Upload
alpaytatlisu
View
234
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
1/301
UKUROVA NVERSTESFEN BLMLER ENSTTS
DOKTORA TEZ
Erdal UNCUOLU
KOHEZYONSUZ ZEMNLERDEK KAZIKLARIN YATAY YK VEMOMENT ETKS ALTINDAK DAVRANILARININ ANALZ
NAAT MHENDSL ANABLM DALI
ADANA, 2009
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
2/301
UKUROVA NVERSTESFEN BLMLER ENSTTS
KOHEZYONSUZ ZEMNLERDEK KAZIKLARIN YATAY YK VEMOMENT ETKS ALTINDAK DAVRANILARININ ANALZ
Erdal UNCUOLU
DOKTORA TEZ
NAAT MHENDSL ANABLM DALI
Bu tez / / 2009 Tarihinde Aadaki Jri yeleri TarafndanOybirlii/Oyokluu le Kabul Edilmitir.
mza:..................................... mza:.................................... mza:..............................
Prof. Dr. Mustafa LAMAN Prof. Dr. M. Arslan TEKNSOY Prof. Dr. Hasan ETN
DANIMAN YE YE
mza:.................................... mza:....................................
Yrd. Do. Dr. H. Bekir KARA Yrd. Do. Dr. A. Azim YILDIZ
YE YE
Bu tez Enstitmz naat Mhendislii Anabilim Dalnda hazrlanmtr.
Kod No:
Prof. Dr. lhamiYENGLEnstit Mdrmza ve Mhr
Bu alma ukurova niversitesi Bilimsel Aratrma Projeleri Birimi TarafndanDesteklenmitir.Proje No:MMF2006D2
Not: Bu tezde kullanlan zgn ve baka kaynaktan yaplan bildirilerin, izelge, ekil ve fotoraflarn
kaynak gsterilmeden kullanm, 5846 sayl Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hkmlere tabidir.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
3/301
Sevgili eim Evrim, biricik kzmIlgn ve aileme
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
4/301
I
Z
DOKTORA TEZ
KOHEZYONSUZ ZEMNLERDEK KAZIKLARIN YATAY YK VEMOMENT ETKS ALTINDAK DAVRANILARININ ANALZ
Erdal UNCUOLU
UKUROVA NVERSTESFEN BLMLER ENSTTS
NAAT MHENDSL ANABLM DALI
Danman : Prof. Dr. Mustafa LAMANYl : 2009 Sayfa: 277
Jri : Prof. Dr. Mustafa LAMANProf. Dr. M. Arslan TEKNSOYProf. Dr. Hasan ETNYrd. Do. Dr. H. Bekir KARAYrd. Do. Dr. A. Azim YILDIZ
Bu almada; kum zemin ierisinde yer alan rijit ksa kazklarn zemin
yzeyi zerinden belli bir ykseklikte uygulanan bir yanal yk etkisindekidavranlar aratrlmtr. almalar kapsamnda; ok sayda kk leklilaboratuar model deneyi gerekletirilmi, problem boyutlu non-lineer sonluelemanlar yntemi ile modellenerek analiz edilmi ve mevcut analitik yaklamlarkullanlarak yanal yk tama kapasitesi deerleri hesaplanmtr. Yaplan modeldeney almalar ile ykleme hz, kazk geometrisi ve zemin koullarnn yanal ykve moment tama kapasitesi zerindeki etkileri incelenmitir. Deneysel almalarsrasnda aratrma olanann bulunmad dilatasyon as, zemin-kazk ara yzeydavran ve zemin elastisite modl deiiminin davran zerindeki etkileri yaplan
parametrik almalar ile saysal olarak aratrlmtr. Mevcut analitik yaklamlarile problem zlm ve her bir yntemden elde edilen yanal yk tama kapasitesi
deerleri karlatrlmtr. Deneysel almalar, saysal analizler ve analitikyntemlerden elde edilen sonular, relatif sklk derecesinin, dilatasyon asnn,zemin elastisite modlnn ve zemin-kazk ara yzey davrannn yanal yk tamakapasitesini nemli derecede etkilediini gstermektedir. Bununla birlikte; yklemehznn, yanal yk ve moment tama kapasitesi zerinde nemli bir etkiye sahipolmad belirlenmitir. Mevcut analitik yntemler kullanlarak hesaplanan yanal yktama kapasitesi deerleri arasnda nemli miktarda farkllklar olduu grlmtr.
Anahtar kelimeler: yanal yk, ksa kazk, moment tama kapasitesi, sonluelemanlar yntemi, Plaxis 3D Foundation.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
5/301
II
ABSTRACT
Ph.D. THESIS
THE BEHAVIOUR OF THE PILES
SUBJECTED TO LATERAL LOAD AND OVERTURNING MOMENT
FOUNDED IN COHESIONLESS SOILS
Erdal UNCUOLU
DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING
INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES
UNIVERSITY OF CUKUROVA
Supervisor : Prof. Dr. Mustafa LAMAN
Year : 2009 Pages: 277
Jury : Prof. Dr. Mustafa LAMAN
Prof. Dr. M. Arslan TEKNSOYProf. Dr. Hasan ETNAssist. Prof. Dr. H. Bekir KARA
Assist. Prof. Dr. A. Azim YILDIZ
In this study, the behaviour of short rigid piles founded in sand subjected to a
lateral load applied at a certain height above sand surface has been investigated. Thestudy comprises an extensive series of small scale laboratory model tests, three
dimensional non-lineer finite element analyses and calculations made by existing
design formulae. In the experimental studies; the effects of loading rate, pile
geometry and soil conditions on the lateral load and moment carrying capacity have
been explored. The parameters of which effects can not been investigated with the
experimental studies such as dilatation angle, interface behaviour and elasticity
modulus have been evaluated performing numerical analyses. The problem of
laterally loaded pile has been solved with the existing analytical approaches. The
lateral load capacities obtained from these calculations have been compared. The
results obtained from experimental studies, numerical analyses and analytical
approaches indicate that relative density, dilatation angle, elasticity modulus andinterface behaviour have major importance on the lateral load capacity. However, the
loading rate has a negligible effect on the lateral load and moment carrying capacity.
The lateral load capacity values obtained from different analytical approaches are
significantly different from each other.
Key words: lateral load, short pile, moment carrying capacity, finite element
method, Plaxis 3D Foundation.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
6/301
III
TEEKKR
Doktora almalarm sresince almalarma yn veren, bilgi ve tecrbesini
paylaan, deerli katklarn ve zamann esirgemeyen, gnlk yaantsnda gler
yzn eksik etmeyen deerli hocam Prof. Dr. Mustafa LAMANa sonsuz
teekkrlerimi sunarm.
Deerli katklarndan dolay Sayn Prof. Dr. M. Arslan TEKNSOY, Sayn
Yrd. Do. Dr. H. Bekir KARA, Sayn Yrd. Do. Dr. A. Azim YILDIZ, Sayn Do.
Dr. Cafer KAYADELEN, Sayn Prof. Dr. Hasan ETN ve blm hocalarmateekkr ederim.
Desteklerinden dolay bata Dr. M. Salih KESKN olmak zere Murat
RNEK, Veysel GM, Ahmet DEMR, Burhan NAL, Dr. Murat OBANER,
Seluk BLDK, Baki BARIAIK, G. Mge NALKA ve Gizem MISIRa
teekkr ederim.
Deneysel almalarm srasndaki yardmlarndan dolay, ukurova
niversitesi Mhendislik-Mimarlk Fakltesi Dekanlk personeli Ahmet
DURSUNa, ukurova niversitesi Mhendislik-Mimarlk Fakltesi Atlye
teknisyenlerine, naat Mhendislii Blm Laboratuar teknisyeni mer
KTKe, bitirme rencilerinden bata Gkhan YALIN ve Tolga YARDIMCI
olmak zere Haluk LAMAN ve M. Ferhat YTe ve blm personeli Sleyman
EVLEKSZe teekkr ederim.
Tez almam maddi olarak destekleyen ukurova niversitesi Aratrma
Projeleri Birimine teekkr ederim.
Bana sonsuz destek olan, skntlarm paylaan, g ve moral veren sevgili
eim Evrim UNCUOLUna ve dnya tatls biricik kzm Ilgn UNCUOLUna
teekkr ederim.
Hayatmn her aamasnda bana destek olan bata annem Fatma
UNCUOLU olmak zere tm aileme teekkr ederim.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
7/301
IV
NDEKLER SAYFA NO
Z ................................................................................................................................. I
ABSTRACT ................................................................................................................ II
TEEKKR............................................................................................................... III
NDEKLER.......................................................................................................... IV
ZELGELER DZN ........................................................................................... VIII
EKLLER DZN.................................................................................................... XI
SMGELER VE KISALTMALAR......................................................................... XIX
1. GR ....................................................................................................................... 1
2. NCEK ALIMALAR........................................................................................ 9
2.1. Analitik Yaklamlar......................................................................................... 9
2.1.1. Brinch-Hansen (1961) .............................................................................. 13
2.1.2. Broms (1964) ........................................................................................... 15
2.1.3. Meyerhof ve Ark. (1981) ......................................................................... 18
2.1.4. Prasad and Chari (1999) ........................................................................... 21
2.1.5. Zhang ve ark. (2005) ................................................................................ 24
2.2. Deneysel almalar........................................................................................ 30
2.2.1. Arazi Deneyleri ........................................................................................ 31
2.2.2. Model Deney almalar ........................................................................ 36
2.2.2.1. Klasik Model Deney (1g) almalar .............................................. 36
2.2.2.2. Centrifuge Model Deney (Ng) almalar....................................... 48
2.3. Saysal Analiz almalar .............................................................................. 57
3. DENEYSEL ALIMALAR................................................................................ 723.1. Deney Dzenei .............................................................................................. 72
3.1.1. Deney Kasas............................................................................................ 72
3.1.2. Model Kazklar......................................................................................... 74
3.1.3. Ykleme Dzenei................................................................................... 75
3.1.4. Yk Hcresi ............................................................................................. 76
3.1.5. Deplasman Transduserleri ........................................................................ 78
3.1.6. Veri Kaydetme nitesi (ADU) ................................................................ 78
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
8/301
V
3.1.7. Titreim Cihaz......................................................................................... 80
3.1.8. Model Kazk Sabitleme Aparat ............................................................... 81
3.1.9. ev Oluturma Dzenei.......................................................................... 82
3.2. Kum Zemin ..................................................................................................... 84
3.2.1. Endeks Deneyler ...................................................................................... 84
3.2.1.1. Elek Analizi ....................................................................................... 84
3.2.1.2. Piknometre Deneyi ............................................................................ 86
3.2.1.3. Rlatif Sklk Deneyleri ................................................................... 86
3.2.2. Kayma Mukavemeti Deneyleri ................................................................ 88
3.2.2.1. Kesme Kutusu Deneyleri .................................................................. 89
3.2.2.2. Eksenli Basn Deneyleri ............................................................ 90
3.3. Deney Yntemi ............................................................................................... 92
3.3.1. lm Aletleri ve Ykleme Dzeneinin Kalibrasyonu ......................... 92
3.3.2. Deneylerin Yapl ................................................................................ 100
4. DENEY SONULARI ........................................................................................ 104
4.1. Ykleme Hz ................................................................................................ 109
4.2. Kazk Geometrisi .......................................................................................... 115
4.2.1. Kazk Gml Uzunluu ....................................................................... 116
4.2.2. Kazk ap.............................................................................................. 121
4.3. Kazk En Kesit ekli ..................................................................................... 127
4.4. Tabakal Kum Zemin Durumu ...................................................................... 134
4.5. evli Zemin Yzeyi Durumu ........................................................................ 139
4.6. Kazn mal Edildii Malzeme .................................................................... 145
5. SONLU ELEMANLAR YNTEM ................................................................... 153
5.1. Sonlu Elemanlar Ynteminin Tantm ......................................................... 155
5.2. Zemin Davrannn Modellenmesi ............................................................... 161
5.2.1. Mohr-Coulomb (MC) Malzeme Modeli ................................................ 164
5.2.2. Model Parametrelerinin Gerek Zemin Davran ile likilendirilmesi 165
5.2.3. Mohr-Coulomb (MC) Malzeme Modeli Parametreleri .......................... 166
5.2.3.1. Elastisite Modl (E) ...................................................................... 166
5.2.3.2. Poisson Oran () ............................................................................ 168
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
9/301
VI
5.2.3.3. Kohezyon (c) ................................................................................... 168
5.2.3.4. sel Srtnme As () ................................................................. 169
5.2.3.5. Dilatasyon As () ........................................................................ 169
5.3. Kazk Davrannn Modellenmesi ve Lineer Elastik (LE) Malzeme Modeli
.................................................................................................................... 169
5.4. Ara Yzey Davran..................................................................................... 170
5.5. Plaxis 3D Foundation Program .................................................................... 172
5.5.1. alma Dzlemlerinin Oluturulmas ................................................... 172
5.5.2. Kazk Elemann Oluturulmas .............................................................. 173
5.5.3. Ykn Uygulanmas .............................................................................. 174
5.5.4. Zemin Profilinin Elde Edilmesi ............................................................. 175
5.5.5. Malzeme zelliklerinin Tanmlanmas.................................................. 176
5.5.6. Snr Koullar ........................................................................................ 176
5.5.7. Sonlu Elemanlar Ann Oluturulmas ................................................. 177
5.5.8. Balang Gerilme Durumunun Tanmlanmas...................................... 179
5.5.9. Saysal Analiz......................................................................................... 180
6. SONLU ELEMANLAR ANALZ...................................................................... 182
6.1. Mesh Analizi ................................................................................................. 183
6.2. Parametrik alma ....................................................................................... 189
6.2.1. Elastisite Modlnn Etkisi ................................................................... 190
6.2.2. Dilatasyon Asnn Etkisi...................................................................... 194
6.2.3. Ara Yzey Elemannn Etkisi................................................................. 198
6.3. Saysal Analizler........................................................................................... 202
6.3.1. Kazk Gml Uzunluu ....................................................................... 203
6.3.2. Kazk ap.............................................................................................. 208
6.3.3. Kesit Geometrisi..................................................................................... 212
6.3.4. Tabakal Zemin Durumu ........................................................................ 217
6.3.5. Kazk Malzemesi.................................................................................... 222
6.3.6. evli Durum ........................................................................................... 229
7. SONULARIN KARILATIRILMASI ........................................................... 235
7.1. Kazk Gml Uzunluu .............................................................................. 235
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
10/301
VII
7.2. Kazk ap..................................................................................................... 241
7.3. Kazk En Kesit ekli ..................................................................................... 247
7.4. Kazk Malzemesi........................................................................................... 253
7.5. Tabakal Zemin Durumu ............................................................................... 255
7.6. evli Durum .................................................................................................. 258
7.7. Sonularn Karlatrlmasna likin Genel Deerlendirmeler ................... 260
8. SONU ve NERLER....................................................................................... 263
KAYNAKLAR ........................................................................................................ 271
ZGEM ............................................................................................................. 277
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
11/301
VIII
ZELGELER DZN SAYFA NO
izelge 2.2 Kulhawy ve ark. (1983) ve Kulhawy (1991) Tarafndan nerilmi Olan
K Katsays Deerleri (Zhang ve ark., 2005) ......................................... 27
izelge 2.3 Kulhawy ve ark. (1983) ve Kulhawy (1991) Tarafndan nerilmi Olan
Katsays Deerleri (Zhang ve ark., 2005) ............................................. 28
izelge 2.8 Analitik Yaklamlar ile Sonlu Elemanlar Ynteminin Karlatrmas. 71
izelge 3.1 Deneysel almalarda Kullanlan Kazk ve ekme Kolu zellikleri ... 74
izelge 3.2 Yk Hcresi zellikleri (www.esit.com.tr) ............................................ 77
izelge 3.3 Elek Analizi Sonular ............................................................................ 85
izelge 3.4 Kuru Birim Hacim Arlk Deneyi Sonular ......................................... 88
izelge 3.5 Yk Hcresi Kalibrasyon Deerleri........................................................ 92
izelge 3.6 1 Nolu Deplasman Transduseri Kalibrasyon Deerleri......................... 93
izelge 3.7 2 Nolu Deplasman Transduseri Kalibrasyon Deerleri......................... 94
izelge 4.2 Gevek Kum Zeminde Farkl Yanal Ykleme Hzlar iin Saysal Deney
Sonular .............................................................................................. 113
izelge 4.3 Sk Kum Zeminde Farkl Yanal Ykleme Hzlar iinSaysal DeneySonular .............................................................................................. 114
izelge 4.4 Farkl L/D Oranlar iin Gevek Kum Zeminde Elde Edilen Deney
Sonular (L, Deiken) ....................................................................... 119
izelge 4.5 Farkl L/D Oranlar iin Sk Kum Zeminde Elde Edilen Deney Sonular
(L, Deiken)........................................................................................ 120
izelge 4.6 Farkl L/D Oranlar iin Gevek Kum Zeminde Elde Edilen Deney
Sonular (D, Deiken)....................................................................... 124izelge 4.7 Farkl L/D Oranlar iin Sk Kum Zeminde Elde Edilen Deney Sonular
(D, Deiken) ....................................................................................... 125
izelge 4.8 Farkl En kesit ekilleri iin Gevek Kum Zeminde Elde Edilen Deney
Sonular .............................................................................................. 132
izelge 4.9 Farkl En kesit ekilleri iin Sk Kum Zeminde Elde Edilen Deney
Sonular .............................................................................................. 132
izelge 4.10 Tabakal Kum Zeminde Elde Edilen Deney Sonular ....................... 138
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
12/301
IX
izelge 4.11 evli Kum Zeminde Elde Edilen Deney Sonular............................. 144
izelge 4.12 Deneylerde Kullanlan Kazk Malzemelere Ait zellikler................. 147
izelge 4.13 Farkl Kazk Malzemeleri iin Gevek Kum Zeminde Elde Edilen
Deney Sonular ................................................................................... 150
izelge 4.14 Farkl Kazk Malzemeleri iin Sk Kum Zeminde Elde Edilen Deney
Sonular .............................................................................................. 150
izelge 6.1 Kum Zemine Ait Malzeme zellikleri ................................................. 183
izelge 6.2 Kazk Malzemelerine Ait Malzeme zellikleri .................................... 183
izelge 6.3 Mesh Analizleri Srasnda Kullanlan Malzeme zellikleri ................. 184
izelge 6.5 Gevek Kum Zeminde Elastisite Modl Etkisi................................... 191
izelge 6.6 Sk Kum Zeminde Elastisite Modl Etkisi ........................................ 192
izelge 6.7 Gevek Kum Zeminde Dilatasyon Asnn Etkisi ............................... 196
izelge 6.8 Sk Kum Zeminde Dilatasyon Asnn Etkisi..................................... 196
izelge 6.9 Gevek Kum Zeminde Ara Yzey Elemann Etkisi ............................. 199
izelge 6.10 Sk Kum Zeminde Ara Yzey Elemann Etkisi................................. 200
izelge 6.11 Kum Zemin iin Tanmlanan Parametreler......................................... 203
izelge 6.12 Gevek Kum Zeminde Kazk Gml Uzunluunun Yanal Yk Tama
Kapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ........................................ 204
izelge 6. 13 Sk Kum Zeminde Kazk Gml Uzunluunun Yanal Yk Tama
Kapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ........................................ 205
izelge 6.14 Gevek Kum Zeminde Kazk apnn Yanal Yk Tama Kapasitesine
Etkisi (Plaxis 3D Foundation) .............................................................. 209
izelge 6.15 Sk Kum Zeminde Kazk apnn Yanal Yk Tama Kapasitesine
Etkisi (Plaxis 3D Foundation) .............................................................. 209
izelge 6.16 Gevek Kum Zeminde Kesit Geometrisinin Yanal Yk Tama
Kapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ........................................ 213
izelge 6.17 Sk Kum Zeminde Kesit Geometrisinin Yanal Yk Tama
Kapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ........................................ 214
izelge 6.18 Farkl Yanal Yk Deerleri ve Farkl Ykleme Admlarnn Etkisi
(Plaxis 3D Foundation) ........................................................................ 218
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
13/301
X
izelge 6.19 Tabakal Kum Zemin Durumunda Yanal Yk Tama Kapasitesi
Deerleri (Plaxis 3D Foundation) ........................................................ 221
izelge 6.20 Gevek Kum Zeminde Kazk Malzemesinin Yanal Yk Tama
Kapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ........................................ 228
izelge 6. 21 Sk Kum Zeminde Kazk Malzemesinin Yanal Yk Tama
Kapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ........................................ 228
izelge 7.1 Gevek Kum Zeminde Farkl Kazk Gml Uzunluklar iin Sonularn
Karlatrlmas ................................................................................... 236
izelge 7.2 Sk Kum Zeminde Farkl Kazk Gml Uzunluklar iin Sonularn
Karlatrlmas ................................................................................... 237
izelge 7.3 Gevek ve Sk Kum Zeminde Dnme Noktas (Pivot Nokta)
Derinliklerinin Karlatrlmas........................................................... 240
izelge 7.4 Gevek Kum Zeminde Farkl Kazk aplar iin Sonularn
Karlatrlmas ................................................................................... 242
izelge 7.5 Sk Kum Zeminde Farkl Kazk aplar iin Sonularn Karlatrlmas
.............................................................................................................. 244
izelge 7.6 Gevek ve Sk Kum Zeminde Dnme Noktas (Pivot Nokta)
Derinliklerinin Karlatrlmas........................................................... 246
izelge 7.9 Gevek Kum Zeminde Farkl Kazk Malzemeleri iin Sonularn
Karlatrlmas ................................................................................... 253
izelge 7.10 Sk Kum Zeminde Farkl Kazk Malzemeleri iin Sonularn
Karlatrlmas ................................................................................... 254
izelge 7.11 Tabakal Kum Zeminde Farkl H/L Oranlar iin Sonularn
Karlatrlmas ................................................................................... 255
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
14/301
XI
EKLLER DZN SAYFA NO
ekil 1.1. Rijit Ksa Kazk Temellerin Kullanld YapTiplerine rnekler............. 2
ekil 2.1. Brinch-Hansen Yanal Zemin Basnc Dalm (Laman, 1995) ................ 13
ekil 2.2. Brinch-Hansen Katsaylar Kq ve Kcnin Deerleri (Brinch Hansen, 1961)
.................................................................................................................... 15
ekil 2.3. Serbest Bal Rijit Ksa Kazk-telenme-Zemin Reaksiyonu ve Eilme
Momenti Dalmlar (Broms,1964-Gunanaratne, 2006) .......................... 16
ekil 2.4. Tabakal Zeminde Gme Annda Rijit Duvara Etkiyen Net Toprak
Basncnn Dalm (Meyerhof ve ark., 1981) .......................................... 18
ekil 2.5. Kum Zemindeki Yanal Ykl Rijit Bir Kazk iin ekil Faktrleri
(Meyerhof ve ark., 1981) ........................................................................... 21
ekil 2.6. nerilen Zemin Basn Dalm (Prasad ve Chari, 1999) ........................ 23
ekil 2.7. Yanal Yke Maruz Kaza Etkiyen Normal ve Kayma Gerilmelerinin
Dalm (Zhang ve ark., 2005).................................................................. 25
ekil 3.1. Deney Dzenei......................................................................................... 73
ekil 3.2. (a) Model elik Kazk (b) ekme Kolu, elik Halat ve Bilyal Kanca .... 75
ekil 3.3. Yk Hcresi (www.esit.com.tr) ................................................................. 77
ekil 3.4. Deplasman Transduseri.............................................................................. 78
ekil 3.5. ADU Cihaz ve DIALOG Program .......................................................... 79
ekil 3.6. Titreim Cihaz .......................................................................................... 80
ekil 3.7. Kazk Temel Sabitleme Aparat ................................................................. 81
ekil 3.8. Model Kazn Zeminde Dik Konumda Tutulmas ................................... 82
ekil 3.9. ev Oluturma Dzenei (Keskin, 2009) .................................................. 83
ekil 3.10. Deney Kumunun Kurutulmas ................................................................. 85
ekil 3.11. Model Kum Zeminin Dane ap Dalm Erisi .................................... 86
ekil 3.12. Gevek Kum Zeminin Kuru Birim Hacim Arlnn Belirlenmesi ...... 87
ekil 3.13. Sk Kum Zeminin Kuru Birim Hacim Arlnn Belirlenmesi ............ 88
ekil 3.14. Gevek Kum Zeminde Kesme Kutusu Deney Sonucu ............................ 89
ekil 3.15. Sk Kum Zeminde Kesme Kutusu Deney Sonucu .................................. 90
ekil 3.16. Gevek Kum Zeminde CD- Eksenli Basn Deneyi Sonular ........... 91
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
15/301
XII
ekil 3.17. Sk Kum Zeminde CD- Eksenli Basn Deneyi Sonular................. 91
ekil 3.18. Yk Hcresi Kalibrasyon Erisi .............................................................. 93
ekil 3.19. 1 Nolu Deplasman Transduseri Kalibrasyon Erisi ............................... 94
ekil 3.20. 2 Nolu Deplasman Transduseri Kalibrasyon Erisi ............................... 95
ekil 3.21. Deneyin Hazrlanmas............................................................................ 102
ekil 4.1. Yanal Yke Maruz Rijit Ksa Kazn Davran (Broms, 1964) ............ 104
ekil 4.2. Gevek Kum Zemindeki Rijit Ksa Kazklar iin Yanal Yk-Yanal
telenme likileri ................................................................................... 106
ekil 4.3. Sk Kum Zemindeki Rijit Ksa Kazklar iin Yanal Yk-Yanal telenme
likileri.................................................................................................... 106
ekil 4.4. Model Deney Sistemi Geometrisi............................................................ 109
ekil 4.5. Gevek Kum Zeminde Farkl Yanal Ykleme Hzlar iin Kazk Ba
Yanal Yk-Yanal telenme likisi ........................................................ 111
ekil 4.6. Sk Kum Zeminde Farkl Yanal Ykleme Hzlar iin Kazk Ba Yanal
Yk-Yanal telenme likisi ................................................................... 112
ekil 4.7. Gevek Kum Zeminde Farkl Yanal Ykleme Hzlar iin Kazk Ba
Dnme As-Moment Tama Kapasitesi likisi................................... 112
ekil 4.8. Sk Kum Zeminde Farkl Yanal Ykleme Hzlar iin Kazk Ba Dnme
As-Moment Tama Kapasitesi likisi ............................................... 113
ekil 4.9. Gevek ve Sk Kum Zeminde Yanal Ykleme Hz-Yanal Yk likisi 115
ekil 4.10. Gevek Kum Zeminde Farkl L/D Oranlar iin Yanal Yk-Yanal
telenme likisi (L, Deiken)............................................................... 117
ekil 4.11. Sk Kum Zeminde Farkl L/D Oranlar iin Yanal Yk-Yanal telenme
likisi (L, Deiken) ............................................................................... 117
ekil 4.12. Gevek Kum Zeminde Farkl L/D Oranlar iin Dnme As-Moment
Tama Kapasitesi likisi (L, Deiken)................................................. 118
ekil 4.13. Sk Kum Zeminde Farkl L/D Oranlar iin Dnme As-Moment
Tama Kapasitesi likisi (L, Deiken)................................................. 118
ekil 4.14. Kazk Bandaki 2 lik Dnme As iin L/D-Yanal Yk ilikileri .... 121
ekil 4.15. Gevek Kum Zeminde Farkl L/D Oranlar iin Yanal Yk-Yanal
telenme likisi (D, Deiken) .............................................................. 122
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
16/301
XIII
ekil 4.16. Sk Kum Zeminde Farkl L/D Oranlar iin Yanal Yk-Yanal telenme
likisi (D, Deiken)............................................................................... 122
ekil 4.17. Gevek Kum Zeminde Farkl L/D Oranlar iin Dnme As-Moment
Tama Kapasitesi likisi (D, Deiken) ............................................... 123
ekil 4.18. Sk Kum Zeminde Farkl L/D Oranlar iin Dnme As-Moment
Tama Kapasitesi likisi (D, Deiken) ................................................ 123
ekil 4.19. Kazk Bandaki 2lik Dnme As iin L/D-Yanal Yk likileri ..... 126
ekil 4.20. Kazk Bandaki 2lik Dnme As iin L ve D ye Bal L/D-Yanal
Yk likileri............................................................................................ 126
ekil 4.21. Gevek Kum Zeminde Farkl En kesit ekilleri iin YanalYk-Yanal
telenme likisi...................................................................................... 129
ekil 4.22. Sk Kum Zeminde Farkl En kesit ekilleri iin Yanal Yk-Yanal
telenme likisi...................................................................................... 129
ekil 4.23. Gevek Kum Zeminde Farkl En kesit ekilleri iin Dnme As-
Moment Tama Kapasitesi likisi ......................................................... 130
ekil 4.24. Sk Kum Zeminde Farkl En kesit ekilleri iin Dnme As-Moment
Tama Kapasitesi likisi ........................................................................ 130
ekil 4.25. Gevek ve Sk Kum Zeminde Farkl En kesit ekilleri iin 2lik Dnme
Asnda Yanal Yk Tama Kapasitelerinin Karlatrlmas ............... 133
ekil 4.26. Tabakal Kum Zemin Durumunun Modellenmesi................................. 135
ekil 4.27. Tabakal Kum Zeminde Yanal Yk-Yanal telenme likisi ............... 136
ekil 4.28. Tabakal Kum Zeminde Dnme As-Moment Tama Kapasitesi likisi
................................................................................................................. 137
ekil 4.29. Tabakal Kum Zeminde H/L-Yanal Yk............................................... 139
ekil 4.30. evli Zemin Yzeyi Durumunda Model Deney Geometrisi.................. 141
ekil 4.31. evli Kum Zeminde Yanal Yk-Yanal telenme likisi ..................... 142
ekil 4.32. evli Kum Zeminde Dnme As-Moment Tama Kapasitesi likisi 143
ekil 4.33. evli Kum Zeminde ev Tepesine Uzaklk-YYTKO likisi................ 145
ekil 4.34. Gevek Kum Zeminde Farkl Kazk Malzemeleri iin Yanal Yk-Yanal
telenme likisi...................................................................................... 148
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
17/301
XIV
ekil 4.35. Sk Kum Zeminde Farkl Kazk Malzemeleri iin Yanal Yk-Yanal
telenme likisi...................................................................................... 148
ekil 4.36. Gevek Kum Zeminde Farkl Kazk Malzemeleri iin Dnme As-
Moment Tama Kapasitesi likisi ......................................................... 149
ekil 4.37. Sk Kum Zeminde Farkl Kazk Malzemeleri iin Dnme As-Moment
Tama Kapasitesi likisi ........................................................................ 149
ekil 4.38. Gevek ve Sk Kum Zeminde Farkl Kazk Malzemeleri iin 2lik
Dnme Asnda Yanal Yk Tama Kapasitelerinin Karlatrlmas .. 152
ekil 5.1. Sonlu Elemanlar Yntemi........................................................................ 154
ekil 5.2. Problem Geometrisinin Sonlu Elemanlara Ayrlmas.............................. 155
ekil 5.3. Sonlu Eleman rnekleri........................................................................... 156
ekil 5.4. Dm Noktas Serbestlik Dereceleri ..................................................... 157
ekil 5.5. Global Matris Eitliklerinin Elde Edilmesi.............................................. 158
ekil 5.6. Snr artlarnn Probleme Uygulanmas ................................................. 159
ekil 5.8. Elasto-Plastik Malzeme iin Gerilme-Deformasyon likisi (Johnson ve
ark., 2006) ................................................................................................ 162
ekil 5.9. Mohr-Coulomb Gme Yzeyi (Johnson ve ark., 2006)......................... 162
ekil 5.10. dealize Edilmi Gerilme-Deformasyon likisi (Johnson ve ark., 2006)
................................................................................................................. 164
ekil 5.11. (Plaxis 3D Foundation V2-Manual)....................................................... 166
ekil 5.12. E0 ve E50Elastisite Modllerinin Tanmlanmas (Plaxis 3D V2-Manual)
................................................................................................................. 167
ekil 5.13. alma Dzlemlerinin Temsili Gsterimi ............................................ 173
ekil 5.14. Tekil Yk Veri Penceresi....................................................................... 174
ekil 5.15. Sondaj Kuyusu Veri Penceresi .............................................................. 175
ekil 5.16. Boyutlu Model Geometrisi............................................................... 177
ekil 5.17. ki ve Boyutlu Mesh Oluumunda Kullanlan Sonlu Eleman Tipleri
................................................................................................................. 178
ekil 6.1. Kazk Bandaki 1 lik Dnme As iin Yanal telenme-Yanal Yk
likileri.................................................................................................... 185
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
18/301
XV
ekil 6.2. niform Sk Kum Zemin Durumunda Boyutlu Sonlu Elemanlar A
................................................................................................................. 187
ekil 6.3. Tabakal Kum Zemin Durumunda Boyutlu Sonlu Elemanlar A..... 188
ekil 6.4. evli Kum Zemin Durumunda Boyutlu Sonlu Elemanlar A .......... 188
ekil 6.5. Gevek Kum Zeminde Elastisite Modl Etkisi...................................... 192
ekil 6.6. Sk Kum Zeminde Elastisite Modl Etkisi ........................................... 193
ekil 6.7. Ereferans-Yanal Yk Tama Kapasitesi likisi ..................................... 194
ekil 6.8. Gevek Kum Zeminde Dilatasyon Asnn Etkisi .................................. 197
ekil 6.9. Sk Kum Zeminde Dilatasyon Asnn Etkisi........................................ 197
ekil 6.10. ()-Yanal Yk Tama Kapasitesi likisi .......................................... 198
ekil 6.11. Gevek Kum Zeminde AraYzey Elemannn Etkisi ........................... 201
ekil 6.12. Sk Kum Zeminde Ara Yzey Elemannn Etkisi................................. 201
ekil 6.13. Rinter Katsaysnn Kazk-Zemin Etkileimine Etkisi........................... 202
ekil 6.14. Rinter-Yanal Yk Tama Kapasitesi likisi ....................................... 202
ekil 6.15. Gevek Kum Zeminde Kazk Gml Uzunluunun Yanal Yk Tama
Kapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ............................................ 206
ekil 6.16. Sk Kum Zeminde Kazk Gml Uzunluunun Yanal Yk Tama
Kapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ............................................ 206
ekil 6.17. Gevek Kum Zeminde Farkl Kazk Gml Uzunluklar iin Deneysel
ve Saysal Yanal Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas .... 207
ekil 6.18. Sk Kum Zeminde Farkl Kazk Gml Uzunluklar iin Deneysel ve
Saysal Yanal Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas......... 207
ekil 6.19. Gevek Kum Zeminde Kazk apnn Yanal Yk Tama Kapasitesine
Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ................................................................. 210
ekil 6.20. Sk Kum Zeminde Kazk apnn Yanal Yk Tama Kapasitesine Etkisi
(Plaxis 3D Foundation) ............................................................................ 210
ekil 6.21. Gevek Kum Zeminde Farkl Kazk aplar iin Deneysel ve Saysal
Yanal Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas ..................... 211
ekil 6.22. Sk Kum Zeminde Farkl Kazk aplar iin Deneysel ve Saysal Yanal
Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas................................ 212
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
19/301
XVI
ekil 6.23. Gevek Kum Zeminde Kesit Geometrisinin Yanal Yk Tama
Kapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ............................................ 214
ekil 6.24. Sk Kum Zeminde Kesit Geometrisinin Yanal Yk Tama Kapasitesine
Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ................................................................. 215
ekil 6.25. Gevek Kum Zeminde Farkl Kesit Geometrileri iin Deneysel ve Saysal
Yanal Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas ..................... 216
ekil 6.26. Sk Kum Zeminde Farkl Kesit Geometrileri iin Deneysel ve Saysal
Yanal Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas ..................... 216
ekil 6.27. Tabakal Kum Zemin Durumunda Rinter Katsaysnn Deiimi ......... 220
ekil 6.28. Tabakal Zemin Durumunun Yanal Yk Tama Kapasitesine Etkisi... 221
ekil 6.29. Tabakal Kum Zemin Durumunda H/L=0.25 iin Deneysel ve Saysal
Yanal Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas ..................... 222
ekil 6.30. Rinter=0.035 iin Gevek Kum Zeminde Elde Edilen Yanal Yk-Yanal
telenme likileri (Plaxis 3D Foundation)............................................. 223
ekil 6.31. Rinter=0.200 iin Sk Kum Zeminde Elde Edilen Yanal Yk-Yanal
telenme likileri (Plaxis 3D Foundation)............................................. 224
ekil 6.32. Farkl ekme Kolu Malzemesi Durumunda Gevek Kum Zeminde Elde
Edilen Yanal Yk-Yanal telenme likileri .......................................... 224
ekil 6.33. Sk Kum Zeminde Yanal Yke Maruz Model Derlin Kazk................ 225
ekil 6.34. Gevek Kum Zeminde Alminyum Model Kazk iin Deneysel ve Saysal
Yanal Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas ..................... 226
ekil 6.35. Sk Kum Zeminde Alminyum Model Kazk iin Deneysel ve Saysal
Yanal Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas ..................... 227
ekil 6.36. Gevek Kum Zeminde Kazk Malzemesinin Yanal Yk TamaKapasitesine Etkisi (Plaxis 3D Foundatin) .............................................. 228
ekil 6.37. Sk Kum Zeminde Kazk Malzemesinin Yanal Yk Tama Kapasitesine
Etkisi (Plaxis 3D Foundation) ................................................................. 229
ekil 6.38. Kendi Arl Etkisinde Stabil Olmayan evlendirilmi Kum Zemin . 231
ekil 6.39.evli Durumda ev Tepesine En Yakn ve En Uzak Konumda Elde
Edilen Yanal Yk-Yanal telenme likileri .......................................... 231
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
20/301
XVII
ekil 6.40. evli ve evsiz Durumda Elde Edilen Kazk Ba Yanal Yk-Yanal
telenme likilerinin Karlatrlmas................................................... 233
ekil 6.41. evli Kum Zeminde ev Tepesine Uzaklk-YYTKO likisi................ 233
ekil 7.1. Gevek Kum Zeminde Farkl Kazk Gml Uzunluklar iin Yanal Yk
Tama Kapasitelerinin Karlatrlmas................................................. 236
ekil 7.2. Sk Kum Zeminde Farkl Kazk Gml Uzunluklar iinYanal Yk
Tama Kapasitelerinin Karlatrlmas................................................. 238
ekil 7.3. Gevek Kum Zeminde L/D=5 iin Deneysel ve Saysal Yanal Yk-Yanal
telenme likilerinin Karlatrlmas................................................... 240
ekil 7.4. Sk Kum Zeminde L/D=5 iin Deneysel ve Saysal Yanal Yk-Yanal
telenme likilerinin Karlatrlmas................................................... 241
ekil 7.5. Gevek Kum Zeminde Farkl Kazk aplar iin Yanal Yk Tama
Kapasitelerinin Karlatrlmas ............................................................. 242
ekil 7.6. Sk Kum Zeminde Farkl Kazk aplar iin Yanal Yk Tama
Kapasitelerinin Karlatrlmas ............................................................. 244
ekil 7.7. Gevek Kum Zeminde L/D=3 iin Deneysel ve Saysal Yanal Yk-Yanal
telenme likilerinin Karlatrlmas................................................... 246
ekil 7.8. Sk Kum Zeminde L/D=3 iin Deneysel ve Saysal Yanal Yk-Yanal
telenme likilerinin Karlatrlmas................................................... 247
ekil 7.9. Gevek Kum Zeminde Farkl En Kesit ekilleri iin Yanal Yk Tama
Kapasitelerinin Karlatrlmas ............................................................. 250
ekil 7.10. Sk Kum Zeminde Farkl En Kesit ekilleri iin Yanal Yk Tama
Kapasitelerinin Karlatrlmas ............................................................. 251
ekil 7.11. Gevek Kum Zeminde B=50mm Genilikteki Kare Kesitli Kazk iin. 252
ekil 7.12. Sk Kum Zeminde B=50mm Genilikteki Kare Kesitli Kazk iin ...... 252
ekil 7.13. Gevek Kum Zeminde Derlin Model Kazk iin Deneysel ve Saysal
Yanal Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas ..................... 254
ekil 7.14. Tabakal Kum Zeminde Farkl H/L Oranlar iin Yanal Yk Tama
Kapasitelerinin Karlatrlmas ............................................................. 256
ekil 7.15. Tabakal Kum Zeminde H/L=0.50 Oran iin Deneysel ve Saysal Yanal
Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas................................ 257
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
21/301
XVIII
ekil 7.16. Tabakal Kum Zeminde H/L=0.75 Oran iin Deneysel ve Saysal Yanal
Yk-Yanal telenme likilerinin Karlatrlmas................................ 258
ekil 7.17. evlendirilmi Gevek Kum Zeminde YYTKO-ev Tepesine Uzaklk
likilerinin Karlatrlmas ................................................................... 259
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
22/301
XIX
SMGELER VE KISALTMALAR
c ; kohezyon
; isel srtnme as
Pz ; z derinliindeki efektif rt basnc
Kqz, Kcz ; Brinch Hansen pasif zemin basn katsaylar
; zemin birim hacim arl
D ; kazk ap
Kp ; Rankine pasif zemin basn katsays
L ; kazk gml uzunluu
e ; yanal yk uygulama noktasnn zemin yzeyinden ykseklii
Qu ; nihai yanal yk
Kb ; kohezyonsuz zemin iin yanal zemin basn katsays
Kc ; kohezyonlu zemin iin yanal zemin basn katsays
Pu ; nihai yanal diren
B ; kazk genilii
; zemin basnc iin ekil faktr
; kayma direnci iin ekil faktr
K0 ; skunetteki toprak basn katsays
; zemin ve kazk arasndaki ara yzey srtnme as
EpIp ; kazk eilme rijitlii
Dd ; dane ap
Cu ; niformluk katsays
Dr ; relatif sklk derecesi
k ; kuru birim hacim arlk
L/D ; narinlik oran
Dk ; deney kasasnn ap
Lk ; deney kasasnn uzunluu
Bk ; deney kasasnn genilii
Hk ; deney kasasnn ykseklii
g ; yerekim ivmesi
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
23/301
XX
N ; centrifuge ivmesi
RD ; dnme noktas derinlii
R () ; kazk bandaki dnme as
Ue ; e yksekliindeki yanal telenme
t ; deney sresi
P ; yatay yk tama kapasitesi
M ; moment tama kapasitesi
U0.10D ; kazk apnn %10u deerindeki yanal telenme
H/L ; tabakalanma oran
; ev as
x ; kazn ev tepesine yatay mesafesi
E ; elastisite modl
I ; atalet momenti
u ; telenme hareketi
; dnme hareketi
{u} ; dm noktas deplasman vektr
{u}e ; eleman deplasman vektr
[k]e ; eleman rijitlik matrisi
{f}e ; eleman yk vektr
[K] ; sistem rijitlik matrisi
{F} ; sistem yk vektr
{U} ; deplasman vektr
1 ; byk asal gerilme
2 ; orta asal gerilme
3 ; kk asal gerilme
; poisson oran
; dilatasyon as
E0 ; balang elastisite modl
E50 ; sekant elastisite modl
1 - 3 ; deviatorik gerilme
Eincrement ; birim derinlik bana elastisite modlndeki artm miktar
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
24/301
XXI
Ereferans ; referans elastisite modl
yref. ; referans derinlik
h ; yatay gerilme
v ; dey gerilme
; kayma mukavemeti
n ; normal gerilme
Rinter ; mukavemet azaltma katsays
v, 0 ; balang dey gerilmesi
h, 0 ; balang yatay gerilmesidry ; zemin kuru birim hacim arl
sat. ; zemin doygun birim hacim arl
ux, y=0 ; kazk bandaki yanal telenme
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
25/301
1.GR Erdal UNCUOLU
1
1. GR
Yksek gerilim hatt kuleleri, elektrik direkleri, otobanlarda yolun st
ksmnda belirli bir ykseklikte yer alan iaret ve bilgilendirme levhalar ile trafik
klarn tayan kpr veya konsol tipi direkler, otoban ve demiryollarndaki byk
reklam panolarn tayan direkler ve ticari reklam panolarn tayan direkler iin
kullanlan temel sistemleri esas olarak zemin yzeyi zerinden olduka yksekte
etkiyen yanal yklere kar koyacak ekilde tasarlanmaldr (ekil 1.1). Byk
devrilme momentlerine maruz olan bu tip yaplarn temel sistemleri rlatif olarak
kk saylan dey ve yatay kuvvetlere de maruzdur. Yukarda saylan yaplar iin
temel sistemi olarak, genellikle, rijit ksa kazklar kullanlmaktadr.
Ksa kazklar, aplar veya genilikleri byk ancak derinlikleri kk olan
kazklardr. Dairesel veya kare en kesit geometrisine sahip olabilirler. Ksa kazklar,
imal edilecekleri sahada zeminin zelliklerine ve artlarna bal olarak muhafaza
borulu ya da muhafaza borusuz bir kuyunun almas daha sonra da bu kuyunun
ierisine donatnn koyulup kuyu iinin beton ile doldurulmas eklinde imal
edilmektedirler. Rijit ksa kazk temeller (short bored piles), ayak (pier) temeller ile
ayn grevi yerine getirmektedirler.
Yanal yke maruz rijit ksa bir kazn gme mekanizmas flexible uzun bir
kazn gme mekanizmasndan farkldr. Rijit ksa kazk zemin yzeyi zerinden
belirli bir ykseklikte etkiyen yanal bir yke maruz kaldnda kazn etkiyen yanal
yk ve moment etkisi ile gml uzunluu boyunca herhangi bir derinlikte yer alan
bir nokta etrafnda dnerek kendisini evreleyen zemine yasland kabul edilir. Bu
durumda; dnme noktasnn st tarafnda kazk n yznde, dnme noktasnn alttarafnda da kazk arka yznde pasif zemin basnlar oluur. Zemin tarafndan
kaza etkitilen yanal zemin basnlarnn deerinin zeminin nihai yanal direncine ya
da baka bir ifade ile zeminin pasif basn deerine ulamas ile gme meydana
gelir.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
26/301
1.GR Erdal UNCUOLU
2
(a) (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Acosta_Bridge_southbound_end.jpg)
(b) (http://en.wikipedia.org/wiki/File:A27.jpg)
(c) (www.clickindia.com) (d) https://reader009.{domain}/reader009/html5/0410/5acc
ekil 1.1. Rijit Ksa Kazk Temellerin Kullanld Yap Tiplerine rnekler
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Acosta_Bridge_southbound_end.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Acosta_Bridge_southbound_end.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:A27.jpghttp://www.clickindia.com/http://img218.imageshack.us/i/04in6.jpg/http://img218.imageshack.us/i/04in6.jpg/http://www.clickindia.com/http://en.wikipedia.org/wiki/File:A27.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Acosta_Bridge_southbound_end.jpg7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
27/301
1.GR Erdal UNCUOLU
3
Yanal yke maruz kazklarn davran boyutlu ve non-lineer bir zemin-
yap etkileimi problemi olup kazk ve zemin arasndaki etkileim tarafndan kontrol
edilmektedir. Bu tip temel sistemlerinin analizi iin kullanlan yntemler eksenel
yke maruz derin temellerin analizinde kullanlan yntemler kadar ileri dzeyde
deildir. Bununla birlikte; yanal ykl kazk probleminde yk-transfer mekanizmas
son derece karmak olup eksenel yke maruz derin temellerin davranlar kadar iyi
anlalamamtr.
Yanal yke maruz rijit ksa kazklarn analizi iin kullanlan mevcut tasarm
yntemlerinin ounluu arazi ya da laboratuar model deneylerinden elde edilen
deneysel bilgilere veya basit saylabilen limit durum yaklamlarna dayanmaktadr.
Arazi deney sonularnn, zellikle, deney yaplan saha ve zemin koullar iin
geerli olmas, model deneylerden elde edilen sonularda lek etkisinin bulunmas
bununla birlikte elde edilen deneysel ilikilerin ounlukla homojen zemin koullar
iin geerli olmas ve zemin parametrelerinin keyfi seilmesi gibi nedenlerden dolay
bahsedilen yntemler ok gvenilir kabul edilmemektedir. yle ki; kohezyonsuz
zeminler ierisinde yer alan kazklarn yanal yk tama kapasiteleri farkl analitik
yntemler kullanlarak tahmin edildiklerinde elde edilen tama gc deerleri
arasnda nemli derecede farkllklar olduu grlmtr. Bu yzden; uygulamac
mhendisler, tasarm aamasnda yanal yk tama kapasitesi tahmin edilirken hangi
yaklamn daha efektif olduu konusunda zorluk yaamaktadrlar.
Yanal yke maruz kazklarn davranlarnn tahmin edilmesinde kullanlmak
zere son yllarda gelitirilmi olan yeni yaklamlar da mevcuttur. Bunlar arasnda
centrifuge modelleme teknii ve sonlu elemanlar yntemi saylabilir.
Centrifuge modelleme teknii, tam lekli arazi deneylerine ekonomik vepratik bir alternatif olarak kullanlabilmektedir. Ancak; dzenein dnya genelinde
az sayda aratrma merkezinde bulunuyor olmas bu yntem ile yaplacak almalar
ve gelitirilecek zm teknikleri iin bir snrlama oluturmaktadr.
Sonlu elemanlar yntemi, zemin mekanii ve temel mhendislii
problemlerinin tasarm ve analizlerinde, zellikle, son yirmi yldr yaygn olarak
kullanlmaktadr. Sonlu elemanlar yntemi, bir sistemin davrann etkileyebilecek
ok saydaki faktr gz nne alarak zmleme yapabilen gl bir hesaplama
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
28/301
1.GR Erdal UNCUOLU
4
aracdr. Zeminin gerilme-deformasyon davrannn non-lineer olmas ve bu
zelliin non-lineer davran zelliini tanmlayan malzeme modelleri ile dikkate
alnabilmesi sonlu elemanlar ynteminin en nemli avantajlarndan birisidir. Buna
karlk; zeminin belirsizlikler ieren ve zellik deiimi olan bir malzeme olmas,
anizotrop ve heterojen bir yapsnn olmas, kullanlan zemin modellerinin hala
eksiklikler ieriyor olmas gibi nedenlerden dolay sonlu elemanlar yntemi, yaygn
olarak, tasarm aamasnda n fikir edinmek ve problem ile ilgili parametrik alma
yapmak amac ile kullanlmaktadr.
Yanal yke maruz rijit ksa kazk problemi boyutlu ve non-lineer bir
problem olup problemin zmnde birok parametrenin dikkate alnmasn
gerektirmektedir. Bu yzden; problemin zm ile ilgili kesin sonu veren genel bir
zm teknii hala gelitirilememitir.
Bu tez almas, kuru kum zemin ierisinde yer alan yanal yke maruz rijit
ksa kazklarn yanal yk ve moment tama kapasitelerinin aratrlmasna ynelik
olarak yaplmtr. almalar kapsamnda; ok sayda kk lekli laboratuar
model deneyleri gerekletirilmi, problem boyutlu non-lineer sonlu elemanlar
yntemi ile modellenerek analiz edilmi ve mevcut analitik yaklamlar kullanlarak
yanal yk tama kapasitesi deerleri hesaplanmtr. almalar boyunca, yanal yke
maruz rijit ksa bir kazn davrannn daha iyi bir ekilde anlalabilmesi iin
literatrdeki almalardan farkl olarak aada sralanan almalar
gerekletirilmitir.
Yanal yke maruz rijit ksa kazklarn davranlarn aratrmaya ynelik arazi
ve laboratuar ykleme deneyleri, genellikle, yatay ykn sabit bir hzda
uygulanmas yolu ile gerekletirilmektedir. Ykleme hznn kum zeminin
kayma mukavemeti zerindeki etkisi, genellikle, farkl kesme hzlarnda
gerekletirilmi kesme kutusu deneyleri ile aratrlmtr. Literatrdeki
mevcut deneysel almalar incelendiinde ykleme hznn kum zemin
ierisinde yer alan yanal yke maruz rijit ksa kazklarn yanal yk tama
kapasitesine etkisini aratrmaya ynelik yaplm kk lekli bir model
deney almasna rastlanlmamtr. Bu amala; deneysel almalarda
kullanlmak zere yeni bir ykleme dzenei tasarlanp imal edilmitir.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
29/301
1.GR Erdal UNCUOLU
5
Bylelikle; yanal ykn farl hzlarda uygulanmas ve uygulanan ykleme
hznn yanal yk tama kapasitesi zerindeki etkisi hem gevek hem de sk
kum zemin durumlarnda aratrlmtr. Elde edilen sonulara gre ykleme
hzndaki deime, yanal yk tama kapasitesine nemli bir etkide
bulunmamaktadr.
Yanal yke maruz rijit ksa kazklarn tasarm iin kullanlan mevcut analitik
yntemler, kazn yanal yk tama kapasitesinin kazn en kesit eklinden
bamsz olduunu kabul etmektedirler. Broms (1964) un bildirdiine gre
Shilts ve ark. (1948), Ramelot ve Vandeperre (1950) ve Roscoe (1957), en
kesit ekilleri farkl model kazklar zerinde laboratuar yanal ykleme
deneyleri yaparak kazk en kesit eklinin kazn yanal yk tama
kapasitesine etkisini incelemi ve almalar sonucunda kazk en kesit
eklinin ksa kazklarn nihai yanal yk tama kapasitesi zerinde nemli
saylmayacak bir etkiye sahip olduunu belirtmilerdir. Yanal yke maruz
kazklarn davran zemin ve kazk arasndaki etkileim tarafndan kontrol
edildii iin kazk en kesit eklinin kazn yanal yk tama kapasitesi
zerinde nemli bir etkisi olabilir. Bu amala; dairesel ve kare en kesitli
model kazklar zerinde bir seri model deney almas yaplarak edeer
dairesel alan kabul ve apa edeer genilik kabul iin kazk en kesit
eklinin yanal yk tama kapasitesine etkisi aratrlmtr. Elde edilen
sonulara dayanlarak analitik yaklamlarda kullanlan edeer dairesel alan
kabul yaklamnn doruluu da yorumlanmtr.
Yanal yke maruz rijit ksa kazklarn davranlarn aratrmak iin yaplm
olan laboratuar model deneylerinin ounluu niform zemin koullarnda
gerekletirilmitir. Benzer ekilde; mevcut analitik yntemlerin ounluu
da sadece niform zemin koullarnda kullanlabilmektedir. Oysa; pratikte,
kazk temeller, ounlukla, mukavemet ve deformasyon zellikleri
birbirinden farkl zemin tabakalarnn oluturduu zemin profilleri ierisinde
yer almaktadr. Tabakal zemin profilleri ierisinde yer alan yanal yke maruz
kazk temellerin davranlarn incelemeye ynelik alma says olduka
snrldr. Bu almada; model kazn tabakal kum zemin ierisinde yer
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
30/301
1.GR Erdal UNCUOLU
6
almas durumunda yanal yk etkisi altndaki davran bir seri model deney
almas yaplarak aratrlmtr. Yanal yk tama kapasitesinin
tabakalanma oran H/L ile nasl bir deiim gsterecei belirlenerek
matematiksel bir ilikinin elde edilmesi amalanmtr. Bununla birlikte;
Meyerhof ve ark. (1981) tarafndan nerilmi olan analitik yaklamn
gvenilirlii de elde edilen deney sonular kullanlarak yorumlanmtr.
Deneysel almalar ile aratrlma olanann olmad kum zeminin
dilatasyon as, elastisite modl ve zemin-kazk ara yzey davrannn
yanal yk tama kapasitesi zerindeki etkileri yaplan parametrik almalar
ile saysal olarak aratrlmtr. Yaplan almalar ile yanal yk tama
kapasitesinin her bir parametre ile deiimi ve bu deiimi ifade eden
matematiksel eitlikler elde edilmitir. Saysal analizler Plaxis 3D Foundation
sonlu elemanlar program kullanlarak gerekletirilmitir. Kum zeminin
dilatasyon as, elastisite modl ve zemin-kazk ara yzey davran iin
Plaxis programnn nerdii yaklamlarn model deney almalarn ne
kadar doru modelleyebildii ortaya konmu ve saysal analizlerde model
sistemin en uygun parametreler kullanlarak modellenmesinin saysal analiz
almalarnn doruluunu ve gvenilirliini artran en nemli unsur olduu
sonucu vurgulanmtr. Yaplan parametrik almalar sonucunda bahsedilen
parametrelerin yanal yk tama kapasitesi zerinde nemli etkileri olduu
grlmtr.
Analitik yntemlerde; gme anndaki yanal yk tama kapasitesini ifade
eden deerlerin kazk banda ne kadar bir dnme as oluturduu veya
kazk bandaki yanal telenme deerlerinin ne olduu konusunda gvenilir
yaklamlar bulunmamaktadr. Analitik yntemlerden elde edilen sonular
deneysel almalardan elde edilen sonular ile karlatrlarak gerek gevek
kum zeminde gerekse de sk kum zeminde gmenin ne kadarlk bir dnme
asnda meydana gelecei yorumlanmtr.
Yaygn olarak kullanlan mevcut analitik yaklamlardan elde edilen sonular
deerlendirilerek hangi yaklamn daha gvenilir olduu ve analitik
yntemler arasndaki farkllklarn nedenleri ortaya konmutur.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
31/301
1.GR Erdal UNCUOLU
7
Tez almas aada zetlenen blmlerden olumaktadr.
kinci blmde; kum zemin ierisinde yer alan yanal ykl kazklar ile ilgili
olarak yaplm nceki almalar incelenmitir. Literatrdeki mevcut deneysel
almalar, arazi ve laboratuar deneyleri ile ilgili almalar olmak zere iki a na
balkta toplanm, laboratuar deney almalar da kk lekli laboratuar model
deney almalar ve centrifuge model deney almalar olarak iki gruba ayrlmtr.
Konu ile ilgili saysal almalar ksmnda, ounlukla, sonlu elemanlar yntemi
kullanlarak yaplm almalardan bahsedilmitir. Yanal yke maruz rijit ksa
kazklarn yanal yk tama kapasitelerinin tahmin edilmesi amacyla gelitirilmi
analitik tasarm yntemleri de ayrntl olarak aklanmtr.
nc blmde; deneysel almalar anlatlmaktadr. Deney dzenei,
deney kumu ve model kazklar ile ilgili ayrntl bilgiler verilmitir. Deney kumunun
endeks ve mukavemet zelliklerinin belirlendii deneyler ve bu deneylerden elde
edilen sonular, ykleme ve lm sistemlerinin kalibrasyonlar ve deneylerin
yaplmas srasnda uygulanacak admlar da bu blm bal altnda sunulmutur.
Drdnc blmde; uygulanacak deney program, deneysel almalardan
elde edilen verilerin nasl deerlendirilecei, gerekli hesaplamalarn nasl yaplaca
anlatlm ve deneysel almalardan elde edilen sonular sunulmutur.
Beinci blmde; sonlu elemanlar yntemi ile ilgili tanmlamalar yaplarak
sonlu elemanlar yntemine dayal hesap yapabilmek iin izlenmesi gerekli prosedr
aklanmtr. boyutlu non-lineer sonlu elemanlar program Plaxis 3D Foundation
tantlm ve yanal ykl kazk probleminin Plaxis 3D Foundation program ile
modellenerek analiz edilebilmesi iin gerekletirilmesi gerekli ilemler maddelerhalinde zetlenmitir.
Altnc blmde; deneysel almalarda inceleme imkanmzn bulunmad
baz parametrelerin yanal yke maruz rijit ksa kazn davranna etkisi yaplan
parametrik almalar ile aratrlmtr. Ayrca; Plaxis 3D Foundation program
kullanlarak gerekletirilen boyutlu non-lineer sonlu elemanlar analizinden elde
edilen sonular da bu blmde sunulmutur.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
32/301
1.GR Erdal UNCUOLU
8
Yedinci blmde; deneysel almalar, saysal analizler ve analitik
yntemlerden elde edilen yanal yk tama kapasitesi deerleri karlatrlmaktadr.
Tez almasnn son blm olan sekizinci blmde ise; gerekletirilen
almalardan elde edilen sonular zetlenmi ve ileride yaplabilecek almalar ile
ilgili nerilerde bulunulmutur.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
33/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
9
2. NCEK ALIMALAR
Bu blmde; kum zemin ierisinde yer alan yanal yke maruz kazklarn
yanal yk tama kapasitelerinin tahmin edilmesinde kullanlan analitik yaklamlar,
yanal yke maruz tek kazk ve kazk gruplar zerinde gerekletirilmi deneysel ve
saysal analiz almalar anlatlmaktadr. Bu alma; kum zemin ierisinde yer alan
yanal yke maruz rijit ksa kazklarn yanal yk ve moment tama kapasitesinin
tahmin edilmesi ile ilgili olduu iin zellikle, rijit ksa kazklarn yanal yk tama
kapasitelerini tahmin etmeye ynelik almalar ayrntl bir ekilde aklanmtr.
2.1. Analitik Yaklamlar
Yanal ykl kazk probleminde yk-transfer mekanizmas son derece
karmak olup hala tam anlam ile anlalamamtr. Bu nedenle; gnmze kadar
birok tasarm yntemi gelitirilmitir. Yanal yke maruz kazklarn davran
boyutlu ve nonlineer bir zemin-yap etkileimi problemi olup kazk ve zemin
arasndaki etkileim tarafndan kontrol edilmektedir. Kazk zellikleri (kazn
eilme rijitlii, kazn geometrisi), zeminin gerilme-deformasyon davran (kayma
mukavemeti, zeminin rijitlii ve dilatasyon zellii) ve kazk-zemin ara yzeyi yanal
yke maruz bir kazn tama kapasitesi zerinde nemli etkilere sahiptir (Fan ve
Long, 2005).
Yanal yke maruz kazk temeller aada sralanm olan artsalayacak
ekilde tasarlanmaldr (Duncan ve ark., 1994).
Uygulanan yanal yk, kaz evreleyen zeminin nihai yanal yk tama
kapasitesini aaca bylkte olmamaldr.
Uygulanan yanal yk nedeni ile kazk bnyesinde oluan eilme momentleri kazk
kesit alannn moment tama kapasitesini amamaldr.
Yanal yk etkisinde meydana gelen yanal telenme miktar st yap iin izin
verilebilir telenme deerinden kk olmaldr.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
34/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
10
Yanal ykl kazklarn analizi iin kullanlan mevcut tasarm yntemleri drt
ana grupta toplanabilir. 1-snr durum yntemi (limit state method) 2- temel zemini
reaksiyon yntemi (subgrade reaction method) 3- p-y eri yntemi 4-elastik analiz
yntemi (Fan ve Long, 2005).
Bir kazn nihai yanal yk tama kapasitesinin tahmin edilmesindeki en
basit yaklam serbest bal bir kazn statik dengesinin gz nne alnmasdr.
Yatay bir H ykne ve bir M momentine maruz kazn rijit bir kazk olduu kabul
edilip, yatay kuvvetlerin dengesi prensibi ve momentler kullanlarak elde edilen
denklemlerin zlmesi ile gmeye neden olan yatay kuvvet ve moment deeri
hesaplanabilir. zmlemeler; zemin direncinin derinlik boyunca niform olduu
durum, derinlik ile beraber dorusal olarak artt durum ve derinlik ile beraber
nonlineer olarak deitii durum olmak zere farkl zemin direnci dalmlar iin
elde edilmitir (Poulos ve Davids, 1980). Gnmzde en yaygn ekilde kullanlan
snr durum yntemleri Brinch-Hansen (1961) ve Broms (1964) tarafndan nerilmi
olan yntemlerdir.
Temel zemini reaksiyon yntemi ve p-y Eri Yntemi elastik zemine oturan
kiri kabuln (beam-on-elastic foundation) kullanmaktadr. Belirtilen yntemler,
basit olmalar ve uygun dorulukta sonular vermeleri nedenleri ile yaygn bir
kullanm alanna sahiptir. Bununla birlikte; zemin direnci nonlineer zellikte
olmasna karn zemin direncinin kazk deplasmannn dorusal bir fonksiyonu
olarak modellenmesi, yatay temel zemini reaksiyon katsaysnn zeminin temel bir
zellii olmasndan ziyade bir model parametresi olmas, zeminin srekli bir ortam
olarak kabul edilip zemin direncinin sreksiz yaylar ile modellenmesi, kazk
geometrisinin dorudan gz nne alnmamas temel zemini reaksiyon ynteminindezavantajlar olarak sralanabilir. p-y Eri Yntemi, temel zemini reaksiyon
yntemine benzer avantaj ve snrlamalara sahiptir. p-y Eri Yntemi; kaz elastik
bir eleman olarak, zemini de nonlineer zellik gsteren bir seri yay olarak
modellemektedir. Farkl olarak; p-y Eri Ynteminde, zemin direnci kazk
deplasmannn nonlineer bir fonksiyonu olarak gz nne alnmakta ve elastik
zemine oturan Winkler kirii yaklamnda zemin, deneysel olarak elde edilmi
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
35/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
11
nonlineer zellikteki yaylar (p-y erileri) ile temsil edilmektedir (Brown ve Shie,
1990; Duncan ve ark., 1994; Fan ve Long, 2005).
Elastik analiz ynteminde zemin homojen, izotrop ve elastik davran
zelliine sahip srekli bir ortam olarak kabul edilmektedir. Eer zemin ktlesi
ierisinde tamam ile elastik artlar hakim ise, kazk uzunluu boyunca kazn ve
zeminin yatay deplasmanlar birbirine eit olacaktr. Zeminin lineer elastik zellikte
srekli bir ortam olarak kabul edildii bu yaklamda; kazk ve zemin ortam ayr
ayr analiz edilir ve iteratif bir ilem uygulanarak kazk-zemin ara yzeyi boyunca
kazk ve zemin iin elde edilmi olan telenme ve basn deerlerinin birbiri ile
elemesi salanr. Zemin deplasmanlar, yar sonsuz bir ktle ierisinde tekil bir
yatay yk nedeni ile bir noktada oluan yatay deplasman deerinin belirlenmesi iin
Mindlin tarafndan nerilen eitlie dayanlarak elde edilmektedir. Kazk
deplasmanlar hesaplanrken de kirilerdeki eilmeyi idare eden differansiyel
denklem kullanlmaktadr. (Poulos, 1971; Poulos ve Davids, 1980, Laman ve ark.,
1999). Yanal yke maruz kazk davrannn analizi iin gelitirilmi mevcut
yntemler izelge 2.1de karlatrlmtr.
Temel zemini reaksiyon yntemi, p-y eri yntemi ve elastik analiz yntemi
gml uzunluk / ap orannn byk olduu flexible kazklarn yanal yk etkisi
altndaki davranlarnn incelenmesinde yaygn olarak kullanlmaktadr. Bu
yntemlerin gml uzunluk / ap orannn kk olduu rijit ksa kazklarn
davranlarnn tahmin edilmesinde kullanlmas uygun deildir. nk; iki farkl
durum iin iki farkl gme mekanizmas sz konusudur. Flexible (uzun) kazklarda
yanal yk etkisi altnda kazkta meydana gelen telenmeler sonucu kazk kesit
alannn yenilme momentinin almas ile gme meydana gelirken rijit ksakazklarda kazn yanal yk etkisinde bir btn eklinde bir nokta etrafnda dnerek
zemine yaslanmas ve zeminin tama gcnn almas sz konusudur. Rijit ksa
kazklarn yanal yk ve moment tama kapasitesi ile ilgili mevcut tasarm
yntemlerinin ounluu tam lekli arazi deneyleri ya da laboratuar model
deneylerinden elde edilen deneysel bilgilere ya da olduka basit limit durum
yaklamlarna dayanmaktadr (Laman ve ark., 1999). Bu yntemlerden en nemli
olanlar ayrntl bir ekilde aadaki blmde aklanmtr.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
36/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
12
izelge2.1YanalYklKazkAnaliz
Yntemlerive
zellikleri(Kim
veark.,
2004)
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
37/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
13
2.1.1. Brinch-Hansen (1961)
Brinch-Hansen (1961), nihai dayanm teorisi ve bir dnme noktasna dayal
olan bir tasarm forml gelitirmitir. Bu yntem, hem niform zeminlerde hem de
tabakal zeminlerde uygulanabilir. Yntem temel olarak yanal zemin basnc
teorisine dayanmaktadr. Brinch-Hansen (1961) nerdii yntemde, ayrca, kazk
uzunluu boyunca zemin direncinin deiimini de gz nne almaktadr.
ekil 2.1. Brinch-Hansen Yanal Zemin Basnc Dalm (Laman, 1995)
ekil 2.1de D derinliine aklm B x b kesit alanna sahip dey bir kazk
grlmektedir. Dey kazk b geniliine dik ynde etkiyen yatay bir F kuvvetine
maruzdur. Yatay F kuvveti zemin yzeyinden itibaren L yksekliinde etkimektedir.
Zemin tabakas kohezyon (c) ve isel srtnme asna () sahip genel zemin
durumunu (c - zemini) temsil etmektedir.
B
z
a
Pz
b
D
L
F
Zemin Yzeyi
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
38/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
14
Kazn ok salam olduu ve uygulanan F kuvveti etkisinde kazkta mafsal
olumad, kazn rijit bir ktle olarak zemin yzeyinden itibaren a kadar derinde
bulunan bir nokta etrafnda dnd kabul edilir. Bu kabule dayanlarak, gme
annda, o ana kadar olumu olan elastik deformasyonlar ihmal edilmektedir.
Brinch-Hansen tarafndan nerilmi olan bu yntemde dnme noktas
derinlii deneme-yanlma ilemleri sonucu belirlenir. Dnme noktasnn stnde ve
altnda meydana gelen pasif zemin basn alanlarnn yanal ykn uyguland
noktaya gre momentleri birbirine eittir. ki basn alan arasndaki fark yanal yke
maruz rijit ksa kaznyanal yk tama kapasitesini verecektir.
Zemin yzeyinden itibaren herhangi bir z derinliinde kaza etkiyen pasif
direncin deeri (2.1) eitliinde ifade edildii gibidir.
Pz = z Kqz + c Kcz (2.1)
Pz ; z derinliindeki efektif rt basnc,
c; zeminin kayma mukavemetidir. Ksa sreli yklemelerde drenajsz kayma
mukavemeti cukullanlr.
Kqz, Kcz ; zemin zellikleri, z derinlii ve kazk geniliine (apna) bal pasif zemin
basn katsaylardr.
Brinch-Hansen (1961) tarafndan nerilmi olan Kqz ve Kcz katsaylarnn
deerleri grafikler halinde ekil 2.2de sunulmutur.
Kohezyonsuz zemin ierisinde yer alan bir kazn birim uzunluuna etkiyen
nihai zemin direncinin deeri aadaki eitlik ile hesaplanabilmektedir.
Pult. = Pz Kqz B (2.2)
Bu eitlikte yer alan;
B; kazn genilii ya da apdr.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
39/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
15
ekil 2.2. Brinch-Hansen Katsaylar Kq ve Kcnin Deerleri (Brinch Hansen, 1961)
2.1.2. Broms (1964)
Broms (1964); kohezyonsuz zeminler ierisinde yer alan akma kazklarnyanal yk tama kapasitelerini tahmin edebilmek iin bir yntem nermitir. Broms
(1964)un nermi olduu bu yntem kolay anlalr ve basit olmas nedeni ile temel
mhendisleri tarafndan kule ve direk temellerinin tasarmnda yaygn olarak
kullanlmaktadr. Bu yntemde; yanal yk etkisine maruz kazklarn yanal yk
tama kapasitelerinin kaz evreleyen kohezyonsuz zeminin yanal yndeki
mukavemeti ya da kazk kesit alannn eilme momenti tama kapasitesi tarafndan
kontrol edildii kabul edilmektedir. Broms (1964) nermi olduu yntemde; gmeanndaki yanal zemin basnlarnn pasif Rankine zemin basncnn katna eit
olduunu ve yanal zemin basncnn yanal yklenmi kazn kesit alannn eklinden
bamsz olduunu kabul etmitir. Gme annda kaz evreleyen zeminde pasif
yanal direncin tamam ile aktif hale geldii dier bir ifade ile kaz evreleyen
zemindeki yanal zemin basn deerinin pasif zemin basnc deerine ulat kabul
edilmektedir. Yanal ykl bir kazn gme ekli kazn gml uzunluuna ve
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
40/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
16
kazk ba snr artna baldr. Serbest bal rijit ksa bir kazn gme ekli ve
gme anndakiyanal zemin basnc dalm ekil 2.3de grld gibidir.
Zemin yzeyinden z kadar bir derinlikte kazk birim uzunluuna etkiyen
zemin reaksiyonu, Q, aadaki eitlik ile hesaplanmaktadr.
Q=3DzKp (2.3)
Bu eitlikte yer alan;
D; kazk ap,
; zemin birim hacim arl,
Kp; Rankine pasif zemin basn katsays, Kp=tan2(45+/2).
ekil 2.3. Serbest Bal Rijit Ksa Kazk-telenme-Zemin Reaksiyonu ve EilmeMomenti Dalmlar (Broms,1964-Gunanaratne, 2006)
Gme annda meydana gelmi olan yanal telenmelerin, pasif Rankine
zemin basncnn katna eit olduu kabul edilen yanal direncin oluabilmesi iin
yeterli byklkte olduu kabul edilmektedir. Kazk ucu civarnda kazn arka
yzeyinde etkiyen byk deerdeki pasif zemin basnlarnn nerilen yntemde
Kabul EdilenZemin ReaksiyonDalm
L
e
Yk = PR
a
f
g
Mmax
KazkUcundakiEdeerYk
telenme Zemin Reaksiyonu Eilme Momenti
3DLKp
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
41/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
17
kazk ucunda etkiyen tekil bir yk olarak kabul edildii belirtilmitir. Yanal yke
maruz bir kazn yanal yk tama kapasitesi kuvvetlerin dengesi prensibi gz nne
alnarak sisteme etkiyen kuvvetlerin kazk ucuna gre momentleri alnarak
hesaplanr.
Sisteme etkiyen P ve R kuvvetlerinin kazk ucuna gre momenti Md dir.
Md = P(e+L)+Ra (2.4)
Gme annda kazk gml uzunluu boyunca kaza etkiyen yanal zemin
basnlarnn kazk ucuna gre momenti Mrdir.
Mr= 0.50 D L3 Kp (2.5)
Gme annda Md ve Mrmomentlerinin birbirine eit olduu kabul edilirse;
R=0 iin
P= 0.50DL3Kp / (e+L) (2.6)
P=0 iin
R=0.50DL3Kp / a (2.7)
Maksimum eilme momenti zemin yzeyinden f kadar derinde meydana
gelmektedir. Meydana gelen maksimum eilme momentinin kazk kesit alannn
yenilme momenti deeri Myden kk olduu kabul edilir.
f = 0.82 )DK/(P p (2.8)
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
42/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
18
2.1.3. Meyerhof ve Ark. (1981)
Meyerhof ve ark. (1981) kum ve kil zemin tabakalarndan oluan iki tabakal
bir zemin ktlesi ierisinde yer alan yanal yke maruz serbest bal rijit bir duvarn
nihai yanal yk tama kapasitesini ve yanal telenmesini aratrmlardr. Homojen
zemin ktlesi ierisinde yer alan yanal yke maruz rijit duvarlarn yanal yk tama
kapasiteleri ve yanal telenme deerlerini tahmin etmek iin kullanlan mevcut
teoriler tabakal zemin durumu iin gelitirilmitir. Gelitirilmi olan bu teorik
yaklam ekil faktrleri kullanlarak modifiye edilmi ve tabakal zeminler
ierisinde yer alan yanal yke maruz rijit ksa kazklarn yanal yk tama
kapasitelerinin tahmin edilmesinde kullanlmtr.
ekil 2.4. Tabakal Zeminde Gme Annda Rijit Duvara Etkiyen Net ToprakBasncnn Dalm (Meyerhof ve ark., 1981)
ekil 2.4de grld gibi tabakal bir zemin ierisine ksmen gml
haldeki serbest bal, przl, rijit bir duvar, duvar st kotunda etkiyen yatay bir Qu
ykne maruz kaldnda duvar dnme noktasnn st tarafnda duvarn n yznde
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
43/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
19
ve dnme noktasnn altnda duvararka yznde pasif zemin basnlar olumaktadr.
Duvar zerinde etkili olan net zemin basnc dalmnn her bir tabakada tabaka
derinlii boyunca dorusal olarak deitii ve bununla birlikte bir tabakadan dierine
geerken sreksizlik gsterdii kabul edilmektedir. Net zemin basncnn duvar
gml uzunluu boyunca dalm Coulomb teorisine gre tanmlanmtr. Dnme
noktasnn altnda duvar arka yznde etkili olan pasif zemin basncnn dalmnn
kabaca bir gen olduu kabul edilir. Duvar u noktasnda etkiyen maksimum pasif
zemin basncnn deeri Coulomb teorisine gre hesaplanmaktadr.
Duvar birim geniliine etkiyen nihai yanal yk deeri Qu, ekil 2.4de
grlen yatay kuvvetlerin dengesi ve kuvvetlerin O noktasna gre momentleri
alnarak elde edilebilir. Nihai yanal yk deeri hesaplanrken zemin birim hacim
arl deeri olarak tabakalarn birim hacim arlk deerlerinin ortalamas
alnmaktadr.
= (1 + 2) / 2 (2.9)
Qu = D2 Kb2 Fb rb + c2 D
Kc2 Fc rc (2.10)
Bu eitlikte yer alan;
Qu; duvar birim geniliine etkiyen nihai yanal yk deeri,
D; duvar gml uzunluu,
Fb, Fc; sras ile zeminin arl ve kohezyonu iin yanal diren faktrleridir. st
tabaka kalnlnn duvar gml uzunluuna oran H/Dye ve zemin
tabakalarnn rlatif yanal direnleri arasndaki orana bal olarak tabakal
zeminlerin farkl tabakalama durumlar iin grafikler halinde tanmlanmtr.
Kb, Kc; sras ile kohezyonsuz ve kohezyonlu zeminlerdeki yanal zemin basn
katsaylardr.
Kb = tan2 (45+/2) - tan2 (45-/2)
Kc = 2tan(45+/2)
c; kohezyon,
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
44/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
20
rb, rc; M = Qu e momentinin etkisini gz nne alan azaltma faktrdr.
rb = 1/(1+1.40e/D)
rc = 1/(1+1.90e/D)
e; yatay yk uygulama noktasnn zemin yzeyinden yksekliidir.
Kohezyonsuz zemin durumunda (c=0) 2.10 eitlii aada belirtildii gibi
elde edilir.
Qu = D2 Kb2 Fb rb (2.11)
Homojen kum zemin ierisinde yer alan serbest bal rijit dey bir kazn
nihai yanal yk tama kapasitesi sbuekil faktr kullanlarak rijit duvarlar iin elde
edilmi yaklamdan hareketle hesaplanabilir. sbu ekil faktr, yanal yke maruz rijit
duvarlar iin nerilmi olan eitlikile arplarak yanal yke maruz serbest bal rijit
kazn yanal yk tama kapasitesini tahmin eden ifade elde edilebilir.
Qu = B( D2 Kb Fb rb sbu) (2.12)
Bu eitlikte yer alan B, kazk ap ya da kazk geniliini ifade etmektedir.
Tabakal bir zemin ierisinde yer alan serbest bal rijit dey bir kazn
yanal yk tama kapasitesi ise sb ve scekil faktrleri kullanlarak elde edilmektedir.
ap veya genilii B olan bir kazn yanal yk tama kapasitesi aadaki eitlik
kullanlarak tahmin edilebilir.
Qu = ( D2 Kb2 Fb rb sb + c2 DKc2 Fc rc sc)B (2.13)
ki tabakal zemin durumunda yanal diren faktrleri Fb ve Fcnin deerlerinin
tanmlanmas iin rlatif diren deerleri Kb1sb1 / Kb2sb2 ve c1Kc1sc1 / c2Kc2sc2
kullanlr. Rlatif diren oranlar hesaplanrken kullanlan ekil faktrleri sb ve sc,
stte yer alan tabaka iin z/B=H/2, altta yer alan tabaka iin de z/B = (D+H)/2
ortalama derinliinde tanmlanmaktadr.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
45/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
21
ekil faktrleri sbu, sb ve sc, z/B, D/B ve isel srtnme asnn bir
fonksiyonu olarak homojen ve tabakal kum zeminler iin ekil 2.5de grafik halinde
sunulmutur.
Homojen kum zemin ierisinde yer alan rijit bir kazn birim uzunluuna
etkiyen nihai yanal zemin direncinin deeri aadaki eitlik ile hesaplanmaktadr.
Pult. = z Kb sbu B (2.14)
ekil 2.5. Kum Zemindeki Yanal Ykl Rijit Bir Kazk iin ekil Faktrleri(Meyerhof ve ark., 1981)
2.1.4. Prasad and Chari (1999)
Prasad ve Chari (1999) yapm olduklar deneysel almada rijit bir model
kazn uzunluu ve genilii boyunca gerek zemin basn dalmlarn
lmlerdir. Prasad ve Chari (1999) alma sonucunda kohezyonsuz zeminlerde
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
46/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
22
yer alan rijit kazklarn yanal yk tama kapasitelerini ve rijit kazklara etkiyen
zemin basn dalmn tahmin etmek iin bir yntem nermilerdir.
Prasad ve Chari (1999) tarafndan nerilen yntemde deneysel almalardan
elde edilen sonulara dayanlarak yanal basncn derinlik boyunca deiimi ekil
2.6da grld gibi idealize edilmitir. Pasif zemin basncnn zemin yzeyindeki
deeri sfrdr. ekil 2.6da grlen x derinlii dnme noktasnn zemin yzeyine
olan uzakln gstermektedir. Yanal zemin basnc lineer bir ekilde artarak dnme
noktas derinliinin %60 derinlikte maksimum deerine ulamaktadr. 0.6x
derinliinde maksimum deerine ulaan yanal zemin basnc bu derinlikten sonra
lineer bir ekilde azalarak dnme noktas derinliinde sfr olur. Dnme noktas
derinliinin altnda pasif zemin basnc kazn arka yznde etkimeye balar. Yanal
basncn deeri dnme noktasnda sfr iken derinlik ile birlikte lineer olarak artp
kazk ucunda maksimum bir deere ular. Kazk ucunda etkiyen yanal basncn
deeri 0.6x derinliinde etkiyen basn deerinin 1.7 kat byklndedir. Kazn
n yznde etkiyen maksimum pasif zemin basncnn deeri aadaki eitlik
kullanlarak hesaplanabilir.
P0.6x = s Kp 0.6 x (2.15)
Bu eitlikte;
s; ekil faktr,
Kp; Rankine pasif zemin basn katsays, Kp = tan2 (45+/2),
x; dnme noktas derinliidir.
Hem ekil faktr s hem de Kp katsays isel srtnme as nin
fonksiyonu olup aadaki eitlik ile tanmlanr.
sKp = 10(1. 3 tan + 0.3) (2.16)
Rijit ksa kazklarn dnme noktas derinlii ve yanal yk tama kapasiteleri
2.17 ve 2.18 eitlikleri kullanlarak hesaplanmaktadr.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
47/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
23
x = [-(0.567L + 2.7e) + (5.307L2 + 7.29e2 + 10.541eL)0.5] / 2.1996 (2.17)
Qu = 0.24 [10(1.3tan+0.3)] x B {2.7a - 1.7L} (2.18)
Bu eitliklerde yer alan;
L = kazk gml uzunluu,
e = yanal yk uygulama noktasnn zemin yzeyinden ykseklii,
x = dnme noktas derinliidir.
ekil 2.6. nerilen Zemin Basn Dalm (Prasad ve Chari, 1999)
Bununla birlikte; dairesel bir kazkta kazn eklinden dolay kaza etkiyen
yanal zemin basncnn deeri kazk kenarlarnda muhtemelen sfr veya sfra yakn
bir deer iken, kazk merkezine karlk gelen yzeyde basn deeri pik bir deerdir.
B
Hu
e
0.6x
x
L
z
Pz
P0.6x
dz
1.7 (P0.6x)
BPz
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
48/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
24
Bu durum; Prasad ve Chari (1999) tarafndan kazk evresindeki farkl lokasyonlara
basn transduserleri yerletirmek sureti ile deneysel olarak dorulanmtr. Kazn
yanal yk tama kapasitesi teorik olarak hesaplanrken kazk genilii boyunca
niform olmayan bu basn dalmnn dikkate alnmas gerekmektedir. Deiken
basn dalm ortalama niform bir basn dalm eklinde dnlmtr.
Ortalama niform basn deeri llen pik basn deerinin 0.8 katdr.
Prasad ve Chari (1999) tarafndan nerilmi olan basn dalmnda kazn
n yzndeki maksimum pasif basn noktas, sadece, niform kohezyonsuz
zeminlerde yer alan rijit model kazklar zerinde yrtlm deney sonularna
dayanlarak gelitirildiinden yntem sadece niform kohezyonsuz zeminler
ierisinde yer alan rijit ksa kazklara uygulanabilir. Bununla birlikte nerilen
eitlikler isel srtnme asnn , 30 ile 50 derece arasnda olduu durumlar iin
geerlidir.
2.1.5. Zhang ve ark. (2005)
Zhang ve ark. (2005) yapm olduklar almada ilk olarak kohezyonsuz
zeminler ierisinde yer alan yanal yke maruz kazklarn nihai yanal yk tama
kapasitelerini tahmin etmek iin kullanlan mevcut tasarm yntemlerini
incelemilerdir. Kazk genilii boyunca yanal zemin direncinin dalm analiz
edilerek, literatrde yaynlanm, kohezyonsuz zeminlerdeki rijit kazklar zerinde
gerekletirilmi, sekiz adet model deneyin sonularna dayanlarak basit bir yntem
gelitirilmitir. nerilen yntem zeminin nihai tama gcn dikkate aldndan
hem rijit hem de flexible kazklar iin uygulanabilir.
ekil 2.7de grld gibi, kazn yanal yndeki hareketine kar zeminin
gstermi olduu diren iki bileenden olumaktadr. Bunlardan ilki; kazn n
yzne etkiyen normal reaksiyon direnci, ikincisi ise kazn kenar yzlerinde etkili
olan kayma direncidir.
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
49/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
25
ekil 2.7. Yanal Yke Maruz Kaza Etkiyen Normal ve Kayma Gerilmelerinin
Dalm (Zhang ve ark., 2005)
Zemin tarafndan kaza uygulanan nihai yanal diren, Pu, aadaki eitlik ile
ifade edilebilir;
Pu = Q+F (2.19)
Q = Kazn n yzne dik (normal olan) olarak etkiyen nihai zemin direncinin net
deeri,
F = Nihai yanal kayma direncinin (kazk yzeyine teet kenar-zemin srtnmesi) net
deeri.
Q ve F ifadeleri birim uzunlua etkiyen kuvvetlerdir. Q ve F ifadeleri
aadaki eitlikler yardm ile elde edilirler.
Q = PmaxB (2.20)
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
50/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
26
F = maxB (2.21)
Bu eitliklerde yer alan parametrelerden;
B : Kazk ap,
:Kazn n yznde etkiyen ve niform olmayan bir dalm gsteren zemin
basnc iin ekil faktr,
:Yanal kayma srklenme direncinin niform olmayan dalm iin ekil
faktr,
Pmax= 0 daki maksimum zemin basnc deeri,max/2 deki maksimum kenar kayma direncidir.
ve ekil faktrleri kullanlarak basn dalmlar niform hale
getirilmektedir. Briaud ve Smith (1983)e gre; ve nin deerleri aadaki gibi
alnabilir;
Dairesel Kazk iin; = 0.8 ve = 1.0
Kare Kesitli Kazk iin; = 1.0 ve = 2.0
(2.20) ve (2.21) eitlikleri (2.19) eitlikliinde yerine konacak olursa; zemintarafndan kaza uygulanacak yanal diren, Pu, aadaki gibi ifade edilir;
Pu = (Pmax + max)B (2.22)
Pmax ve max ifadelerinin elde edilmesine ynelik de bir alma yaplm ve
elde edilen sonulara gre Pmax ve max ifadelerinin en doru ve gvenilir olarak
aadaki ekilde elde edilebilecekleri belirtilmitir;
Pmax = Kp2 z (2.23)
max = K z tan (2.24)
K : Yanal zemin basn katsays,
7/29/2019 ZEMN BTRME DENEYLER
51/301
2. NCEK ALIMALAR Erdal UNCUOLU
27
: Zemin ve kazk arasndaki ara yzey srtnme asdr. deeri; zemin tipi ve
sklnn birfonksiyonudur.
Hem kazn n yzne etkiyen zemin direnci hem de kazn kenarlarnda
etkili olan kayma direnci iin ekil 2.8de grlen Prasad ve Chari (1999) tarafndan
nerilmi olan basn dalmnn ekli kullanlmtr. 2.25 ve 2.26 eitlikleri;
kohezyonsuz zeminlerdeki rijit deney kazklarnn (arazi ve laboratuar) yanal yk
tama kapasitelerini belirlemede kullanlr. Eitliklerde yer alan K ve katsaylar
Kulhawy ve ark. (1983) ve Kulhawy (1991) tarafndan izelge 2.2 ve izelge 2.3de
nerilmi olan deerler kullanlarak elde edilmektedir.
a = [-(0.567L + 2.7e) + (5.307L2 + 7.29e2 + 10.541eL)0.5] / 2.1996 (2.25)
Hu = 0.3(Kp2 + Ktan)aB(2.7a-1.7L) (2.26)
izelge 2.2 Kulhawy ve ark. (1983) ve Kulhawy (1991) Tarafndan nerilmi OlanK Katsays Deerleri (Zhang ve ark., 2005)
Kazk Tipi ve malat Yntemi K
Pile-jetted (0.5-0.7)K0
Kk deplasman kaz, akma kazk (0.7-1.2)K0
Byk deplasman kaz, akma kazk (1.0-2.0)K0
Kuru yntem kullanlarak yaplan, kuyu eperlerindeki rselenmenin
minimum olduu ve betonlamann abuk yapld fore kazk(0.9-1.0)K0
yi bir iilikle sulu har yntemi ile yaplan fore kazk (0.9-1.0)K0
Kt bir iilikle sulu har yntemi ile yaplan fore kazk (0.6-0.7)K0
Yeralt su seviyesi altnda muhafaza borusu kullan