan kum zemin üzerine yerleştirilen (B=8cm, B=12cm, B=16cm) boyutlarındaki üç farklı kare kesitli temeller üzerinde, yükleme hızı 1.00-1.50 mm/dk arasında olan hidrolik sistem ile statik yüklemeler yapılmıştır. Tank cidarına, temel tabanı yüzeyinden itibaren 10'ar cm ara ile yerleştirilen basınçölçerler yardımıyla 5 farklı derinlikte (h1 = 10cm, h2 = 2h1, h3 = 3h1, h4 =4h1, h5 = 5h1) yanal gerilmeler ölçülmüştür. Gerçekleştirilen deneylerde temellerin taşıdığı maksimum yükler, göçmenin meydana geldiği andaki oturmalar ve zemin içerisinde farklı derinliklerdeki yanal gerilme artışları belirlenmiştir. 
Deneysel çalışmalardan elde edilen veriler, mevcut teorik yöntemlere dayalı yapılan hesaplamalarla kıyaslanmıştır. Bununla birlikte, deneysel ve teorik sonuçlar PLAXIS 3D programı ile sonlu eleman yöntemi yaklaşımına dayalı yapılan analiz sonuçlarıyla kıyaslanmıştır. Model deneylerin gerçekleştiği ortam geometrisi ve zeminin farklı rölatif sıkılık değerleri dikkate alınarak gerilme değerlerinin belirlenmesi için STATISTICA 6.0 programı ile istatistiksel analiz yapılmıştır. Kare bir temel altındaki yanal gerilme değerleri belirli bir yaklaşımla tahmin edilmiş ve buna bağlı olarak bir eşitlik sunulmuştur.
Yapılan deneyler sonucunda model radye temellerin tümünde rölatif sıkılık arttıkça taşıma gücünün arttığı, buna bağlı olarak oturma değerlerinin azaldığı görülmüştür. Tank cidarındaki basınç gerilmeleri B=8cm'lik temelde, başlangıçta temele yakın olan ilk 20cm'de artış göstermiş, sonraki derinliklerde giderek azalmış ve 50 cm derinlikte minimum değere ulaştığı görülmüştür. B=12cm ve B=16cm'lik temellerde 30 cm derinlikte maksimum değere ulaştıktan sonra azalmaya başladığı gözlenmiştir. Zemin kütlesi içerisinde oluşan yanal gerilmeler Giroud'un geliştirdiği yanal gerilme hesaplama yönteminden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Yüksek sıkılıklarda ve büyük temel boyutlarında yanal gerilmelerin Giroud'la uyumlu olduğu görülmüştür. Plaxis değerleri oldukça yüksek sonuçlar verdiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Kare Temel, Model Deneyleri, Yanal Gerilme, Oturma, Rölatif Sıkılık, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Taşıma Gücü, Regrasyon Analizi

Abstract:
In this study, square sized raft foundations of different sizes are modeled on sand prepared in different relative densities. As a result of the vertical static loading of the model foundations, the settlement values of the foundations at the time of failure and the maximum loads they can bear are determined. For this purpose, the bearing capacity of the foundations of three different sizes on the sand mass prepared at four different relative densities and the lateral stresses on the soil are determined by the model tests in the laboratory. The lateral stress increases resulting from the vertical loading of the model foundation are measured by pressure transducers placed on the wall of the test tank. As a result of vertical loading, the bearing capacity of the model foundations, settlement values and lateral stress increases occurring in the sand mass are estimated by both the existing theoretical methods and the finite element approach.
Model experiments are carried out in a 75x75x100 cm rectangular cross-sectioned sand tank in the Geotechnical Laboratory of Fırat University Civil Engineering Department. Sand soil are prepared at 10%, 40%, 65% and 90% values of different relative densities. Three different square cross-section foundations (B = 8cm, B = 12cm, B = 16cm) loaded by using a hydraulic system. Vertical loads which loading rate is equal to 1.00-1.50 mm / min are applied on the foundations.
Lateral stresses are measured at 5 different depths (h1 = 10cm, h2 = 2h1, h3 = 3h1, h4 = 4h1, h5 = 5h1) by means of pressure transducers placed 10 cm apart from the bottom of the foundation. In the experiments carried out, the maximum bearing capacity by the foundations, the settlements at the time the failure occurred and the lateral stress increases at different depths in the soil mass are determined.
The data obtained from the experimental study is compared with the calculations based on the existing theoretical methods. However, the experimental and theoretical results are compared with the analysis results based on the finite element method approach with PLAXIS 3D program. Statistical analysis is performed with STATISTICA 6.0 program to determine the stress values considering the tank geometry where the model experiments took place and the different relative density values of the soil. The lateral stress values estimated approximately equal to the test values by using statistical approach and an equation presented accordingly. As a result of the experiments, it was seen that the relative density of the sand soil increases as the bearing capacity increases and the settlement values decreases accordingly. For the B = 8cm foundation, pressures in the tank wall increases at first 20cm, gradually decreases at later depths, and reached a minimum value at 50cm. For B = 12cm and B = 16cm foundations, pressures in the tank wall increases at first 30cm gradually decreases at later depths, and reached a minimum value at 50cm.The lateral stresses in the soil mass are compared with the results obtained from Giroud's lateral stress calculation method. Lateral stresses with high densities and large foundations are found to be compatible with Giroud's method. When compared with the test results, Plaxis values were found to be quite high.

Keywords: Square Foundation, Model Experiments, Lateral Stress, Relative Density, Settlement, Finite Element Method, Bearing Capacity, Regression Analysis