Yumuşak ve akan zeminlerde kazıklar üzerindeki yatay yük etkisinin tanımlanması
Piles subjected to displacement induced lateral loads in soft soils
Yazar: MUSTAFA KUBİLAY KELEŞOĞLU
Danışman: PROF. DR. FEYZA ÇİNİCİOĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
ÖZETYUMUŞAK VE AKAN ZEMİNLERDE KAZIKLAR ÜZERİNDEKİ YATAYYÜK ETKİSİNİN TANIMLANMASIYumuşak zeminler düşük mukavemetleri ve yüksek sıkışabilirlik özellikleri nedeniyleproblemli zeminler arasındadır. Bu tip zeminler genellikle üstte sert bir kabuk tabakasıile altta ise sıkı bir tabaka ile sınırlandırılmıştır. Aradaki yumuşak kil tabakaları dolguvb. yapılar nedeniyle oluşan ilave yüklerden dolayı sıkışırlar. Yumuşak zeminin farklıbölgelerinde oluşan sıkışma davranışı da birbirinden farklıdır. Özellikle dolgu topuğunadoğru gelişen deformasyonların doğrultusu neredeyse tamamen yataydır. Yumuşakzeminler üzerinde inşa edilen yapıların aşırı deformasyonlardan dolayı zarargörmemeleri bakımından genelde izlenen yöntem yapı temelleri altına kazıklar yaparakyükleri alttaki sıkı tabakaya aktarmaktır. Ancak bu durumda özellikle dolgu topuğunayakın bölgelerde yapılan kazıklar üzerinde yatay yöndeki zemin hareketlerindenkaynaklanan yatay yükler oluşur. Bu yükler doğru tasarım yapılmaz ise kazıklarüzerinde ciddi seviyede hasarlar oluşturabilir. Bu bakımdan yumuşak zeminlerde dolgutopuğunda inşa edilen kazıkların tasarımı son derece karmaşık bir problemdir.İncelenen problem üzerinde etkili olan faktörler dolgu yüksekliği, yapım süreci,yumuşak tabakanın kalınlığı, mukavemeti, gerilme geçmişi, zamana bağlı davranışı vekazığa ait özellikler olarak sıralanabilir. Uygun bir çözüm yönteminin bu faktörleri gözönüne alması gerekir. Zemin davranışını diğer birçok yönteme göre daha doğrutanımlaması bakımından deplasmana dayalı yöntemler öne çıkmaktadır. Bu yöntemlerkazık ve zemin arasındaki rölatif deplasmanları kazıklar üzerinde etkili olan yükleredönüştürerek hesap yapılması esasına dayanırlar. Zeminde oluşan deplasmanlar kazıksızdurumdaki deplasmanlar ile tanımlanır. Oluşan kuvvetler ise zeminin ijitliğine bağlıolarak kayma modülüne veya yatay yatak katsayısına bağlı olarak hesaplanır. Buhesaplar yapılırken genellikle kayma modülünün nihai durumdaki değeri kullanılaraklimit duruma ait yükler belirlenir. Dolgunun yapımı ve yumuşak zemininkonsolidasyonu süreçlerinde oluşan gerilme ve deplasmanlar ise genelde ihmal edilir.Ancak doğru yaklaşım zemin rijitliğinin deplasmanlarla birlikte değişiminin hesabakatılarak kazıklar üzerinde etkili olan yüklerin hesaplanmasıdır.Bu doktora çalışmasında geliştirilen yöntem yatay yatak katsayısının deplasmanla vederinlikle birlikte değişimini belirlemektedir. Genellikle yatak katsayısının değeriüzerindeki etkisi ayrı ayrı ve ampirik dönüşümler ile hesaplanan bu iki faktörün yatayyatak katsayısı üzerindeki etkisi geliştirilen yöntem ile aynı anda tanımlanmaktadır.Yöntem araziden alınan deplasman ölçümleri kullanılarak Cubzac-les-Ponts testdolgusunda denenmiş ve dolgunun kazıklarla yapılması durumu incelenmiştir.xxiiiÖncelikle dolgu altındaki tüm zemin tabakalarındaki yatay ve düşey biim deformasyondeğerleri arazi ölçümleri ile tanımlanmıştır. Bu iki boyutlu deformasyon davranışıkullanılarak dolgunun başlagıcından itibaren oluşan toprak basıncı katsayıları ile ikiboyutlu gerilme değerleri elde edilmiştir. Yeni yöntem ile tanımlanan ve yatay toprakbasıncı katsayısı ile yatay yatak katsayısı arasındaki ilişki kullanılarak yatay yatakkatsayısının deplasmana ve derinliğe bağlı değişimi belirlenmiştir. Bu değişimkullanılarak kazıklar üzerindeki yük etkisi ve bu yük etkisi altında oluşan moment vedeplasman değerleri hesaplanmıştır. Yöntemin en önemli avantajlarından bir tanesi dekazıkların dolgudan sonra yapılması durumu için de yeni bir yaklaşım getirmesidir.Literatürde dolgudan sonra yapılan kazıklar için geliştirilmiş bir yöntem mevcutdeğildir.Geliştirilen yöntem kullanılarak yapılan hesaplarla karşılaştırma yapabilmek için sözkonusu problem iki farklı sonlu elemanlar programı ile de çözülmüştür. Elde edilensonuçlara göre her iki program ile yapılan analizlerde birbirinden farklı sonuçlar eldeedilmektedir. Yöntem ile elde edilen sonuçlar arazide gelişen davranışı tanımlamakbakımından son derece üstündür. Hesaplarda kullanılan tüm parametrelerin vegeliştirilen yöntemin arazi okumalarına dayalı olması bu yöntemi tüm diğer örnekleriarasında daha ayrıcalıklı kılmaktadır.xxiv

Abstract:
SUMMARYPILES SUBJECTED TO DISPLACEMENT INDUCED LATERAL LOADS INSOFT SOILSEmbankment induced deformations exert lateral loads on piles constructed beneath or atthe toe of an embankment. Embankments are usually constructed as parts ofinfrastructure projects such as transportation systems, dams and harbors. At sites whereembankment construction is required the typical profile usually consists of soft soilsoverlaid with a desiccated crust and underlaid with stiff or hard soils. Embankmentloads applied on top of soft soil profiles cause soft soil layer to squeeze and deform. Ifloads are sufficiently high lateral deformations may be the indications of a failure.The present state of knowledge and the existing design methodologies on the subject arehighly or at least partly empirical. In the same context, at the stage of strain to stresstransformation process, all of the current design methodologies employ a stress-straininterpretation scheme which is based on laboratory triaxial test results. As a result, thepresent situation suggests that, due concern is needed to be given to the questionableadequacy of small scale laboratory tests to reflect the real scale and on time behaviour.In this context of a need to develop methods capable to represent field conditionsdisplacement based methods are appraised. Displacement based methods use free-fieldlateral soil movements as an input to calculate the resulting pile deflections and bendingmoments in piles. But for the embankments on soft clays free-field lateral soilmovements are notoriously difficult to estimate. Despite the difficulties displacementbased methods are appraised that they are effective to reflect the basic mechanism ofload transfer between the soil and the pile and in that sense have a distinct superiorityover empirical approaches.The method proposed in this thesis fulfills the need for a displacement based methodwhich is applicable at any time no matter what time the piles are installed and also hasthe power of predicting bending moment profiles and pile deflections by usingmeasured free-field soil displacements as the input. Therefore the factors such as thefactor of safety of the embankment against shear failure; the initial stress state anddeformation response of the soft clay deposit; and the use of vertical drains or someother measures to improve performance etc. are involved in the results. The new methodhas some advantages over existing methods such that free-field deformation state candirectly be transformed as subgrade degradation curves. Moreover the method iscapable of analyzing the behaviour and calculating the forces and bending momentsexperienced by the piles without any time constraint, that is the method is applicable forboth cases where piles are installed prior to and after fill placement.xxv