Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak zemin sıvılaşması gözlenen alanda zemin iyileştirme uygulama örneği
Soil liquidation using the finite element method application sample
Yazar: ALTAN ARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE BENGÜ SÜNBÜL GÜNER
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Toplumların gelişmesiyle hızlı bir şekilde artan kentsel nüfus ve sanayileşme sonucu, şehir merkezlerindeki yerleşim alanlarını azaltmaktadır. Azalan alanlar ve ihtiyaçların artmasıyla, sağlam temel zemin özelliği göstermeyen zeminler üzerine yapı inşa edilmesi mecburu hale gelmiştir. Üst yapı inşaatlarının yapımı ve yapı kullanım ömrü boyunca oluşabilecek sorunları önceden tespit edip, yapı ömrü boyunca problem yaşamamak amacıyla çalışmalar yapılmaktadır. 
Bu tez çalışmasında; 2 katı bodrum olmak üzere toplamda 6 katlı bir yapı yerel zemin koşullarında inşa edilmek zorundadır. İnşaat alanı deprem riski açısından 1. Derece deprem bölgesinde yer almakta ve zemin koşulları açısından temel zemininde sıvılaşma potansiyeli mevcuttur.  Bu durumdaki temel zemini için, en uygun zemin iyileştirme metodları seçilerek ardından yapı inşa edilecektir.  Yapının inşa edileceği arazide, zemin etüt raporu düzenleyen özel firma tarafından 3 adet derin sondaj çalışması yapılmıştır. Söz konusu yapının sayısal analizleri arazi ve laboratuvar deneylerinden elde edilen verilerle korele edilmiştir. Uygulama alanı farklı senaryolar altında sonlu elemanlara dayalı bir programda sayısal modellenerek değerlendirilmiştir. Analiz sırasında sayısal modelde ve temel kazısında elde edilen deformasyon değerine göre, daha önceki çalışmlarda yer alan zemin iyileştirme yöntemlerinden; Jet Grout Kolonları zemin iyileştirme tekniği olarak önerilmiştir. Jet Grout Kolonları, zemin malzemesi ve çimentonun karışımından oluşan yüksek dayanımlı kolon imalatına dayanır. Literatürde zemin sıvılaşması gerçekleşen alanlar için; zemin iyileştirme yöntemi jet grout kolonları uygulanarak zemin sıvılaşma potansiyeli olan zeminde sıvılaşma etkileri bertaraf edilebilmektedir. Sonlu elemanlara dayalı yazılım kullanılarak sayısal model oluşturulmuş, gerilim deformasyon ilişkisi, oturma ve yer değiştirme analizleri yapılarak sonuçlar bu çalışma kapsamında sunulmuştur. Zeminde iyileştirme öncesi ve sonrası elde edilen geoteknik parametreler kıyaslanarak, yapıda meydana gelen düşey yer değiştirme değerlerinde, jet grout kolonu uygulaması sonrası azalma tespit edilmiştir.  Sayısal modelde, yapı temel altına uygulanan jet grout kolonu zemin iyileştirme tekniği ile kazı sırasındaki kabarma ve deprem sırasında olması muhtemel oturmalar %20 oranında azaltılmıştır.

Abstract:
Rapid increase in urban populations with the development of societies, industrialization and the distribution of new urban centers caused the reduction of the settlement areas. In developing cities, the places that are appropriate for construction/housing are decreasing. Due to this decrease in construction areas and increasing needs of the population, engineering structures have to be constructed over the soils which do not have good foundation characteristics. Before construction phase, by determining the problems that may occur during the construction and service life of the superstructures, studies are carried out to avoid any problems during the service life of the structure.
In this study, the 6-story building, of which 2 stories are the basement, must be built under local soil conditions. The construction site is in the category of first-degree seismic zone and has the potential of liquefaction on the foundation ground. In this case, the best soil improvement methods for this foundation will be chosen and then the structure will be constructed. Three deep drilling works have been carried out in the construction by the private company that prepared a ground survey report. By correlating the results of numerical analysis of the structure and the data obtained from field and laboratory experiments, and it is evaluated by numerical modeling in a program based on finite elements for different scenarios. According to the deformation value obtained during the foundation excavation, Jet-Grout columns, as one of the soil improvement methods in the literature, were proposed as a soil improvement technique. Jet-Grout soil improvement technique is based on the production of a high strength column consisting of ground material and cement mixtures. In the literature, Jet-Grout columns, as also one of the soil improvement methods for soil liquefaction areas, can be applied to avoid the liquefaction effects. A numerical model was created by using finite element-based software and stress-deformation relation and settlement-displacement analyses were performed and the results were presented in this study. The geotechnical parameters obtained before and after soil improvement were compared, it is found that the vertical displacement of the structure decreased after Jet-Grout application. It is found that swelling during the excavation and the expected settlements due to the earthquake decreased by 20% with the Jet-Grout application under the structure foundation in the numerical model.