Geocell ile güçlendirilmiş temellerin eksantrik yükleme altındaki davranışının incelenmesi
Investigation of eccentrically loaded footing on geocell reinforced soil
Yazar: SARPER DEMİRDÖĞEN
Danışman: PROF. DR. AYHAN GÜRBÜZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Artan nüfus ile hızlanan kentleşme süreci, beraberinde düşük kayma mukavemetine sahip problemli zeminlerde yapılaşmayı kaçınılmaz hale getirmiştir. Bu durum, yapılara temel oluşturan zeminlerde aşırı oturma veya taşıma gücü sorunlarının oluşmasına neden olmuştur. Bu tür zeminlerin güçlendirilmesinde popülerlik kazanan ancak hala gelişmekte olan bal peteği formundaki geocell sistemleri de kullanılmaktadır; ancak bu sistemlerin çalışma mekanizması ve faydaları hala tam olarak anlaşılamamıştır. Bu çalışmada geocell ile güçlendirilmiş zeminlere oturan temel sistemlerinin yenilme mekanizmaları, yükoturma performansları, taşıma gücü ve deformasyon davranışları birçok değişken parametre altında kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Geocell malzeme modülünün ve yüksekliğinin artışı, zeminlerin taşıma gücünün artmasında önemli rol oynamıştır. Ayrıca deneysel çalışmalarda sıkı kumlarda gevşek kumlara kıyasla daha yüksek iyileştirme faktörleri ve daha düşük oturma değerleri elde edilmiştir. Geocell ile güçlendirilmiş zeminler üzerinde yapılan basınç-oturma deneylerinde, geleneksel nihai taşıma gücü yorumlama yöntemlerinin eksiklikleri görülmüş ve bu bağlamda geocell sistemlerine özel yeni bir yaklaşım önerilmiştir. Çalışmanın önemli yanlarından biri de üç boyutlu yazıcı teknolojisinin ölçeklendirme amacıyla kullanılmasıdır. Bu teknoloji geocellerin hem geometrik hem de malzeme özellikleri açısından ölçeklendirilmesine olanak tanımış; dolayısıyla ölçek etkilerinin deneylerde doğru bir şekilde temsil edilmesi sağlanmıştır. Bu yöntemle yapılan küçük ölçekli deney sonuçları, literatürdeki büyük ölçekli deneylerle uyumlu sonuçlar vererek geocell sistemlerinin davranışının ölçek yasasına uygun olacak şekilde üç boyutlu basım ile ölçeklendirilebileceğini göstermiştir. Çalışma kapsamında geocell ile güçlendirilmiş temellerin nihai taşıma gücünü tahmin etmek için de yeni bir yarı-görgül yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem, çeşitli araştırmacılar tarafından gerçekleştirilen laboratuvar deneyleri ile doğrulanmış ve kumlu zeminlere oturan temellerde güvenilir sonuçlar vermiştir. Mevcut hesaplama yöntemleri ise geocell ile güçlendirilmiş zeminlerin basınç-oturma tepkilerini tam olarak yansıtamamakta ve çoğunlukla güçlendirilmemiş zemin verilerine dayanmaktadır. Son olarak bu çalışmada önerilen yöntemlerin saha uygulamalarına yönelik çıkarımları yapılmış ve gelecekteki çalışmalar için araştırma önerileri sunulmuştur.

Abstract:
Rapid urbanization has made the construction of structures on problematic soils with low shear strength inevitable, leading to issues such as excessive settlement and bearing capacity failures. Honeycomb-shaped geocell systems, which are gaining popularity but are still a developing technology, are used to reinforce such soils; however, the working mechanism and benefits of geocell reinforcement systems are still not fully understood. In this study, the failure mechanisms, load-settlement performance, bearing capacity, and deformation behaviors of foundations on geocell-reinforced soils have been comprehensively examined under various parameters. It has been observed that increasing the modulus and height of geocells plays a significant role in improving bearing capacity. Additionally, in the experimental studies, higher improvement factors and lower settlement values were obtained in dense sands compared to loose sands. In the load-settlement tests conducted on geocell-reinforced soils, the shortcomings of conventional bearing capacity estimation methods were identified, and a new approach specific to geocell systems has been proposed. One of the key aspects of this study is the use of 3D printing technology for scaling purposes. This technology has allowed the scaling of geocells in terms of both geometric and material properties, ensuring that scale effects are accurately represented in experiments. The small-scale experiments conducted with this method have provided results consistent with large-scale experiments in the literature, demonstrating that the behavior of geocell systems can be scaled appropriately using 3D printing. As part of this study, a new semi-empirical method has been developed to estimate the ultimate bearing capacity of geocell-reinforced foundations. This method has been validated through laboratory experiments conducted by various researchers and has yielded reliable results for foundations on sandy soils. However, current calculation methods do not fully capture the load-settlement response of geocell-reinforced soils and are mostly based on data from unreinforced soils. Finally, the study has made conclusions regarding the application of the proposed methods in the field and has provided suggestions for future research.