Parametric analysis of nailed soil structures
Zemin çivili iksa sisteminin parametrik analizi
- Tez No: 534641
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSAFFA AYŞEN LAV
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Zemin, çekme gerilmelerine karşı zayıftır. Zemin çivisi tekniği olarak adlandırılan iyileştirme, zeminin düşük çekme kapasitesini telafi etmek için, zeminin kayma mukavemetini artırmak amacıyla kullanılmaktadır. Zemin çivisi imalatı, birbirine yakın çelik çubukların montajı ile zemini güçlendirmesi amacıyla gerçekleştirilir. Çubukların çevresinde, enjeksiyon prosedürü gerçekleştirilir ve delgi prosedürü ankraj gibi, uçdan dipe doğru gerçekleştirilir. Çiviler arasında bağ bulunmamaktadır bu nedenle zemin deforme edilerek , çivi içinde gerilme oluşur. Bu kuvvet, çimento , çivi ve zemin arasındaki sürtünme sebebiyle eğimin arkasındaki güvenilir zemine iletilir. Zemin çivisi yönteminin avantajları, atölyede minimum yer işgal etmesi, uygulanmasının hızlı ve ekonomik olması, uygulanması için özel ekipman ve profesyonel işgücü gerektirmemesidir. Bunlara ek olarak zemin çivisi yöntemi dinamik yükler altında da zemin stabilitesine olumlu katkı sağlamaktadır. Zemin çivileri hem kohezyonlu zeminler hem de kohezyonsuz zeminlerin stabilitesini arttırmak için kullanılabilir. Zemin çivisi imalatı, düşük maliyetli, yerleşik inşaat teknikleriyle kolay ve kısa yapım süresi gibi önemli mühendislik avantajlarına sahiptir. Bu süreç, kohezyonlu zemin, kaya, şist veya kohezyonsuz zeminlerde etkilidir. zemin çivileri kohezyonsuz zeminlerin kayma mukavemetini artırabilir. Zemin çivisi yöntemi, ankraj yöntemile aynı zamanlarda geliştirilmiştir. Bu yöntem ilk olarak 1960'ların ortalarında ve tünel açılması ve Yeni Avusturya Tünel Metodu uygulanırken kullanılmıştır. İlk zemin çivili iksa sistemi, 1972'de Fransa'da yapılmıştır. Zemini modellemede, çok sayıda yöntem vardır. Uygun bir model seçmek detaylı çalışmalara ihtiyaç duyar. Bu çalışmada seçilen model Hardening-Soil zemin modelidir. Hardening-Soil zemin modeli, tasarım ve araştırma amaçları için yeterince pratiktir. Bu modelin, zeminin lineer olmayan davranışını değerlendirmek için kullanılması önerilmiştir. Yeterli olmasına rağmen, aşırı derecede de karmaşık değildir. Hardening-soil zemin modelinde plastik gerilme ile ilgili avantajlardan birisi, modelin kayma yüzeyinin sabit olmaması ve genleşebilir olmasıdır. Bu model, yumuşak zeminleri veya sert zeminleri modellemek ve analiz etmek için kullanılabilen geliştirilmiştir. Bu çalışma, PLAXIS 2D 2018 program ile yapılan parametrik bir incelemedir. Bu çalışmanın amacı zemin çivisi uygulanmış zemini etkileyen imalata ait parametreleri değerlendirmektir. en etkili parametrenin bulunması bu çalışmanın en önemli amacıdır. Bu nedenle çivilerin uzunluğu, açıları ve aralıkları modellenmiştir ve değerlendirilmiştir. Bu tez kapsamında, sonuçların doğru ve pratik uygulama için geçerli olmasını sağlamak için detaylı bir çalışma yapılmıştır. Çivileri kullanarak takviye edilmiş zeminin davranışını değerlendirmek için önce literatür taramasında kapsamlı bir çalışma yapılmıştır. Oluşturulan modelin gerçeğe uygun çalıştığından emin olabilmek için kurulan model gerçek bir vaka ile doğrulamıştır. Bu çalışmada, zemin parametreleri İranın Tahran şehri merkezinde bir xxvi sahada yapılmış uygulamadan alınmıştır. Tahran'da bir alanda 29,3 metre derinliğinde bir kazı yapılmıştır. Geçici iksa sistemi için zemin çivileri kullanılmıştır. Oluşturulan model, vaka çalışmasıyla aynı davranışı göstermiştir. Modelin doğru çalıştığından emin olunmasından sonra parametrik çalışmalar yapmak maksadıyla yeni modeller hazırlanmıştır. Bu çalışmada zemin çivisi uygulanmış zeminin davranışları, düzlemsel deformasyona sahib sayılarak Plaxis 2D'de değerlendirilmiştir. Bu çalışmanın amacı, çivi uzunluğu, yerleştirilen çivinin eğim açısı, çivi sıraları arasındaki düşey mesafe ve sürşarj yükü gibi parametrelerin etkisini görmektir. Bununla birlikte optimize edilmiş zemin çivisi uygulanmış sistemin göçme anına kadar gösterebileceği maksimum mukavemet ve güvenlik sayısı araştırılmıştır. Değiştirilmiş parametreler çivilerin uzunluğu, çivilerin eğimi ve çivi sıralarının düşey yönde aralıklarıdır. Çivi uzunluğu zemin stabilizesini artırsada bu artış bir noktaya kadar geçerlidir ve o noktadan sonra önemli bir etkisi yoktur. Bu nedenile, zemin çivi tasarımında bu optimum uzunluk dikkate alınmalıdır. Eğer çivi optimum uzunluktan daha uzun olursa, zemin-çivi sisteminin davranışı üzerinde herhangi bir önemli etkiye sahip olmayacaktır. Çivisi eğimi tasarımda ikinci önemli faktördür. Zemin-Çivi sisteminde de optimum bir eğim vardır. Bu çalışmada optimum eğim 15 derece olarak belirlenmiştir. Ayrıca çivilerin düşey aralıkları da zemin-çivi sistemi üzerinde çok etkili bir faktördür. Örneğin, derinlikle, çivi aralığını azaltmak iksa sisteminin yanal yer değiştirmesini azaltmaktadır. Ancak iksa sisteminin tabanından belirli bir derinliğe kadar, diyafram duvarının yer değiştirmesini çivi uzunluğu veya eğimi etkilemeyecektir. Yanal deplasmanı azaltan tek faktör çivi aralıklarıdır. Çoğu durumda, 3 metrelik mesafe ile karşılaştırıldığında 1,5 metrelik mesafenin iyileştirme oranı yüzde 20 daha yüksektir. İlave yük, iksa sisteminin yer değiştirmesini arttırır ve aynı zamanda yapının güvenlik faktörünü azaltır. Şevin yakınında ilave yükün var olması durumunda daha uzun çiviler muazzam miktarda yük taşıyabilir. Yüksek ilave yüklerde 1,5 metre aralıklı çivilerin kullanılması, 3 metrelik aralıklı ile karşılaştırıldığında, yer değiştirmeyi oldukça azaltmıştır. 1,5 ve 3 metrelik aralıkların güvenlik faktörü üzerinde herhangi bir etkisi yoktur.
Özet (Çeviri)
Soil resists shear and compression but is very weak against tensile loads. To compensate the weak tensile capacity of the soil, introduction of reinforcement which is called nailing technique can improve the shear strength of soil. Because nails would cross the unstable zone to a more stable zone in the soil behind the nailed wall. Additionally, by the means of the combination of the steel as well as grout the soil can withstand the loads which were generated due to the excavation. Nailing means to arm the soil with the help of the installation of steel bars close together. In the vicinity of the bars, the injection procedure is performed and the digging, such as an anchor, is performed from top to bottom. Among many soil reinforcement methods, nail deal with soil deformation and arming. In the nailing, the nails are not tied up, and as the soil is deformed, the force is created inside the nails. This force is transmitted through the rupture mechanism through friction between the nail-slurry assembly and the soil to the stable soil mass behind the rupture mechanism. The nail is effective for loose soils and nailing should be done in loose soil for slope stabilization. The advantages of the nailing that should be considered in the designing are minimum occupancy of space in the workshop, its application is fast and in most economical ways, its implementation does not require specialized equipment and skilled labor and proper seismic behavior. Nails can be used to improve the stability of both cohesive soils as well as cohesionless soils. Using soil nailing can have significant engineering benefits such as low cost, easy with established construction techniques, and short construction period. This process is effective in cohesive soil, broken rock, shale or fixed face conditions. Additionally, soil nails can enhance the shear strength of cohesionless soils. The nailing method was developed almost simultaneously with methods such as anchoring, geogrid as well as jet grout. This method was first used in the early and mid-1960s to stabilize the tunnel drilling rig and the New Austrian Tunneling Method. The first nailing wall was made in France 1972. In soil modeling, there is numerous model which all have their features. Choosing an appropriate model needs comprehensive studies. The model was chosen at this study is Hardening-Soil. For non-linear approaches in this model besides Cam-clay model pseudo-elastic (hypo-elastic) has been enhanced and employed in this constitutive model. Hardening-soil model is practical as well as accurate enough for design and research purposes. Although this model is suggested to be used to comprehend the non-linear behavior of soil, it is not overly complex. There are many explanations for using this constitutive model, nevertheless, including the soil dilatancy and a yield cap are the most paramount factors. Another advantage in the Hardening-Soil model due to plastic strain, the yield surface of the model is not fixed and it can expand. This model is significantly enhanced model which can be utilized to model and analyze either soft soils or stiff soils. This is a numerical study with use of commercial program PLAXIS 2D 2018 version. The scope of this study is to evaluate the parameters which affect the Soil-nails. Additionally, finding the most effective parameter is the paramount objective of this study. Therefore, the length, angles, and spacing of the nails were modeled and assessed. A comprehensive study has been done in this study to be ensured that the results are accurate and applicable to the practical application. xxiv A comprehensive study has been done in the literature review to comprehend the behavior of the reinforced soil using soil nails. In modeling after the literature review of the previous studies finding a practical case study for the validation of the model whether the model is functioning properly or not. The case study was chosen in this study, the material's parameters were taken from a case study in Tehran, Iran. There was a 29.3 m hight excavation in a site in Tehran. For temporary retaining wall soil nails were employed. Validation showed the same behavior as the case study. The displacement of the nailed wall was compared with the actual model to ensure that the model is working properly. Afterward, the parametric study was carried out. In this study behavior of nailed soil slip has evaluated in Plaxis 2D by the assumption of plane strain behavior. Purposes of this study were to determine the effect of parameters like nail length, the inclination of the installed nail, the spacing of nails rows and surcharges effect to see that how much uniform line load can be borne by our optimized nailing system till complete collapse. The parameters which were assessed were the length of the nails, the inclination of the soil nails as well as spacing of the soil nails in the vertical direction. Due to the fact that PLAXIS 2D were utilized in this study, the horizontal direction could not be modeled. In the horizontal direction, the parameter was chosen was Plane strain. The results of the models were the displacement of the nailed wall at the top point in each inclination and length of the nails. Also, with the increase of depth of slope the displacement and factor of safety of the slopes were compared. Maximum lateral displacements are on the top of the 90-degree slopes. Increasing the length of nails decreases the lateral displacement radically. It can be observed in all of the cases the most important factor is the length of the nail. Although nails length can enhance the soil stability, it should be noticed that it is up to a point after that it does not have a significant effect. In the design of the Soil-nails, this optimum length should be considered. Optimum length is the length of the nail which extending the nail beyond that length does not have any significant impacts on the behavior of the Soil-Nail system. Nails inclination of the nails is the second important factor in the design of the SoilNails. There is an optimum inclination in the Soil-Nail system, as well. In this study, the optimum inclination is 15 degrees. Nails with 20-degree inclination degenerated the factor of safety and lateral displacement. Spacing is a very influential factor in Soil-Nailing as well. With depth, decreasing the spacing of nails declines the lateral displacement throughout the nailed wall. Up to a certain depth from the foot of the nailed wall, the displacement of the soil nailed wall would not be affected by either length or inclination of Soil-Nails. The only factor that decreases the lateral displacement is spacing between the nails. In most cases, the improvement of the 1.5-meter spacing was 20 percent when it compared with 3-meter spacing. Surcharges increase the displacement of the nailed wall as well as decreasing the factor of safety of the structure. In the case of existing of the surcharges in the vicinity of slope longer nails can bear a tremendous amount of load. Utilizing nails with 1.5-meter spacing in high surcharges decreased the displacement immensely in comparison with 3-meter spacing. 1.5-and 3-meter spacings do not have any impact on the factor of safety.
Benzer Tezler
- Zemin çivili duvarların üç boyutlu sayısal analizi ve makine öğrenmesi yaklaşımı
Three dimensional numerical analysis of soil nailed walls and machine learning approach
SEMİHA POYRAZ
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSA VURAL
- Zemin çivileri tasarım prensipleri ve davranışın sonlu elemanlar yöntemiyle analizi
Başlık çevirisi yok
ALPER ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGeoteknik Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. TUĞRUL ÖZKAN
- Ayrışmış kayada zemin çivili duvar performansının incelenmesi
Investigation of soil nailed wall in weathered rock
ANIL YENİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT ERGENOKON SELÇUK
DOÇ. DR. ÖMER ÜNDÜL
- Zemin çivileriyle güçlendirilmiş iksa yapılarında sistem performansını ve güvenilirliğini etkileyen faktörlerin vaka analizleri ile araştırılması
A study on the system performance and reliability of soil nail walls using case histories
AYŞE SELİN KESERLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAMİ OĞUZHAN AKBAŞ
- Zemin çivisi ile güçlendirilmiş şevlerin gerilme-deformasyon esaslı yöntemler ile değerlendirilmesi
Evaluation of slope reinforced with soil nail by stress-strain based methods
AKIN GÖKGÖZ
Doktora
Türkçe
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KUBİLAY KELEŞOĞLU