Şaftlarda yanal toprak basınçlarının sayısal analizlerle incelenmesi
Numerical analysis of lateral earth pressure in the shafts
Yazar: CİHAN RAMAZAN USLU
Danışman: PROF. DR. MEHMET MUHİT BERİLGEN ; DR. MURAT ERGENEKON SELÇUK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Düşey şaft kazıları, metro inşaatları, maden ocakları,  pompalama istasyonları, köprü ayaklarının temelleri gibi birçok mühendislik uygulamalarında geçici ve kalıcı dayanım yapıları olarak sık sık kullanılmaktadır. Şaft duvarlarına etkiyen toprak basınçlarını hesaplamak için basit ve yaygın olarak bilinmesi nedeni ile günümüzde çoğunlukla klasik toprak basıncı teorileri tercih edilmektedir. Bu teoriler düzlem gerilme koşulları altında bulunan sonsuz uzunluktaki duvarlar için geliştirilmiş olduklarından şaft kazıları için oldukça yüksek basınç değerleri vermektedirler. Bu sebeple dairesel veya elips kesitli şaftlarda yanal toprak basınçlarını plastik denge ile belirlemek için konik göçme yüzeyine dayalı bir çözüme başvurmak gerekmektedir. Bu çözüm yöntemleri karmaşık olduğu ve yaygın olarak bilinmediğinden günümüzde mühendisler çoğunlukla ticari paketlerin kullanıldığı sayısal analiz yöntemlerine başvurmaktadır. Sayısal analizler denge, uygunluk, malzeme bünye davranışı ve sınır koşullarını göz önüne alarak plastik dengeye dayalı yöntemlere göre daha ideal çözüme ulaşılmasını sağlasa da bilinçli kullanılmadığı takdirde gerçekçi olmayan çözümler elde edilmektedir. Bu tez çalışmasında dairesel en kesitli şaftlarda düşey iksa elemanlarına gelen toprak basınçlarına etki eden faktörleri göstermek amaçlanmıştır. Bunun için farklı zemin mukavemeti, duvar ve zemin rijitliği göz önüne alınarak sayısal analizler gerçekleştirilmiş ve bu analizlerden elde edilen toprak basınçları literatürde yer alan toprak basıncı teorilerinden elde edilenler ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda sayısal analizlerde duvar rijitliğinin önemli bir etken olduğu ve şaftlarda oluşan toprak basıncı sonuçlarını önemli ölçüde etkilediği belirlenmiştir.

Abstract:
Vertical shaft excavations have been widely used in engineering applications such as metro systems, mines, pumping stations, bridge pier foundations, etc. for temporary and permanent retaining structures. Earth pressure acting on the shaft wall are generally calculated by classical earth pressure theories because of the simplicity and common-usage. Because the theories were developed for infinite walls under plane stress conditions, these theories usually calculate high pressure values for shaft excavations. Hence, conical collapse surface determination should be used in order to define lateral earth pressures by plastic equilibrium for circular or elliptical shafts. Because of the complexity of these solutions, engineers mostly use commercial software packages developed for numerical analysis methods. While numerical methods provide more favorable results than plastic equilibrium methods based on equilibrium, continuity, material constitutive behavior and boundary conditions, unrealistic solutions may obtain unless they use consciously. In this study, it is aimed to present factors affecting earth pressures on vertical retaining wall members of circular shafts. To achieve this, numerical analyses performed for different strength parameters, wall and soil stiffness, Moreover, the earth pressure results obtained from analyses are compared to classic earth pressure theories.  In conclusion, it is determined in numerical analyses that wall stiffness is an important factor and affects earth pressure distribution on shafts significantly.