Zemin çivili destekleme sistemlerinin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Finite element method analysis of support system of soil nailing
Yazar: NAZİFE NİLAY AĞCAABAT
Danışman: PROF. DR. MEHMET MUHİT BERİLGEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Zemin çivileri şevlerin stabilitesini artırmak için tüm dünyada yaygın olarak kullanılan yerinde iyileştirme yöntemlerinden biridir. Günümüzde zemin çivilerinin tasarımında yerel ve genel stabilite analizleri yapılmaktadır. Stabilite analizleri limit dengeye dayalı zemin şev analizleri yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde ortamdaki yer değiştirme ve şekil değiştirmeler hesaplanamadığından zemin çivili kazılarda duvar ve çevredeki yapılardaki yer değiştirmelerin hesaplanmasında çoğunlukla sonlu elemanlar, sonlu farklar veya başka bir sayısal analiz yöntemi kullanılması yoluna gidilmektedir. Bu sayısal analiz yöntemleri ile gerçekleştirilen tasarımlarda zeminin yük altında doğrusal olmayan davranışı, kazı inşa adımları ve yapısal elemanlarda zemin/yapı etkileşimi dikkate alındığından tasarımlar diğer analiz yöntemlerine göre daha güvenli ve ekonomik olabilir. Ancak sayısal analizler ile stabilite analizlerindeki sınanmışlık eksikliği gözönünde bulundurulduğunda sayısal analizlerin kullanımını yaygınlaştırmak için farklı zemin koşulları ve geometriye sahip zemin çivisi tasarımlarının analizlerinin yapılarak arazi gözlemleri ile karşılaştırılmasına ihtiyaç bulunmaktadır.  Bu ihtiyaçtan yola çıkılarak bu tez çalışmasında zemin çivili bir duvarın sayısal analizleri yapılarak arazi gözlemleri ile karşılaştırılmıştır. Bu kapsamda zemin çivilerinin stabilitesinin araştırıldığı Fransa'da yapılmış Clouterre 1991 Projesi kapsamında gerçekleştirilen 1:1 ölçekli zemin çivili bir duvarın sayısal analizleri yapılarak arazi ölçümleri ile karşılaştırılmıştır. Yapılan iki boyutlu gerilme şekil değiştirme analizleri Plaxis ticari yazılımı ile yapılmış olup zemin çivisi elemanları yazılımın bünyesindeki geogrid (çekme levhası), plak ve gömülü kiriş elemanlar ile modellerek analiz sonuçları deneylerde alınan ölçümler ile karşılaştırılmıştır. Stabilite tahkiklerininde yapıldığı bu analizlerde elde edilen güvenlik sayıları limit dengeye dayalı dilim yöntemi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Limit dengeye dayalı klasik şev stabilite analizleri Clouterre projeleri ile geliştirilen TALREN yazılımı ile gerçekleştirilmiştir.  Yapılan bu analizler sonucunda yer değiştirmelerin arazi ölçümlerine yakın olduğu ve PLAXİS 2D'de çivi için kullanılan plak, geogid ve gömülü sıra kiriş sonlu elemanlarında hesaplanan normal ve sürtünme kuvvetlerinin birbirleriyle ve arazi ölçümleri ile uyumlu olduğu görülmekle birlikte gömülü sıra kiriş elemanlardakilerin arazi ölçümlerine daha yakın çıktığı gözlenmiştir. Diğer yandan stabilite analizlerinde sonlu elemanlar yöntemi ile farklı çivi elemanlar için elde edilen güvenlik sayısı biribirleri ile ve limit dengeye dayalı Basitleştirilmiş Bishop ile yapılanlar ile uyumlu çıkmıştır.

Abstract:
Soil nailing is one of the widely used methods of site improvement to slope stability in all over the world. Nowadays, local and global stability analyses are conducted in the design of soil nails. Soil slope stability analysis based on the limit equilibrium methods are used in these analyses. In this method, displacements and deformations of the soil cannot be calculated. Therefore generally, finite element, finite difference method is used or any other actions are taken to numerical analysis in the calculation of the displacement of the excavation with soil nailing walls and in the surrounding structures. Nonlinear behavior, excavation and construction steps in the structural elements ground / structure interaction is taken into account in designs which are made with this numerical analysis.  These designs can be safer and more economical compared to other analysis methods. However, stability analyses with numerical analysis lack proven testable results. Hence there is a need for comparison with field observations to promote the use of numerical analysis in the soil nail designs which have different ground conditions and geometry. Starting with the need, numerical analysis of soil nailed wall is compared with field observations in this thesis. In this context, numerical analysis of the Clouterre 1991 Project (France) which investigates the stability of the 1: 1 scale soil nail wall is compared with field measurements. Analysis of two dimensional stress deformations carried out using commercial software Plaxis. Soil nails elements are modeled with geogrid (drawing board) , plate, embedded beam rows which are embedded in the software. Then analysis results are compared with the measurements obtained in the experiments. Safety factor obtained in these analyses which includes stability verification is compared with the results based on the limit equilibrium slice method. Based on the limit equilibrium classical slope stability analyzes are conducted with TALREN which is a software developed by Clouterre projects. As a result of these analyzes, field measurements of displacement are close with analyzed ones. It is seen that calculated normal and friction forces of geogrid, plate, embedded beam rows which are used for nails in PLAXİS 2D, is consistent with each other and field measurements. It is also observed that values in the embedded beam rows are closer to in the field measurements. On the other hand, security numbers obtained for each different soil nail element in the finite element method of stability analysis is consistent. It is also consistent with those made by Simplified Bishop.