Şev kazıklarında zemin-yapı etkileşiminin analizlerle incelenmesi
Analysis of soil-structure interaction in slope piles by analysis
Yazar: CANSU SARI
Danışman: PROF. DR. MEHMET MUHİT BERİLGEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Şevler doğal yamaçlar ve insan eliyle oluşturulmuş yarma ve dolguların eğimli yüzeyleridir. Kütle kuvvetlerinin yerçekimi doğrultusundan farklı bileşeni olması bu yüzeylerin duraylılığını bir mühendislik problemi olarak karşımıza çıkarmaktadır.  İnsanoğlu, endüstrileşme çağında geliştirilen demiryolları ve karayolları ile maden çalışmaları kapsamında şevlerin duraylılığının önemli olduğunu can kayıpları ve maddi kayıplarla karşılaştığı heyelanlarla öğrenmiştir. Heyelan bir şevin duraylılığını yitirmesi ile şevi oluşturan jeolojik birimin kütlesinin hareket geçmesi durumudur. Heyelanlar kaotik bir durum oluşturabilen doğa olaylarından olup büyüklüğü ve oluşturduğu zarar göre afet olarak kabul edilmektedir.  Bu bağlamda doğal şevlerin duraylılığının belirlenmesi ve yarma veya dolgu şevlerinin güvenli ve ekonomik tasarımını gerçekleştirmek geoteknik mühendisliğinin önemli problemlerinden birisi olmuştur. Şevlerin duraylılığını sağlamak için geoteknikte başvurulan çok sayıda yöntem bulunmaktadır. Bu yöntemlerden birisi şevlerin içinde kazıklar inşa ederek duraylılığının artırılmasıdır. Bu yöntemin uygulamasında hedeflenen şev duraylılığını sağlayabilen kazık tasarımının yapılması beklenir. Bu tasarımda şevin duraylılığını sağlayacak kuvvetin kazık tarafından sağlanması ve kazığa şev kütlesinden aktarılan kuvvetin kazığın taşıma kapasitesini aşmaması beklenir. Zemin ve kazık arasındaki etkileşimin oluşturduğu bu ortak kuvvetin değerini belirlemek tasarımın esasını oluşturur. Zemin-yapı etkileşimi problemlerinden biri olan bu probleminin çözümü oldukça karmaşık olup pratikte kazık tasarımı için kuvvet ve yer değiştirmeye dayalı çözümler geliştirilmiştir. Kuvvete dayalı analizlerde şev stabilite (duraylılık) analizi ve kazık analizi ayrı yapılırken yer değiştirmeye dayalı analizlerde bütünleşik analizler yapılabilmektedir. Bu tezde şev duraylılığının kazıklarla artırılması durumu için pratikte kullanılan 2 boyutlu analizlere dayalı yaklaşımlar ile şev-kazık etkileşiminin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda kuvvete ve yer değiştirmeye dayalı ayrık ve bütünleşik analizler yapılmıştır. Ayrık analizlerde şev stabilite analizler TALREN yazılımı kullanılarak Basitleştirilmiş Bishop Yöntemi ile kazık eğilme ve kesme rijitliği dikkate alınarak hesaplanırken kazıklara gelen kuvvetler Ito-Matsui Yöntemi ile bulunmuştur. Yer değiştirmeye dayalı analizler ise bütünleşik ve ayrık yaklaşımla sonlu elemanlar yöntemi ile yapılmıştır. Ayrık ve bütünleşik yapılan sonlu elemanlar analizlerde Plaxis 2D yazılımı kullanılmış ve şev zemininin yük altında doğrusal olmayan şekil değiştirme davranışı dikkate alınmıştır.

Abstract:
Slopes are natural slopes and inclined surfaces of human cuts and fillings. The fact that mass forces are different components from the direction of gravity reveals the stability of these surfaces as an engineering problem. Human beings have learned that the stability of slopes is important within the scope of mining works with railways and highways developed in the age of industrialization, with landslides where they face loss of life and material losses. When a landslide slope loses its stability, the mass of the geological unit forming the slope takes action. Landslides are natural events that can create a chaotic situation and are considered disasters according to their size and damage. In this context, determining the stability of natural slopes and realizing the safe and economical design of cut or fill slopes has been one of the important problems of geotechnical engineering. There are many methods used in geotechnics to ensure the stability of slopes. One of these methods is to increase the stability by building piles in slopes. In the application of this method, it is expected that the pile design, which can provide the targeted slope stability, is made.
 In this design, it is expected that the force that will ensure the stability of the slope is provided by the pile and the force transferred from the slope mass to the pile does not exceed the carrying capacity of the pile. Determining the value of this common force created by the interaction between the ground and the pile forms the basis of the design. The solution of this problem, which is one of the ground-structure interaction problems, is quite complex and in practice, solutions based on force and displacement have been developed for pile design. In force-based analysis, slope stability (stability) analysis and pile analysis are performed separately, while in the analysis based on displacement, integrated analysis can be performed. In this thesis, it is aimed to investigate the approaches used in practice and the slope-excavation interaction and to increase the slope stability with piles. In this context, the approaches in the literature are made of decoupled and coupled analyzes based on force and displacement. In the decoupled analysis, the slope stability analysis was calculated by using the TALREN software with the Simplified Bishop Method, while the bending and shearing stiffness were calculated by considering the forces coming to the piles with the Ito-Matsui Method. On the other hand, analysis based on displacement was done by finite elements method with integrated and discrete approach. In decoupled and coupled finite element analysis, Plaxis 2D software was used and nonlinear strain behavior of slope ground under load was taken into account.