Çelik cürufu ile imal edilen taş kolonların sayısal analizi
Numerical analysis of stone columns made with steel slag
Yazar: SACİT SARIMURAT
Danışman: PROF. DR. SEYHAN FIRAT ; DOÇ. DR. HACI ERCAN TAŞAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Zemin sıvılaşması = Soil liquefaction

Özet:
Sıvılaşma kaynaklı hasarları önlemede en etkin çözümlerden biri taş kolon uygulamalarıdır. Zemin iyileştirme amacıyla uygulanan taş kolon uygulamalarında hem zeminlerin drenaj kapasitesi hem de rölatif sıkılıkları arttırılmaktadır. Böylece dinamik yükler altında oluşan aşırı boşluk suyu basıncı azalmakta ve sıvılaşma nedeniyle oluşan hasarlar en aza indirilmektedir. İnşaat Mühendisliği'nde yaygın bir şekilde kullanılan sonlu elemanlar yönteminde zemin davranışı ileri düzey zemin modelleri kullanılarak modellenebilmekte, zeminde oluşan deformasyonlarla gerilme dağılımları daha gerçekçi olarak belirlenebilmektedir. Sonlu elemanlar yöntemiyle yapılmış olan bu çalışmada yapılan analizlerde dinamik yüklemeler altında boşluk suyu basıncı oluşumlarını görebilmek için hipoplastik malzeme modeli kullanılmıştır. Ancak ANSYS sonlu elemanlar programında tanımlı olmayan bu modelin kullanımına olanak sağlanması için programa üç boyutlu iki fazlı bir eleman (u20p8) tanımlanmıştır. Geliştirilen bu eleman için iki fazlı model temel alınmıştır. Çalışmada taş kolon malzemesine alternatif olarak, bazik oksijen fırınlarından (BOF) elde edilen, çelik üretim işlemi atık malzemelerinden olan, çelik cürufu kullanılmıştır. Çelik cürufu, erimiş demirin istenmeyen elementlerden arındırılması sırasında çelik üretim sürecinde elde edilen çelik fabrikalarının yan ürünlerinden biridir. Çelik cürufu kolonların dinamik yükler altında zeminlerdeki sıvılaşmayı önleyici etkisi incelenmiş ve yapılan analizlerde performanslarının taş kolonlara nazaran bir miktar daha düşük olmasına rağmen uygun tasarımlar elde edilerek kullanılması durumunda alternatif olarak kullanılabileceği görülmüştür. Ayrıca taş ve çelik cüruf kolonlar için parametrik analizler yapılarak alan oranı, hidrolik iletkenlik ve rölatif sıkılık gibi parametrelerin performanslarını arttırdığı tespit edilmiştir. Bu çalışmayla, doğada atıl olarak istiflenen çelik cürufları için yeni bir kullanım alanı açılarak endüstriyel atıkların geri dönüşümüne katkıda bulunulması hedeflenmiştir.

Abstract:
One of the most effective solutions to prevent liquefaction-induced damage is stone column applications. With stone column applications both the drainage capacity and the relative density of the soils increase. Thus, excessive pore water pressure created under dynamic loads is reduced and damage caused by liquefaction is minimized. In the finite element method, which is widely used in Civil Engineering, soil behavior can be modeled by using advanced soil models, and stress distributions can be determined more realistically with the deformations in the soil. The hypoplastic material model was used to see pore water pressure formations under dynamic loads in the analyzes performed in this study. However, a three-dimensional two-phase element (u20p8) has been defined in the program to enable the use of this model, which is not defined in the ANSYS program. In the study, steel slag obtained from basic oxygen furnaces (BOF), which is one of the waste materials of the steel production process, was used as an alternative for the stone column material. It is one of the by-products of steel mills obtained in the steel production process during the purification of molten iron from unwanted elements. The effect of steel slag columns to prevent liquefaction in soils under dynamic loads has been investigated and it has been observed that although the performance of them is slightly lower than that of stone columns, they can be used as an alternative if appropriate designs are obtained and used. In addition, by performing parametric analysis for stone and steel slag columns, it has been determined that parameters such as area ratio, hydraulic conductivity and relative density increase their performance. With this study, it is aimed to contribute to the recycling of steel slags by opening a new area of using for them.