LEE- Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19502

Gözat

Yazar "Bayat, Esra Ece" ile LEE- Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Development of lateral load resistance-deflection curves for piles in cohesionless soils under earthquake excitation
    (Graduate School, 2023-02-16) Alver, Ozan ; Bayat, Esra Ece ; 501152305 ; Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
    Pile foundations must be designed safely to withstand the lateral loads such as wave loads and seismic loads in offshore/onshore structures, seismic loads in bridges, buildings, port structures etc. The most common analysis method for the design is the Winkler spring approach. Researchers have suggested nonlinear formulations for the lateral load resistance-deflection (p-y) curves, but the contribution of the degree of soil nonlinearity was not studied thoroughly. The main drawback of the current approach is the use of a single stiffness in considering the soil nonlinearity. This study investigates the laterally loaded pile problem using the pressure-dependent hardening soil model with small-strain stiffness (HS-Small Model), where the degree of soil nonlinearity is better integrated. The numerical model was created, and parametric analyses were carried out on the verified model for various pile and soil properties. A modified hyperbolic model was proposed for static p-y relation, including the initial stiffness, ultimate soil resistance, and degree of nonlinearity parameters based on the numerical analysis results. The validity of the model was shown by simulating the field and centrifuge tests from the literature. The proposed model agrees with the test results in the variation of bending moment along the pile. Besides, a significant enhancement was provided in the estimation of pile deflections. Therefore, the proposed model with four parameters can more precisely consider the soil nonlinearity from very small to large displacements. The proposed p-y curves can be utilized in the design of piles subject to static lateral loading. The analysis of dynamic soil-pile interaction problems requires the relation of soil resistance to lateral loading that is represented by nonlinear p-y curves in the beam on the nonlinear Winkler foundation (BNWF) approach. Current methods for p-y curves are either based on static load tests or cannot accurately consider the dynamic soil nonlinearity. This study investigates the dynamic soil-pile interaction in cohesionless soils by numerical analyses to better characterize the p-y curves considering the nonlinear soil behavior under dynamic loading. A numerical pile-soil-structure model was created in FLAC3D and verified by two centrifuge tests published in the literature. The parametric analyses were performed to obtain the p-y curves for various pile diameters, soil relative densities, and degrees of nonlinearities. Based on the parametric analyses, a mathematical model was proposed for the dynamic p-y curves for cohesionless soils. The proposed model characterizes the backbone of dynamic p-y curves based on the three leading parameters (initial stiffness Kpy, ultimate resistance pu, and degree of nonlinearity n). The numerical analyses showed that the p-y curve nonlinearity mainly depends on the employed modulus reduction curves of soils. In the model, the degree of nonlinearity parameter (n) was directly related to the soil parameter "reference strain" (r), which solely represents the modulus reduction curve of soils. In this regard, the dependence on various dynamic soil parameters was diminished by correlating the dynamic p-y curves to the reference strain. The validation analyses performed in structural analysis software demonstrated that the proposed dynamic p-y model could accurately estimate the pile and structure response under earthquake loading by incorporating the hysteretic nonlinear soil behavior. Superstructure accelerations and bending moments along the single pile obtained using the proposed model under different earthquake records were closer to the 3-dimensional numerical analysis results when compared with the results calculated by API. Finally, the proposed static and dynamic p-y models will contribute to the design of piles by improving the initial stiffness, ultimate resistance and nonlinearity of the static load-displacement behavior and by integrating the dynamic soil nonlinearity and hysteretic behavior under directly applied seismic loads.
  • Öge
    Experimental study on liquefaction resistance of partially saturated sands at s=70%-80% with emphasis on induced shear strain
    (Graduate School, 2024-02-01) Ceylan, İsmail Alpaslan ; Bayat, Esra Ece ; 501201309 ; Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
    Liquefaction is one of the most important research topics in geotechnical engineering due to the severe damage it causes. In soil mechanics and geotechnical engineering, liquefaction is the behavior of fully saturated granular soils, mostly sands and silty sands, as a viscous liquid due to an increase in excess pore water pressure under a dynamic loading such as an earthquake. Consequently, the soil loses the interaction between the grains when the pore water pressure is equal to the vertical effective stress. Liquefaction causes loss of bearing capacity in structures, high settlements, and lateral spreading in the soil. A range of soil improvement methods have been developed so far to increase the liquefaction resistance of soils. However, most of the common methods are based on soil remediation before construction. After researchers realized that partially saturated soils have higher liquefaction resistance than fully saturated soils, soil improvement methods by reducing the degree of saturation of soils were started to investigate. In this context, the induced partial saturation (IPS) method, which can be applied to sites with existing structures, was developed. In this study, stress-controlled undrained cyclic simple shear tests were performed with the dynamic simple shear with confining pressure (DSS-C) device in the Istanbul Technical University Soil Mechanics and Geotechnical Engineering Soil Dynamics Laboratory. Experiments were conducted on fully saturated and partially saturated Sile (AFS 40-45) sand samples treated with IPS. Sodium percarbonate was used to apply the IPS method. Sodium percarbonate reacts with water to create air bubbles in the sample and causes the same volume of water to escape from the soil. After partially saturated and fully saturated samples were prepared using the wet pluviation method, the tests were processed in three stages: saturation, consolidation, and liquefaction. The final degree of saturation and relative density were determined from the values at the end of the consolidation stage. Fully and partially saturated samples were consolidated under vertical effective stress of 100 kPa, and experiments were conducted on different relative densities, degrees of saturation, and CSR values. The reason for choosing a vertical effective stress of 100 kPa is to develop a partial saturation resistance factor at 75% degree of saturation for the simplified procedure used to determine the liquefaction resistance. During the liquefaction stage, the sample was subjected to stress-controlled undrained cyclic loading in the sinusoidal waveform at 1 Hz. Within the scope of this study, cyclic loading was continued until the moment when the excess pore water pressure in the specimen was equal to the vertical effective stress, that is, when the excess pore water pressure ratio was equal to one (ru=1), and it is was accepted as the initial liquefaction. In total, 46 partially saturated and 10 fully saturated specimens were tested. Due to problems with the DSS-C testing device, reliable data could not be obtained from all experiments. Therefore, in this study, the results of the experiments on 25 partially saturated and four fully saturated samples were presented. Partially saturated specimens were obtained at an average relative density (Dr) of 40%, 50%, 60%, and an average degree of saturation (S) of 75%, and fully saturated specimens were obtained at an average relative density of 60%. One of the primary objectives of the thesis is to obtain the liquefaction resistance curves with certain cyclic stress ratios applied under S=75% degree of saturation and Dr=40%, 50%, and 60% relative density. With the tests performed, the effects of degree of saturation, relative density, and cyclic stress ratio on the liquefaction resistance of partially saturated sands were evaluated. Consequently, it is realized that the liquefaction resistance increases with the rise in the relative density or the drop in the degree of saturation. The cyclic stress ratio to reach liquefaction increased with increasing relative density or decreasing degree of saturation. It was noticed that if the cyclic stress ratio increased at constant relative density and degree of saturation, the excess pore water pressure generation accelerated; moreover, the number of cycles to liquefaction decreased. The effect of the relative density was also observed in the normalized liquefaction resistance curves. The partial saturation resistance factor (KPS) was developed for a 75% degree of saturation in order to evaluate the liquefaction potential of sand soil treated by the IPS to apply in the simplified procedure. In addition, in this study, the shear strain behavior of partially saturated sands under stress-controlled undrained cyclic loading by DSS-C device was investigated. It was observed that as the cyclic stress ratio increases, the shear strain corresponding to the number of cycles at the moment when ru=1 increases independently of the relative density. Since the liquefaction resistance of partially saturated specimens increased, high cyclic stress ratios were applied in order to reach liquefaction, unlike fully saturated specimens. Deviations in the initial reference points of some samples due to large shear strain were noticed. In this study, a partial saturation resistance factor (KPS) was developed for a 75% degree of saturation for use as a CRR curve in the simplified procedure; moreover, the shear strain behavior of partially saturated sand soils under high cyclic shear stresses was investigated.
  • Öge
    Farklı rijitliklere sahip zeminlerde yapı-tünel etkileşimi sonucu tünel tesirlerinin ve yüzey oturmalarının tahmini
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-11-07) Culha, Çiğdem ; Bayat, Esra Ece ; 501181303 ; Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği
    Gelişmiş ve gelişmekte olan kentlerde yüzeyde var olan mevcut yapılaşma, ulaşım sorunlarını da beraberinde getirmektedir. Taşıma sorununu hafifletebilen yeraltı yapıları, özellikle metrolar, kalabalık şehirlerde kent yaşamını olumsuz etkileyen trafik problemini azaltabildiği için oldukça önemlidir. Yapılan tüneller, yüzeyde var olan yapılarla çoğu zaman etkileşim içerisinde olabilmektedir. Bu durum yüzeye yakın yapılarda ve zayıf zeminlerde oldukça önem kazanmaktadır. Tünel ekseninin geçtiği güzergâh boyunca, tünel etki alanında kalan her yapı için tünel kapasite ve bina oturma analizleri yapılmaktadır. Taşıma kapasitesi yetersiz olan, tünelden kaynaklı oturmaları sönümleyemeyecek yapılar yapılan analizler sonucu tünel kazısı sırasında yapılardan alınan oturma değerlerine göre boşaltılabilmektedir. Bu oturmalar ve yapı-tünel etkileşimi; tünel çapı, tünel derinliği, tünel yapım yöntemi, zemin tipi, sütun mesafesi, mevcutsa ikinci tünel konumu, kazı derinliği gibi faktörlerden etkilenebilir. Daha kritik durum ise, tünel kazısından kaynaklanan yer değiştirme sebebiyle yapılar göçme durumuna geçebilir. Bu sebepler neticesinde, tünel kazısı öncesinde yapılan tünel-yapı etkileşim hesapları oldukça önem kazanmıştır. Zemin durumu, yüzeydeki yapı durumu, yeraltı su seviyesi, zemindeki boşluk oranı, karstik boşluk olasılığı gibi durumlar dikkate alınarak ön analizler analitik hesaplara dayanarak yapılır. Bu ön çalışmalarda, yerinde yapılan jeolojik ve jeofizik çalışmalardan faydalanılır. Zemin veya kaya kütlesinin kazıldıktan sonra desteksiz kalabilme süresine göre, tünel açma yöntemi kabaca belirlenir. Ülkemizde aç kapa yöntemlerle birlikte NATM ve TBM metotları kullanılarak tünel kazıları gerçekleştirilir. Bu tez kapsamında NATM tipi, parçalı kazı metodu kullanılarak kazılan peron tipi tünel incelenmiştir. Analizler Plaxis 2D program yardımı ile yürütülmüştür. Plaxis 2D programı tünel çözümlerinde hem Türkiye hem de dünyada sıklıkla kullanılmaktadır. Tez kapsamında Plaxis 2D programı ile elde edilen tünel kesit tesirleri, Möller ve Vermeer, 2005 ile COB-L500, 2000'de önerilen formüllerle elde edilen kesit tesirleri kıyaslanmıştır. Plaxis programının tünel kazı problemlerinde kullanılabilirliği üzerinde durulmuştur. Farklı rijitliklere sahip zeminlerde kazılan tünelde, zemin rijitliğinin yüzey oturması ve tünel kaplaması üzerindeki etkisini görebilmek için 50 MPa, 75 MPa, 100 MPa ve 200 MPa Elastisite modüllerine sahip birimlerde tünel kazıları yapılmıştır. Bu analizlerde, mevcut yapı altında peron tüneli kazısı yapılması durumu irdelenmiştir. Rijitlik artışına bağlı olarak, yüzey oturmalarında ve tünel tesirlerinde azalma görülmüştür. Örtü kalınlığı 10m, 20m ve 30m olacak şekilde, farklı derinliklerde analizler tamamlanmıştır. Tünel derinliğine bağlı, tünel kaplaması üzerindeki tesirler, yüzeydeki yapı ile mesafesine ve yapı temel tipine bağlıdır. Tünel derinliği arttıkça yüzeydeki oturmalar yapı yükü ve temel sisteminden daha az etkilenmektedir. Yüzeydeki yapının temel sisteminin tünel kazısı üzerindeki etkisini görebilmek için; yüzeyde yapı olma durumu, yapının 75kPa, 150 kPa ve 225 kPa yüzey gerilmesi altında; yapı temelinin ise yüzeysel ve kazıklı olması durumları için analizler yapılmıştır. Kazıklı temelli yapılarda, kazıklar, tünel kazısı etrafında oluşan plastik zona daha fazla dâhil olduğu için, tünel kazısından daha fazla etkilenmektedir. Temel ile kazıkların birbirine bağlı olduğu durumlarda, bu etki göz önüne alınmalıdır. Analiz sonuçlarına bağlı olarak, serbest yüzey durumunda, tünel geçici kaplaması üzerindeki moment ile zemim elastisite modülü arasında bir bağıntı elde edilmiştir. Yüzeyde yapı olduğu durumda tünel kazılması hem tünel kapasitesi hem de yapı stabilitesi açısından önemlidir. Yüzeyde yüzeysel veya derin temelli yapı olması dahi tünel deformasyonu dolasıyla tünel etrafında oluşan momente etki eder. Yüzeyde 75kPa bina olması durumunda yüzeysel temel ile derin temel olması durumunun tünel üzerindeki etkisi, sıkı kumda %7, çok sıkı çakıllı kumda %13, ayrışmış kayada %21'dir.Bu fark aynı zeminde derine gittikçe azalmaktadır. Yani tünel yüzeyden uzaklaştıkça temel sisteminin etkisi tünel üzerinde daha az hissedilmektedir. Aynı derinlikte, zemin elasitiste modülü arttıkça temel sistemlerini değiştirmenin, tünel etrafındaki moment değerleri arasındaki farkın azaldığı görülmüştür.
  • Öge
    Geliştirilmiş geçirimsiz saydam laminer zemin konteyneri tasarımının mekanik özelliklerinin ve dinamik etki altında zemin deney numunesinin tasarımı
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-18) Gündüz, Mehmet Şamil ; Bayat, Esra Ece ; 501191317 ; Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği
    Yapılan araştırmalar ve deprem konusunda mühendislerin tecrübeleri arttıkça deprem konsepti üzerine yapılan araştırmalar derinleşmiştir. 1989 Loma Prieta, 1994 Northridge, 1995 Kobe depremleri sonrasında yerel zemin koşullarının önemi ile ilgili çalışmalar yoğunlaşmış ve günümüzde önemli bir konu haline gelmiştir. "Kum zeminde gömülü kazıkların deprem yükü altında yanal yük- yer değiştirme bağıntılarının geliştirilmesi" adlı TÜBİTAK projesi kapsamında laminer zemin konteyneri geliştirilmeye başlanmıştır. Zemin-yapı etkileşimi için mevcut zemin konteyner sistemlerinin karşılayamadığı yeni bir deney düzeneğinin tasarlanması amaçlanmıştır. Yürütülen tez çalışmasında deney düzeneği ve deneysel zemin numunesinin ön tasarımı yapılmıştır. Model deneylerinden elde edilen verilerle arazi zemin numunesinin davranışını temsil eden bir tasarım yapılabilmesi için ölçek faktörleri belirlenmiştir. Oluşturulan zemin modellerinin DeepSoil programıyla bir boyutlu yer tepki analizleri yapılmıştır. Yeni bir tasarım olan Geliştirilmiş Geçirimsiz Saydam Laminer Zemin Konteynerinin mekanik özelliklerinin ve dinamik yük altındaki davranışının incelenmesi için SolidWorks programında üç boyutlu modeli oluşturulmuştur. Laminer zemin konteynerinin hareket mekanizması üzerine yürütülen çalışmalar için üç farklı yaklaşımın incelendiği model çıktıları karşılaştırılmıştır. Elde edilen çıktılarla hareket mekanizmasına karar verilmesiyle birlikte zemin konteynerinde kullanılan laminer çerçeveler için tercih edilen pleksi-glas malzemenin dayanım yeterliliği, SolidWorks ve SAP2000 programlarında oluşturulan nümerik modellerle incelenmiştir. Model deney düzeneğinde gerçekleştirilecek zemin-yapı etkileşimi analizleri için deney ekipmanları ve sensörleri modellenmiştir. Yapılan çalışma ve modellemelere göre deney düzeneğinin ön tasarım aşamasında laminer zemin konteynerinin 1.6m x 1.6m oturuma ve 1.6m yüksekliğe sahip olmasına karar verilmiştir. Orta sıkı rölatif sıkılığa sahip kum numunesinin parametreleri belirlenmiştir. Ölçek faktörleri kullanılarak oluşturulan zemin modellerinin dinamik yük altında bir boyutlu yer tepki analiz sonuçları karşılaştırılarak prototip ve deneysel zemin modellerinin yer değiştirme ve ivme sonuçları elde edilmiştir. Bir boyutlu yer tepki analiz sonuçlarına göre zemine ölçek faktörleri uygulansa bile dalga yayılımı nedeniyle zemin içerisinde ve yüzeyinde elde edilen verilerin formülize edilmek suretiyle tahmin edilemediği görülmüştür. Laminer zemin konteynerinde hareket mekanizması olarak rulmanların kullanılması durumunda hareketin rulmanlar tarafından sönümlendiği görülmüştür. Zeminin dinamik performansını kısıtlamayan ve gerçek saha koşullarına en yakın dinamik zemin performansını veren zemin konteyneri tasarımı için esnek birleştirici malzeme ve rulmanların beraber kullanıldığı yeni bir hareket mekanizması oluşturulmuştur. Pleksi-glas laminer çerçevelerinin kalınlığı için yapılan nümerik çalışma ve deneyler sonucunda 4 cm kalınlığa sahip pleksi-glas laminerlerin yeterli dayanıma sahip olduğu görülmüştür. Oluşturulan deney ekipmanlarının modelleri sayesinde kazık çapı ve üst yapı periyodunun zemin-yapı etkileşimindeki etkisi parametrik olarak çalışılabilir olmuştur. Elde edilen sonuçlar bir araya getirilerek yorumlandığında, özgün bir tasarım olan Geliştirilmiş Geçirimsiz Saydam Laminer Zemin Konteynerinin nihai tasarımı ortaya çıkarılmıştır. Bu çalışma ile birlikte deprem bölgesinde bulunan ülkemizde kum zemine gömülü kazıkların deprem yükü altında yanal yük- yer değiştirme bağıntılarının geliştirilmesi ve zemin-yapı etkileşimi üzerine çalışmalar yapılmasına imkan sağlanır.