Numerical and experimental analysis of single pile foundation behavior in expansive Ankara clay
Şı̇şen Ankara kı̇lı̇nde tekı̇l kazık temel davranışının sayısal ve deneysel analı̇zı̇
- Tez No: 966331
- Danışmanlar: PROF. DR. ERDAL ÇOKÇA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 240
Özet
Ankara, Türkiye, zemindeki su içeriği değişimlerinin şişme hareketlerine neden olduğu ve potansiyel olarak hafif yapılara zarar veren yarı kurak bir iklime sahiptir. Kazıklı temeller, üstyapı yüklerinin su içeriği değişiminin önemsiz olduğu derinliklere aktarılması gereken şişen zeminlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür koşullarda güvenli kazık temel tasarımı için, kaldırma kuvvetlerine karşı koymak üzere gerekli ankraj derinliğini belirlemek çok önemlidir. Şişen killerde kazığı çevreleyen zemin tipik olarak doymamış durumdadır ve matrik emme kazığın mekanik davranışını önemli ölçüde etkiler. Bu çalışmanın amaçlarına ulaşmak için, Thornthwaite Nem İndisi (TMI) bölgesel iklim zonunu sınıflandırmak için tespit edilmiştir. Zemin mineralojisini tanımlamak için Scanning Electron Microscope (SEM) görüntüleri ve X-ray Diffraction (XRD) sonuçları analiz edilmiştir. Zeminin indeks özellikleri elek ve hidrometre analizleri, özgül ağırlık testleri, Atterberg limitleri, kompaksiyon testleri, serbest şişme testleri ve metilen mavisi testleri ile tanımlanmıştır. Zeminin mekanik davranışı direkt kesme, serbest basınç, üç eksenli ve tek boyutlu konsolidasyon deneyleri kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca, zemin su tutma eğrisi (SWRC) eksen öteleme, filtre kağıdı ve tuz çözeltisi yöntemleri kullanılarak elde edilmiştir. Bulgular daha sonra sayısal modelleme için Barselona Basic Modeli'nin (BBM) parametrelerini belirlemek üzere birleştirilmiştir. Ayrıca, şişen kilde tekil kazıklı temelin davranışını simüle etmek için küçük ölçekli laboratuvar deneyleri yapılmıştır. Kazığın farklı ankraj derinliklerindeki yer değiştirmesi ölçülerek güvenli ve stabil bir tasarım için gerekli minimum ankraj derinliği belirlenmiştir. Laboratuvarda yapılan deneylerin sonuçlarına göre, tek kazıkların toplam uzunluğunun 3/5'i Ankara kilinde ankraj bölgesine yerleştirilirse kazığın hareket etmeyeceği gözlemlenmiştir. Bu çalışma, su içeriğine bağlı olarak malzeme özelliklerindeki değişim nedeniyle davranışını tahmin etmenin ve modellemenin çok zor olduğu Ankara-Çubuk kilinin BBM yöntemi kullanılarak modellenebileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Ankara, Türkiye, has a semi-arid climate, where moisture content variations in expansive soils cause swelling movements, potentially damaging lightweight structures. Pile foundations are commonly used in expansive soils when superstructure loads need to be transferred to depths where moisture change is ignorable. To design safe pile foundations in such conditions, it is crucial to determine the necessary anchorage depth to counteract uplift forces. The soil surrounding the pile in expansive clays is typically unsaturated, and matric suction significantly influences the mechanical behavior of the pile. To achieve the objectives of this study, the Thornthwaite Moisture Index (TMI) was determined to classify the regional climate zone. Scanning Electron Microscope (SEM) images and X-ray Diffraction (XRD) results were analyzed to identify the soil mineralogy. The index properties of the soil were characterized through sieve and hydrometer analyses, specific gravity tests, Atterberg limits, compaction tests, free swell tests, and methylene blue tests. The mechanical behavior of the soil was investigated using direct shear, unconfined compression, triaxial, and one-dimensional consolidation tests. Additionally, the soil water retention curve (SWRC) was obtained using the axis translation, filter paper, and salt solution methods. The findings were then combined to derive the parameters of the Barcelona Basic Model (BBM) for numerical modeling. Furthermore, small-scale laboratory experiments were conducted to simulate the behavior of a single pile foundation in expansive clay. The displacement of the pile at varying anchorage depths was measured to determine the minimum required anchorage depth for a safe and stable design. According to the results of the experiments carried out in the laboratory, it was observed that if 3/5 of the total length of the single piles is placed in the anchor zone in the Ankara clay, there will be no movement of the pile. This study shows that Ankara-Cubuk clay, which is very difficult to predict the behavior and model because of the change in material properties depending on the water content, can be modeled using the BBM method.
Benzer Tezler
- Kazık-zemin sistemlerinin dinamik davranışlarının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of dynamic behavior of pile-soil systems
MEHMET ÖMER TİMURAĞAOĞLU
Doktora
Türkçe
2021
Deprem MühendisliğiBursa Uludağ Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM DOĞANGÜN
PROF. DR. YASİN FAHJAN
- Kazıklı temellerde uplift (çekme) dayanımının deneysel ve nümerik olarak analizi
Experimental and numerical analysis of uplift (tensile) strength in pile foundations
AHMET ARSLAN
Doktora
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiÇukurova Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULAZİM YILDIZ
- Kazıkların eksenel ve yatay yük taşıma kapasiteleri
The bearing capacity of piles under axial and lateral loading
NİLAY DURLANIK
- Dinamik zemin model deneylerinin veri işleme analizleri ve sayısal model analizleri ile karşılaştırılması
Data processing analyses of soil model experiments and comparison with numerical model analyses results
ASLI ÇARK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA ECE BAYAT
- Derin betonarme kirişlerin elastik ötesi davranışının modellenmesi
Modeling of inelastic behavior of deep reinforced concrete beams
GÖKHAN KARAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiMunzur Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN POLAT