Test procedure and sample preparation for large scale soil structure interaction model tests in eitlsc
GGSLZK'da büyük ölçekli yapı-zemin etkileşimi model testleri için numune hazırlama ve deney prosedürünün belirlenmesi
- Tez No: 854863
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ESRA ECE BAYAT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deprem Mühendisliği, İnşaat Mühendisliği, Earthquake Engineering, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 144
Özet
Zemin-yapı etkileşimi, özellikle deprem anında olmak üzere günümüzde yoğun bir şekilde araştırılan bir alandır. Bu araştırma, binaları depreme karşı güçlendirmek ve yapısal dayanıklılıklarını artırmak amacıyla kritik bir öneme sahiptir. Depremler, yapıların ciddi hasar görmesine neden olabilir ve bu durum, can ve mal kaybı gibi olumsuz etkilerle sonuçlanabilir. Araştırmalar ve buna bağlı olarak yapılacak laboratuvar ölçekli deneylerle zemin-yapı etkileşiminin anlaşılması, mühendislerin güvenli ve dayanıklı yapılar tasarlamalarına yardımcı olur. Bu bağlamda deprem mühendisliği, zemin-yapı etkileşimi konusuna özel bir önem atfeder ve bu alandaki gelişmeler, yapıların depreme karşı direncini artırmak ve olası hasarları azaltmak amacıyla sürekli olarak takip edilir. Deprem anında can ve mal kayıplarına neden olabilecek hasarların önüne geçebilmek için laboratuvar ölçekli deneylerle olası yıkıcı etkilerin test edilmesi büyük öneme sahiptir. Ayrıca laboratuvar ortamı, kontrollü şartlar altında deney yapma ve verileri sistemli bir şekilde toplama imkanı vermektedir. Laboratuvarlarda gerçekleştirilen deneylerde dikkat edilmesi gereken en önemli unsurlardan biri zemin numunelerini saha şartlarındaki parametrelere uygun şekilde hazırlamaktır. Çünkü deneyler sonucunda elde edilen verilerin güvenilir ve geçerli olmasının temeli, bu şartların sağlanmasına bağlıdır. Sonuç olarak saha şartlarını yansıtan laboratuvar deneyleri, zemin-yapı etkileşimi konusu ile ilgili mühendislik sorunlarını anlamak ve çözmek için önemli bir araçtır. Bu çalışma kapsamında zemin-yapı etkileşimini araştırmak amacıyla laboratuvar koşulları altında deney bazlı araştırmalara yer verilmiştir. Geoteknik mühendisliğinde hayati bir rol oynayan zemin davranışı prensiplerinin anlaşılması üzerine odaklanan laboratuvar çalışmaları, zemin-yapı etkileşimi için gerekli deneysel prosedürleri ve bunların hazırlık aşamalarını içermektedir. Bu çalışmada özellikle zemin-yapı arasındaki etkileşimi anlamak ve bu etkileşimin yapısal performansa olan etkisinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca laboratuvar koşulları hazırlanırken saha koşullarının yansıtılabilmesi için titizlikle prosedürler gerçekleştirilmiştir. Buna bağlı olarak yapılan deneysel çalışmalar, zemin-yapı etkileşimi konusunda yetersiz kalan bilgi ve uygulamaları zenginleştirmekte ve geoteknik mühendisliği alanına farklı bakış açıları kazandırmaktadır. İstanbul Teknik Üniversitesi Zemin Mekaniği Laboratuvarları'nda, kum numuneleri kullanılarak zemin mukavemetine dayalı analizler gerçekleştirilmiştir. Kum numunelerinin mukavemet parametreleri, kesme kutusu deneyleri ile belirlenmiştir. Deneyler, kuru ortam koşullarında ve 0.12 mm/sn kesme hızında gerçekleştirilmiştir. İlgili kum numunesi ortalama 5 m derinlikten alınmış ve bu numune için 25, 50 ve 100 kPa gerilme değerleri belirlenmiştir. Kesme mukavemet parametreleri olan içsel sürtünme açısı ve kayma mukavemetini belirlemek için gevşek, orta ve sıkı koşullarda toplam 27 adet deney gerçekleştirilmiş ve her bir gerilme altında deney prosedürleri 3 kez tekrarlanmıştır. Aşamalı bir şekilde gerçekleştirilen bu deneyler, zemin mukavemet parametrelerinin farklı gerilme değerlerinde ve sıkılıklardaki değişimini anlamak için önemli bir veri seti sağlamaktadır. Bu veriler, deprem durumunda zeminin mukavemet özelliklerinin belirlenmesinde ve mühendislik uygulamalarında kullanılan zemin modellerinin iyileştirilmesi konusunda değerli bir katkı sağlamaktadır. İstanbul Teknik Üniversitesi Zemin Dinamiği Laboratuvarı'nda kullanılan hücre basınçlı dinamik basit kesme deney sisteminde (Simple Shear Device with Confining Pressure (DSS-C)), zemine ait kesme mukavemeti değerlerini elde etmek ve farklı koşullar altında analiz etmek için yapılmıştır. Bu kapsamda gerçekleştirilen deneylerin amacı, zemin mukavemet parametrelerinin farklı koşullara bağlı olarak değişkenlik göstermesi ve zemin davranışında farklılığa neden olmasının ayrıntılı bir şekilde araştırılmasına dayanmaktadır. DSS-C deneylerinde zemine uygulanan gerilmeler, kesme hızı ve 3 farklı sıkılık derecesi; olası karşılaşılabilecek farklı koşulları sağlamak amacıyla özenle seçilmiştir. DSS-C deneyinde en önemli aşamalardan biri olan numune hazırlama adımı dikkate alınarak toplamda 27 adet deney yapılmıştır. Deneyler, numunelerin suya doygun ve drenajlı durumda olduğu şartlar altında yürütülmüştür. Islak yağmurlama yöntemi ile orta ve sıkı durumdaki kuma ait koşulları laboratuvar ölçeğinde yansıtmak amacıyla kullanılmıştır. Bu yöntem ile sahadaki zemin koşullarına en yakın laboratuvar koşullarını elde etmek amaçlanmıştır. Buna ek olarak gevşek kum numuneleri ise yaş sıkıştırma metodunu kullanılarak hazırlanmıştır. Bu hazırlama metodunun seçilmesinin nedeni farklı sıkılıkta ve su muhtevasındaki kum numunelerinin belirlenen zemin koşulları altındaki davranışlarının incelenmesidir. Zemin Dinamiği Laboratuvarı'nda DSS-C Cihazı kullanılarak kum numunelerine ait dinamik mukavemet parametreleri belirlenmiştir. Deprem etkisi göz önünde bulundurulduğunda dinamik parametrelerin belirlenmesi bu deneyler kapsamında kritik önem arz etmekte olup deneyler laboratuvar koşullarında hassasiyetle yürütülmüştür. Kum numuneleri üzerinde gerçekleştirilen 31 adet deney gerilme kontrollü ve deformasyon kontrollü olmak üzere iki farklı şekilde uygulanmıştır. deformasyon kontrollü deneylerde orta sıkı ve sıkı durumdaki kum numunelerine 3 farklı efektif gerilme değerleri (15, 50 ve 100 kPa) uygulanmış ve dinamik parametreler elde edilmiştir. Ayrıca çevrimli yüklemeler 0.2-1 deformasyon değerleri arasında olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Buna ek olarak kum zeminlerde dinamik ve suyun olduğu koşullarda ortaya çıkma ihtimali olan sıvılaşma potansiyelinin araştırılması için gerilme kontrolü altında orta sıkı ve sıkı durumda, 2 farklı çevrimsel gerilme oranı değerinde deneyler yapılmıştır. Gerilme kontrollü yapılan tüm deneyler 100 kPa efektif gerilme değerinde gerçekleştirilmiştir. Deney sırasında 1 Hz frekansta sünizoidal dalga olarak yükleme yapılmıştır. Büyük ölçekli zemin-yapı etkileşimi deneylerinin yürütülebilmesi için en önemli unsurlardan biri sıkılık derecesinin belirlenmesidir. Bu konuyla bağlantılı olarak kum yağmurlama mekanizması deneylerin hazırlık aşamasında büyük öneme sahiptir. Büyük ölçekli zemin- yapı etkileşimi esasına dayanan deneylerin uygulanmasından önce küçük ölçekte numune hazırlama tekniği geliştirilmiştir. Bu teknikte amaç, büyük ölçekli kum yağmurlama mekanizmasında karşılık gelen plaka boyutunun tespit edilebilmesi için farklı sıkılıktaki kum numunelerine ait deney koşullarının belirlenmesidir. Her bir plakanın açıklık boyutu ve mesafesi farklı olacak şekilde toplamda 10 adet ve 2 farklı yarıçapa sahip plaka tasarlanmıştır. Plakaların genişliği ve uzunluğu 0.3 m iken açıklık boyutları 0.3 ve 0.5 cm olacak şekilde hazırlanmıştır. Kum plüviyasyon deneylerinde 30-150 cm aralığında 5 farklı yükseklik durumu ele alınmıştır. Küçük ölçekli kum yağmurlama mekanizmasından elde edilen sonuçlara göre en uygun 2 farklı açıklık mesafesine sahip plakalar seçilmiş ve büyük ölçekli kum yağmurlama mekanizması için kullanılmıştır. Küçük ölçekte numune hazırlama sürecinden sonra İstanbul Teknik Üniversitesi Deprem Laboratuvarı'nda büyük ölçekli zemin-yapı etkileşimine dayalı deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu deneyler kapsamında Geliştirilmiş Geçirimsiz Saydam Laminar Zemin Konteyneri (GGSLZK) ve büyük ölçekli kum yağmurlama mekanizması kullanılmıştır. GGSLZK, saha koşullarının deney ortamına yansıtılmasını esas alan dinamik deneylerin gerçekleştirilmesine imkân tanıyan yeni geliştirilmiş bir cihazdır. Bununla birlikte dinamik deneyler kapsamında kullanılan büyük ölçekli kum yağmurlama mekanizmasını otomatik motor yardımıyla kum yağmurlama yüksekliğinin araştırmacı tarafından kontrol ederek kullanılabilmektedir. Serbest saha, yüzeysel temelli, D1/D2 çaplı grup kazık, 1 ve 2 Hz yapı frekansında D1/ D2 çaplı tek kazık 1 boyutlu yapılarında olmak üzere toplamda 5 set deney gerçekleştirilmiştir. Ayrıca 62 adet harmonik ve deprem yükleri altında GGSLZK model testi kullanılarak zemin-yapı etkileşimi kavramının anlaşılabilmesi için deneyler yapılmıştır. Bu araştırma kapsamında, DST ve DSS-C deneylerinden elde edilen zemin mukavemet parametrelerinin net bir şekilde farklılık gösterdiği anlaşılmıştır. Ayrıca saha koşullarını yansıtan ve dinamik zemin parametrelerinin elde edilmesini amaçlayan deneyler, laboratuvar ölçeğinde gerçekleştirilen DSS-C ile başarıyla uygulanmıştır. Bunlara ek olarak çevrimli yüklemeler altında yürütülen deneyler ile belirlenen kum numunelerine ait dinamik mukavemet parametrelerinin, artan sıkılık derecesi ve efektif gerilmelere bağlı olarak kayma mukavemet parametrelerinde de artış olduğu tespit edilmiştir. Dinamik koşullar altında belirlenen kayma mukavemet parametrelerinin yanı sıra gerilme kontrollü test ile çevrimsel gerilme oranı ve sıkılık derecelerinin doğru orantılı bir davranış sergilediği gözlemlenmiştir. Bu duruma örnek olarak orta sıkılıktaki kum numunesinin yüksek çevrimsel gerilme oranı değerlerinde daha kolay sıvılaşabildiği gösterilebilmektedir. Ayrıca, küçük ölçekli yeni örnek hazırlama tekniklerinde kullanılan plakaların açıklık ve yarıçap boyutlarını (0.5 ve 0.3 cm) değiştirmenin çeşitli sonuçlara yol açtığı belirlenmiştir. Son olarak, EITLSC'den elde edilen Serbest Alan ve Sığ Temel 1D yapı testi sonuçları araştırmaya dahil edilmiştir. Bu araştırma, TÜBİTAK tarafından 119M624 proje numarasıyla ve“Kum Zeminde Gömülü Kazıkların Deprem Yükü Altında Yanal Yük-Yerdeğiştirme Bağıntılarının Geliştirilmesi”proje başlığı ile desteklenmiştir. Laboratuvar ölçeğinde yapılan tüm deneyler kapsamında hedeflenen sıkılık derecelerine bağlı olarak büyük ölçekli kum yağmurlama mekanizmasının başarılı bir şekilde tasarlandığı kanıtlanmıştır. Ayrıca GGLSZK model testi sonrası elde edilen response spektrumun, ivme ve deplasman değerlerinin, zemin-yapı etkileşimi analizlerinde kullanılmak üzere uygun olduğu anlaşılmıştır. Laboratuvar koşulları altında uygulanan test prosedürleri ve özellikle kum yağmurlama tekniğinin literatüre önemli bir katkısının olacağı öngörülmektedir. DST ve DSS-C cihazlarından elde edilen zemin kayma mukavemet parametreleri ise tasarım mühendislerine gelecekte büyük fayda sağlayabilecek değerli görüşler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In geotechnical earthquake engineering, soil-structure interaction has been a highly researched area, particularly for improvement of earthquake resistant designs. Earthquake engineering places significant emphasis on studying soil-structure interaction, as it is vital for designing earthquake-resistant structures and safeguarding communities against seismic risks. There are many solutions to avoid these problems. One is laboratories, which provide significant advantages for conducting detailed research under such conditions. Under these issues, it is essential to apply and develop the test procedures correctly in the laboratory and prepare samples in a way that resembles the field. This study has conducted essential research for large-scale laboratory tests to investigate the soil-structure interaction. For this purpose, a novel laminar soil container had been designed and used for the large-scale shaking tables tests. Laboratory tests have been conducted to determine characteristics of the soil sample to be used in the laminar container, which plays a crucial role in experimental studies. Firstly, the index parameters of the sand sample were determined. Then the static shear strength parameters were determined through direct shear and DSS-C test devices in the Soil Mechanics Laboratory at Istanbul Technical University. The differences in the procedures and in the resulting strength parameters were discussed. The strength parameters of the sand sample were carried out with the help of a direct shear test device. The test was conducted in dry conditions and at a 0.12 mm/sec shear rate. The sand sample was taken from an average depth of 5 m. Therefore, the stress values given to the soil were determined as 25, 50, and 100 kPa. 3 different relative densities (loose, medium-dense, and dense) were conducted to determine the shear strength parameters (internal friction angle, cohesion). 27 tests were performed, repeating the procedure 3 times for each stress value. A simple Shear Device with Confining Pressure (DSS-C) in the Soil Dynamics laboratory was also used to investigate the shear strength values. The stress values given to the soil, shear rate, 3 different relative densities, and a total of 27 tests were also performed in DSS-C. In addition, sample preparation in this device was performed under saturated and drained conditions. While the wet pluviation method was used to perform medium-dense and dense soil conditions, the moisture tamping method was applied to the loose sand. Dynamic parameters of the soil sample were determined in the soil dynamics laboratory using a Dynamic Simple Shear Device with Confining Pressure (DSS-C). The sand sample was analyzed in two different ways, stress-controlled and strain-controlled tests, for a total of 31 experiments. To begin with, a strain-controlled test was conducted to determine the shear modulus of sand specimen under the high strain values ranging from 0.2-1. These tests were performed at 2 different relative densities (medium-dense and dense), and 3 different effective stress values (15, 50, and 100 kPa). On the other hand, in the stress-controlled experiments, various densities (medium-dense, dense) and 2 different Cyclic Stress Ratio CSR (0.15 and 0.2) were utilized to assess the liquefaction potential of the sand sample. All stress-controlled experiments were conducted under an effective stress of 100 kPa. All tests were performed in the sinusoidal waveform at 1 Hz. Determining the relative density is crucial to conducting large-scale soil-structure interaction experiments. The research aimed to get medium–dense and dense soil samples with designed plates. To address this, a small-scale innovative technique was developed prior to proceeding with the experiments. This technique involved the preparation of samples with varying relative densities, which aided in identifying the appropriate plate for the large-scale sand pluviation mechanism. A total of 10 plates were designed, each with different aperture sizes and two distinct radii. The dimensions of the plates were set at 0.3 m in width and length. The aperture sizes chosen were 0.3 cm and 0.5 cm. For this experiment, five different heights ranging from 30 cm to 150 cm were considered, with intervals of 30 cm. Throughout the experiment, the relative densities were obtained by varying the plates and radii, ultimately leading to the selection of the most suitable 2 plates for the large-scale design. Large-scale soil-structure interaction model tests were conducted in the Construction and Earthquake Laboratory at Istanbul Technical University. Enhanced Impermeable Transparent Laminar Soil Container (EITLSC) and large-scale sand pluviation mechanism were used to conduct these experiments. EITLSC is a recently developed device that simulates field conditions, allowing for dynamic experiments. Large-scale sand pluviation mechanism was designed with an automated motor that allows the researcher to control sand pluviation height. A total of 5 sets of experiments were conducted, including the following: free field, shallow foundation 1D structure, group pile with D1 and D2 diameter 1D structures at 1 and 2 Hz structure frequencies, and single pile with D1 and D2 diameter 1D structures at 1 and 2 Hz structure frequencies. A total of 62 harmonic and earthquake loads were analyzed using the EITLSC model test to gain insights into the combined behavior of soil and structure. Within the scope of the study, it has been understood that finding the soil strength values obtained from DST and DSS-C presents different outcomes. The experimental results that best stimulate the field conditions were obtained through DSS-C tests performed at a laboratory scale. Furthermore, in order to determine the shear modulus of the sand samples under cyclic loading test, as the relative density and effective stress increase, the shear modulus increases, too. In addition to dynamic research, it has been determined that CSR values and relative densities show a directly proportional behavior under the stress-controlled test. For example, it has been understood that the soil is prone to liquefaction more easily in medium-dense soil and under high CSR conditions. Moreover, it has been determined that altering the aperture and radii size (0.5 and 0.3 cm) of plates used in small-scale novel sample preparation techniques leads to varying outcomes. Lastly, Free-field and shallow foundation 1D structure test results obtained from EITLSC are included in the research. TUBITAK supported this research with Project ID 119M624 and project title 'Development of Lateral Load Displacement Relations of Piles Buried in Sandy Soil under Earthquake Load. It has been proven that the large-scale sand pluviation mechanism has been successfully designed based on the targeted relative density values. Moreover, It is clearly understood that the response spectrum, acceleration, and displacement values of the EITLSC model test are suitable for use in soil- structure interaction analyses. At the same time, the test procedure, especially the pluviation technique, will significantly contribute to the literature under laboratory conditions. Lastly, soil strength values obtained from DST and DSS-C devices present valuable insights that can significantly benefit design engineers in the future.
Benzer Tezler
- Poli (stiren) esaslı reçineler üzerinde sekonder amin sentezi ve aldehit ayrılması
Başlık çevirisi yok
BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Çok taraflı inşaat projelerinde kalite yönetim sistemi kurulumu önerisi
Quality management system deployment propose for contracting firms to implement medium/large scale construction projects
MERT YANAŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. FEYZİ HAZNEDAROĞLU
- Antecedent variables of the self concept of children who succeeded or failed in the high school entrance examinations
Başlık çevirisi yok
PINAR İLKKARACAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1988
Eğitim ve ÖğretimBoğaziçi ÜniversitesiEğitim Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. NECLA ÖNER
- Farklı biyokütle numunelerinden torrefaksiyon işlemi ile kaliteli yakıt peleti üretimi
Producing high quality fuel pellets by torrefaction of different biomass samples
YAĞMUR IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA