Yumuşak zeminler üzerindeki toprak dolguların limit denge ve performansa dayalı tasarımı
Limit state and performance-based design of embankments on soft soils
Yazar: CİHAN ÖSER
Danışman: PROF. DR. S. FEYZA ÇİNİCİOĞLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geoteknik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Performans esaslı tasarım = Performance based design ; Yumuşak zemin = Soft soil

Özet:
Yumuşak zeminler üzerinde yapılan dolguların tasarımındaki en büyük zorluk, altındaki yumuşak zemini de içine alacak şekilde dolguda meydana gelecek bir göçme mekanizmasının oluşturulması ve zemin içinde meydana gelecek göçmenin derinliğinin tahmin edilmesidir.Dolguların tasarımında dolgunun deprem kuvvetleri etkisi altında da stabilitesini koruması gerektiği göz önüne alınmalıdır. Statik şartlarda stabil olarak duran bir dolguda deprem kuvvetlerinin etkili olması durumunda göçme meydana gelebilmektedir. Bu nedenle dolguların stabilite hesaplarında, deprem sırasında zeminde ve dolguda oluşacak ilave kuvvetlerin ve kayma gerilmelerinin dikkate alınması gerekmektedir.Zeminlerde, depremler ve tekrarlı yüklemeler sırasında oluşan boşluk suyu basınçları ile deformasyonların ve dolayısıyla göçmeye karşı stabilitenin hesaplanması, o zemine ait belirli gerilme koşulları altında ve tekrarlı kayma gerilmesi etkisindeki mukavemet ve gerilme-şekil değiştirme özelliklerinin bilinmesi ile mümkün olmaktadır.Dolgu yapımında kullanılan iki yöntemden biri olan tek kademeli dolgu inşaatı yöntemi, drenajsız şartlarda dolgu yükünün tek seferde zemine aktarılması durumu için kullanılmaktadır. Bu yöntemde dolgu yüksekliği, zeminin taşıyabileceği yüke bağlı olarak hesaplanmaktadır. Diğer bir yöntem olan çok kademeli dolgu inşaatı yöntemi ise, tek kademeli inşaat yöntemi ile hesaplanandan daha yüksek dolguların yapılabilmesi için kullanılmaktadır. Çok kademeli dolgu inşaat yönteminde, kademeler arasındaki bekleme sırasında zeminde meydana gelen konsolidasyon nedeniyle zeminin mukavemeti artmakta ve tek kademeli yöntem ile hesaplanandan daha yüksek dolgular inşa edilebilmektedir.Bu doktora tezinde, yumuşak zeminler üzerine yapılacak dolguların depremli ve depremsiz durumlarda güvenli olarak inşa edilebileceği yüksekliği hesaplayan ve istenilen yüksekliğe ulaşabilmek için dolgu kademelerinin yüksekliklerinin ve kademeler arasındaki bekleme süreçlerinin tayin edildiği bir dolgu inşaat yöntemi geliştirilmesi amaçlanmıştır.Dolgu kademelerinin yüksekliklerine ve kademe yüklerine bağlı olarak dolgu altındaki zemin elemanlarında meydana gelen deformasyonlar belirlenebilmektedir. Zemin elemanlarının gerilme-deformasyon davranışları incelendiğinde, üst yapılarda olduğu gibi dolgu için de performans seviyesi tanımlanarak dolgu altındaki zemin elemanlarının göçme durumuna ne kadar yakın oldukları da görülebilmektedir.Tez kapsamında geliştirilen dolgu inşaat yönteminde, zeminde ve dolguda göçme meydana getirmeyecek limit yükseklikler zemin plastisitesi teorisi ve limit denge analiz yöntemi kullanılarak hesaplanmaktadır. Dolgu kademelerinin tasarlanmasında ise kritik durum zemin mekaniği teorisi ve gerilme izi yöntemi kullanılmaktadır.Dolgu tasarımı için geliştirilen yöntem, Fransa'da yapılan Cubzac-les-Ponts test dolgusunun zemin profili üzerinde uygulanmış ve elde edilen sonuçlar mevcut dolgu sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda, yöntem sonuçları ile mevcut dolgunun sonuçlarının birbirine çok yakın olduğu ve geliştirilen yöntemin uygulanabilir olduğu görülmüştür.Ayrıca tez kapsamında geliştirilen yöntem sonuçları, uygulamada çok sık kullanılan ve bilimsel kabul görmüş Slope/W ve Plaxis bilgisayar programları ile karşılaştırılmıştır. Yöntem sonuçları ile bilgisayar programlarının sonuçları birbirleri ile uyumlu elde edilmiştir.

Abstract:
Generating a collapse mechanism for an embankment on the soft soils and estimating the depth of the slip surface are the main problems in the design of the embankments on the soft soils.In the design of an embankment it must also be considered that, the embankment must be able to sustain the earthquake loads without loosing its stability. An embankment that is stable in static conditions can collapse because of the dynamic forces. In the stability calculations, these dynamic forces and dynamic shear stresses must be accounted for.Deformations and pore water pressures build up in the soil because of earthquakes and cyclic loadings. Stability calculations of an embankment against failure should entail the determination of the strength and stress-strain properties of foundation soils and embankment soils under the action of both static and cyclic shear stresses.There are two methods for constructing an embankment. One of these methods is single-staged construction. In this method, the height of the embankment depends on the bearing capacity of the soil and the loading is emposed under undrained conditions. This approach is usually preferred when underlying soils are of high bearing capacity and time limitation is a constraint.The other method is multi-staged construction. With this method, the height of the embankment can be higher than the height that is calculated with single-staged construction method. In the multi-staged construction method, the strength of the soil increases during the rest time between the loading stages at which foundation soils consolidate to higher strength states so that higher embankments can be constructed.The purpose of this thesis is, developing an optimal design programme for the construction of multi-stage embankments and creating a new design method to find the limiting safe hight and geometry of the embankment to be built.In the method that is developed in this thesis, the soil plasticity theorem and the limit equilibrium analyses are being used for calculating the height of the embankment. Critical state soil mechanics theorem and stres paths are used for designing the loading stages of the embankment.The new method has been applied on the soil profile of the Cubzac-les-Ponts test embankment in France. The results of the new method have been compared with the data of the actual embankment and it is found that the new embankment design method is practical and applicable.