Zemin çivili duvarların sayısal analizi
Numerical simulations of soil nail walls
Yazar: DUYGU ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. SEMET ÇELİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Amaç: Günümüzde şehirleşmenin artmasıyla birlikte, yüksek yapıların inşasına olan talep ve daha fazla bodrum katına izin vermek amacıyla derin kazılara başvurulur. Derin kazılarda birçok iksa sistemi kullanılır. En çok tercih edilen iksa yöntemlerinden biri zemin çivili duvar yöntemidir. Bu tez çalışmasında, zemin çivili duvarların sayısal analizinde Mohr-Coulomb (MC), Pekleşen Zemin (HS) ve Pekleşen Zemin Küçük Birim Deformasyon (HS_ss) zemin modellerinin karşılaştırılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Bu tez çalışmasında, 10 metre derinliğinde zemin çivili duvar tasarlanmıştır. Üç vaka (sürşarj ve yeraltı suyu yok, sürşarj var ve yeraltı suyu yok, yeraltı suyu var ve sürşarj yok)  üç zemin modeli (MC, HS ve HS_ss) dikkate alınarak zemin çivili duvarın sayısal simülasyonları yapılmış ve stabilite, maksimum yatay yer değiştirmeler, maksimum düşey yer değiştirmeler, çivilerdeki eksenel kuvvetler belirlenmiş ve plastik noktalar gözlenmiştir.
Bulgular:  MC, HS ve HS_ss zemin modellerinden elde edilen güvenlik sayılarının her üç vakada da birbirine yakın çıktığı görülmüştür. Gelişmiş zemin modelleri kullanımının, zemin çivili duvarının genel stabilitesi üzerinde ihmal edilebilir bir etkisi olduğu görülmüştür. Sürşarj yükü eklenmesi veya yeraltı suyu olması durumlarında güvenlik sayıları sürşarj yükü ve yeraltı suyu olmayan duruma göre azalmıştır. Tüm vakalarda maksimum düşey yer değiştirmeler en yüksek MC zemin modelinden elde edilmiştir. HS ve HS_ss gelişmiş zemin modellerinden elde edilen maksimum düşey yer değiştirmeler birbirine yakın çıkmıştır. Tüm vakalarda kazı derinliği arttıkça yanal yer değiştirmeler de artmıştır. Tüm vakalarda, inşaat aşamasının %60'ına kadar MC modeli tarafından hesaplanan zemin çivili duvarın maksimum yanal yer değiştirmelerinin HS-modeli ve HS_ss modellerinden hesaplanan değerlerden daha yüksek olduğu, inşaat aşamasının %60'ından sonra ise MC zemin modelinden elde edilen yanal yer değiştirmelerin  HS ve HS_ss zemin modellerinden elde edilen yanal yer değiştirmelerden daha düşük çıktığı görülmüştür. MC modelinden elde edilen tüm çivilerdeki maksimum eksenel çekme kuvvetleri HS ve HS_ss modellerinden elde edilen maksimum eksenel çekme kuvvetlerinden çok az düşük çıkmıştır. HS ve HS_ss zemin modellerinden elde edilen maksimum eksenel çekme kuvvetleri birbirine yakın çıkmıştır.
Sonuç: Tüm vakalarda yapılan analizler sonucunda, uygun model parametrelerin seçiminin önemi ve gelişmiş zemin modellerindeki hesaplama süresi dikkate alındığında, yanal yer değiştirmelerin önemli olmadığı pratik uygulamalarda MC zemin modelinin kullanılması uygun görülmüştür. Zemin çivi duvarın çok küçük yanal deplasmanlarının stabilite ve deformasyon durumlarını etkilediği durumlarda, gelişmiş zemin modellerinin kullanımının gerekli olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Purpose: With the increasing urbanization in today's world, deep excavations are employed to allow for the construction of high-rise buildings and to permit more basement levels. Various bracing systems are used in deep excavations. One of the most preferred excavation methods is the soil nailing wall method. This thesis aims to compare the Mohr-Coulomb, Hardening Soil, and Hardening Soil Small Strain soil models in the numerical analysis of the soil nailing walls.
Method: This thesis carries out analyses of soil nail walls for a vertical-faced soil with a height of 10m, under surcharge loading and groundwater conditions. In all three analyses, numerical simulations of the soil nail wall were performed, taking into account the Mohr-Coulomb, Hardening Soil, and Hardening Soil Small Strain soil models, and stability, maximum horizontal displacements, maximum vertical displacements, and axial forces in the nails were determined, and plastic points were observed.
Findings: It has been observed that the safety factors obtained from the MC, HS, and HS_ss soil models were close to each other in all three cases. The use of advanced soil models has been found to have a negligible effect on the overall stability of the soil nail wall. The safety factors decreased when surcharge loading or groundwater conditions were added compared to the condition without surcharge loading and groundwater. In all cases, the maximum vertical displacements were obtained from the MC soil model. The maximum vertical displacements obtained from the advanced HS and HS_ss soil models were close to each other. In all cases, the lateral displacements increased as the excavation depth increased. It has been observed that, up to 60% of the construction stage, the maximum lateral displacements of the soil nail wall calculated by the MC model were higher than the values calculated by the HS and HS_ss models, while after 60% of the construction stage, the lateral displacements obtained from the MC soil model were lower than those obtained from the HS and HS_ss soil models. The maximum axial tensile forces in all nails obtained from the MC model were slightly lower than the maximum axial tensile forces obtained from the HS and HS_ss models. The maximum axial tensile forces obtained from the advanced HS and HS_ss soil models were close to each other.
Results: Based on the results of the analyses conducted in all cases, it was deemed appropriate to use the MC model in practical applications, considering the importance of selecting appropriate model parameters and the calculation time in advanced soil models where lateral displacements are not important. However, it was concluded that the use of advanced soil models is necessary in cases where the stability and deformation conditions of the soil-nailed wall are affected by very small lateral displacements.