Geliştirilmiş geçirimsiz saydam laminer zemin konteyneri tasarımının mekanik özelliklerinin ve dinamik etki altında zemin deney numunesinin tasarımı
Design of the mechanical properties of the design of an developed impermeable transparent laminer soil contai̇ner and the design of the soil test sample under dynamic impact
Yazar: MEHMET ŞAMİL GÜNDÜZ
Danışman: DOÇ. DR. ESRA ECE BAYAT
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Geçirimsiz duvar = Impermeable wall ; Konteyner = Container ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Zemin mekaniği = Soil mechanics ; Zemin özellikleri = Soil properties

Özet:
Yapılan araştırmalar ve deprem konusunda mühendislerin tecrübeleri arttıkça deprem 
konsepti üzerine yapılan araştırmalar derinleşmiştir. 1989 Loma Prieta, 1994 
Northridge, 1995 Kobe depremleri sonrasında yerel zemin koşullarının önemi ile 
ilgili çalışmalar yoğunlaşmış ve günümüzde önemli bir konu haline gelmiştir. 
"Kum zeminde gömülü kazıkların deprem yükü altında yanal yük- yer değiştirme 
bağıntılarının geliştirilmesi" adlı TÜBİTAK projesi kapsamında laminer zemin 
konteyneri geliştirilmeye başlanmıştır. Zemin-yapı etkileşimi için mevcut zemin 
konteyner sistemlerinin karşılayamadığı yeni bir deney düzeneğinin tasarlanması 
amaçlanmıştır. 
Yürütülen tez çalışmasında deney düzeneği ve deneysel zemin numunesinin ön 
tasarımı yapılmıştır. Model deneylerinden elde edilen verilerle arazi zemin 
numunesinin davranışını temsil eden bir tasarım yapılabilmesi için ölçek faktörleri 
belirlenmiştir. Oluşturulan zemin modellerinin DeepSoil programıyla bir boyutlu yer 
tepki analizleri yapılmıştır. 
Yeni bir tasarım olan Geliştirilmiş Geçirimsiz Saydam Laminer Zemin 
Konteynerinin mekanik özelliklerinin ve dinamik yük altındaki davranışının 
incelenmesi için SolidWorks programında üç boyutlu modeli oluşturulmuştur. 
Laminer zemin konteynerinin hareket mekanizması üzerine yürütülen çalışmalar için 
üç farklı yaklaşımın incelendiği model çıktıları karşılaştırılmıştır. Elde edilen 
çıktılarla hareket mekanizmasına karar verilmesiyle birlikte zemin konteynerinde 
kullanılan laminer çerçeveler için tercih edilen pleksi-glas malzemenin dayanım 
yeterliliği, SolidWorks ve SAP2000 programlarında oluşturulan nümerik modellerle
incelenmiştir. Model deney düzeneğinde gerçekleştirilecek zemin-yapı etkileşimi 
analizleri için deney ekipmanları ve sensörleri modellenmiştir. 
Yapılan çalışma ve modellemelere göre deney düzeneğinin ön tasarım aşamasında 
laminer zemin konteynerinin 1.6m x 1.6m oturuma ve 1.6m yüksekliğe sahip 
olmasına karar verilmiştir. Orta sıkı rölatif sıkılığa sahip kum numunesinin 
parametreleri belirlenmiştir. Ölçek faktörleri kullanılarak oluşturulan zemin 
modellerinin dinamik yük altında bir boyutlu yer tepki analiz sonuçları 
karşılaştırılarak prototip ve deneysel zemin modellerinin yer değiştirme ve ivme 
sonuçları elde edilmiştir. Bir boyutlu yer tepki analiz sonuçlarına göre zemine ölçek 
faktörleri uygulansa bile dalga yayılımı nedeniyle zemin içerisinde ve yüzeyinde elde 
edilen verilerin formülize edilmek suretiyle tahmin edilemediği görülmüştür. 
Laminer zemin konteynerinde hareket mekanizması olarak rulmanların kullanılması 
durumunda hareketin rulmanlar tarafından sönümlendiği görülmüştür. Zeminin 
dinamik performansını kısıtlamayan ve gerçek saha koşullarına en yakın dinamik 
zemin performansını veren zemin konteyneri tasarımı için esnek birleştirici malzeme 
ve rulmanların beraber kullanıldığı yeni bir hareket mekanizması oluşturulmuştur. 
Pleksi-glas laminer çerçevelerinin kalınlığı için yapılan nümerik çalışma ve deneyler 
sonucunda 4 cm kalınlığa sahip pleksi-glas laminerlerin yeterli dayanıma sahip 
olduğu görülmüştür. Oluşturulan deney ekipmanlarının modelleri sayesinde kazık 
çapı ve üst yapı periyodunun zemin-yapı etkileşimindeki etkisi parametrik olarak 
çalışılabilir olmuştur. 
Elde edilen sonuçlar bir araya getirilerek yorumlandığında, özgün bir tasarım olan 
Geliştirilmiş Geçirimsiz Saydam Laminer Zemin Konteynerinin nihai tasarımı ortaya 
çıkarılmıştır. Bu çalışma ile birlikte deprem bölgesinde bulunan ülkemizde kum 
zemine gömülü kazıkların deprem yükü altında yanal yük- yer değiştirme 
bağıntılarının geliştirilmesi ve zemin-yapı etkileşimi üzerine çalışmalar yapılmasına 
imkan sağlanır.

Abstract:
As the engineers' research and experience with earthquakes increased, the research 
on the earthquake concept deepened. After the 1989 Loma Prieta, 1994 Northridge, 
and 1995 Kobe earthquakes, studies on the importance of local soil conditions have 
intensified and have become an important issue today.
The laminar soil container has been started to be developed within the scope of the 
TUBITAK project " Development of lateral load resistance-deflection curves for 
piles in sands under earthquake excitation ". It is aimed to design a new experimental 
setup for soil-structure interaction, which the existing soil container systems cannot 
meet.
The experimental setup and the experimental soil sample were pre-designed in the 
thesis study. Scale factors were determined to make a design that represents the 
behavior of the field soil sample with the data obtained from the model tests. Onedimensional ground response analyzes of the soil models were made with the 
DeepSoil program. For one-dimensional ground response analysis, the free field 
performances of the soil models were obtained by using the equivalent linear 
analysis method.
A three-dimensional model was created in the SolidWorks program to examine the 
mechanical properties and behavior under the dynamic load of a new design, 
Enhanced Impermeable Transparent Laminar Soil Container. The performance of the 
laminer soil container in three-dimensional models in static and dynamic conditions 
has been investigated. For the studies carried out on the movement mechanism of the 
laminar soil container, the model outputs in which three different approaches were 
examined were compared. Three-dimensional analyzes were carried out, including 
the studied movement mechanisms, flexible bonding material, bearings, and the 
mechanisms by which these two materials work together. With the determination of 
the movement mechanism with the outputs obtained, the strength adequacy of the 
plexiglass material preferred for the laminar frames used in the soil container was 
examined with numerical models created in SolidWorks and SAP2000 programs. 
Material strength and material dimensions were decided by taking into account the 
data of the experiments for the plexi-glass material.
Pile, pile cap and superstructure test equipment were modeled by using scale factors 
for soil-structure interaction analyzes to be performed in the model experimental 
setup. Experiment sensors were modeled to make measurements on the pile, pile cap 
and superstructure models during the dynamic experiments to be carried out in the 
Enhanced Impermeable Transparent Laminar Soil Container. With the completion of 
the production of the Enhanced Impermeable Transparent Laminar Soil Container, dynamic experiments were started. The dynamic test results of the Enhanced 
Impermeable Transparent Laminar Soil Container without a soil sample were
compared with the numerical analysis results.
According to the studies and models, it was decided that the laminar soil container 
should have a 1.6m x 1.6m base area and 1.6m height during the preliminary design 
phase of the experimental setup. It is planned to use the ARI-1 shaking table in 
Istanbul Technical University Civil Engineering Faculty Structural and Earthquake 
Engineering Laboratory. Laminar soil container design was determined by 
considering the working capacity of the ARI-1 shaking table. The harmonic motion 
and earthquake excitations to be used in dynamic experiments were determined 
according to the capacity of the ARI-1 shaking table and one-dimensional ground 
response analysis results. The determined dynamic movements are scaled according 
to the frequency scale factor value.
The parameters of the sand sample with three different density were determined, and 
the depth-dependent properties of the sand sample with medium relative density were 
determined. The parameters of the sand sample with medium relative density were 
determined. The displacement and acceleration results of the prototype and 
experimental soil models were obtained by comparing the one-dimensional ground 
response analysis results under the dynamic load of the soil models created using 
scale factors. According to the results of one-dimensional ground response analysis, 
even if scale factors are applied to the soil and dynamic load, it has been observed 
that the data obtained in and on the soil cannot be estimated by formulating due to 
wave propagation. 
It has been observed that when bearings are used as the movement mechanism in the 
laminar soil container, the movement is damped by the bearings. For the soil 
container design, which does not restrict the dynamic performance of the soil and 
gives the closest dynamic soil performance to the field conditions, a new movement 
mechanism has been created in which flexible bonding materials and bearings are 
used together. With the movement mechanism created, the movement capacity of the 
laminar soil container was examined. A design in which the advantages of both 
mechanisms are brought to the fore has been achieved by using the bearing and 
flexible connecting material together. The movement capacity of this movement 
mechanism and the free field behavior of the soil were compared and it was seen that 
the laminar soil container did not adversely affect the dynamic behavior of the soil.
Models were created for plexi-glass laminar frames with 4 and 6 cm thicknesses. As 
a result of the numerical studies and experiments carried out for the thickness of the 
plexiglass laminar frames, it has been seen that the plexiglass laminar with a 
thickness of 4 cm has sufficient strength. Thanks to the models of the experimental 
equipment created, the effect of the pile diameter and the superstructure period on 
the soil-structure interaction can be studied parametrically. According to the dynamic 
test and numerical analysis results of the Enhanced Impermeable Transparent 
Laminar Soil Container, it has been seen that the model for the dynamic behavior of 
the laminar soil container has been successfully created.
When the results obtained are combined and interpreted, the final design of the 
Enhanced Impermeable Translucent Laminar Soil Container, which is an original 
design, has been revealed. With this study, it is possible to develop the lateral loaddisplacement relations of the piles buried in the sand soil under the earthquake excitation and to conduct studies on the soil-structure interaction in our country 
located in the earthquake zone.