LEE- Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19504

Gözat

Çok yüksek çözünürlüklü stereo uydu ve İHA görüntülerinden elde edilen sayısal yükseklik modellerinin doğruluğunun araştırılması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Doğruluk, Mehmet ; Yanalak, Mustafa ; 709834 ; Geomatik Mühendisliği

Çok yüksek çözünürlüklü (ÇYÇ) uydu ve insansız hava aracı (İHA) görüntüleri, yeryüzünün fiziksel yapısını algılamak ve izlenmek için ayrıntılı mekânsal ve spektral bilgiler içermektedir. Özellikle farklı arazi örtülerine ve yüzey özelliklerine sahip bölgelerin mekânsal eğilimleri bu görüntülerden sağlanan bilgiler ile belirlenebilir. Ayrıca binalar, gemiler ve yollar gibi tekil nesnelerin fiziksel özellikleri bu görüntülerden sağlanan bilgiler kullanılarak oldukça yüksek bir doğruluk ile elde edilebilmektedir. ÇYÇ uydu ve İHA görüntülerinden elde edilen bu bilgiler, yeryüzü gözlemlerinin yanı sıra kültürel mirasın korunması ve yönetimi amacıyla da kullanılabilmektedir. Günümüzde bu görüntülerinin elde edilebilirliğinin artması, optik uzaktan algılama tabanlı arkeolojik araştırmaların düşük maliyetlerle gerçekleştirilmesini olanaklı hale getirmiştir. Son yıllarda bu görüntüler önemli sayıda arkeolojik araştırmada referans veri olarak kullanılmıştır. ÇYÇ uydu ve İHA görüntülerinden elde edilen bilgiler; arkeolojik yapıların belirlenmesi, dokümantasyonu ve bu yapılarda meydana gelen yağmalama olaylarının tespit edilmesi gibi farklı amaçlarla kullanılabilmektedir. ÇYÇ uydu ve İHA görüntülerinin sağladığı avantajlardan bir diğeri de yüksek duyarlıkta sayısal yükseklik modeli (SYM) üretimine imkân tanımasıdır. Aynı bölge için en az iki farklı görüntüleme açısından elde edilen (stereo) görüntüler kullanılarak SYM üretilebilir. SYM'ler, temsil ettikleri bölgenin fiziksel karakteristikleri hakkında detaylı bilgiler sağlamaktadır. Özellikle SYM'lerden elde edilen yükseklik ve konum bilgileri, yeryüzünün morfolojik yapısını anlamak ve analiz etmek için temel teşkil etmektedir. SYM'lerden sağlanan bu bilgiler doğal ve yapay objeleri bireysel olarak modellemek ve bu objelerde meydana gelebilecek fiziksel değişiklikleri tespit etmek için de kullanılabilir. Birçok arkeolojik manzara zeminden yükselen, tesviye edilmiş ya da toprağa gömülmüş arkeolojik yapılar içermektedir. Bu yapılar, SYM'ler üzerinde gerçekleştirilen üç boyutlu (3B) analizler ile belirlenebilir, haritalanabilir veya izlenebilir. Dahası, SYM'lerden sağlanan 3B konum bilgileri, arkeolojik yapıların fiziksel özelliklerine yönelik geometrik parametreleri obje tabanlı olarak elde etmeye ve bu parametreler kullanılarak arkeolojik yapılar arasındaki mekânsal ilişkileri analiz etmeye olanak sağlamaktadır. SYM'ler birçok farklı mekânsal uygulamada ihtiyaç duyulan ayrıntılı yüzey bilgisini sağlayabilmektedir. Bu nedenle farklı arazi örtülerine ve yüzey özelliklerine sahip bölgeler için üretilen SYM'lerin geometrik doğruluklarını belirlemeye yönelik araştırmalar uzun süredir devam etmektedir. Bu araştırmalarda ÇYÇ stereo uydu ve İHA görüntülerinden elde edilen SYM'lerin geometrik doğruluğunun; görüntülerinin özellikleri, seçilen görüntü eşleme yaklaşımı, yeryüzünün morfolojik yapısı, arazi örtüsü ve kullanılan enterpolasyon yöntemi gibi farklı etkenlere bağlı olarak değişebileceği ifade edilmektedir. Bu kapsamda yapılan birçok bilimsel çalışmada, 1-görüntü piksel düzeyinde geometrik doğruluğa sahip SYM'ler üretilebileceği ortaya koyulmuştur. Son yıllarda SYM'lerin sağladığı geometrik doğruluk obje tabanlı bir yaklaşımla incelenmeye başlamıştır. Bunun temel nedeni, objelerin fiziksel özelliklerinin ve bu objelerde meydana gelen geometrik değişimlerin ÇYÇ stereo uydu ve İHA görüntülerinden elde edilen SYM'ler yardımıyla belirlenmesidir. Ancak, hedef objelerdeki geometrik değişimleri belirlemek için, bu SYM'lerden elde edilen obje tabanlı geometrik doğruluğun bilinmesi gerekmektedir. Bu kapsamda özellikle arkeolojik alanların/yapıların modellenmesi için İHA görüntüleri kullanılarak çok sayıda araştırma yapılmış olmasına karşın ÇYÇ stereo uydu görüntüleri kullanılarak gerçekleştirilen bilimsel çalışmalar oldukça sınırlıdır. Dahası, arkeolojik alanların ÇYÇ stereo uydu görüntülerinden üretilen SYM'ler ile temsil edilmesine odaklanan çoğu çalışmada, arkeolojik yapılar SYM'ler üzerinde bir detay olarak ele alınmakta, bağımsız objeler olarak modellenmemektedir. Bu durumda, üretilen SYM'lerin geometrik doğruluğu sadece bölgesel olarak ölçülebilmektedir. Belirli bir bölge ya da arazi örtüsü için ölçülen bu doğruluk, hedef objelerde meydana gelen fiziksel değişimlerin bireysel olarak belirlenmesinde duyarlık kayıplarına neden olmaktadır. Bu nedenle, özellikle arkeolojik yapılardaki küçük ölçekli fiziksel değişimleri izleyebilmek için üretilen SYM'lerin geometrik doğruluğunun obje tabanlı bir yaklaşımla belirlenmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında, arkeolojik yapılar içeren bir çalışma alanının modellenmesi ele alınmıştır. Bu kapsamda, tezin temel amacı, İHA ve ÇYÇ stereo uydu görüntüleri kullanılarak üretilen SYM'lerin sağladığı obje tabanlı geometrik doğruluğun araştırılmasıdır. Ayrıca bu SYM'lerin; arkeolojik yapıların bağımsız objeler olarak modellenmesinde, bu yapılarda meydana gelebilecek metre altı düzeydeki fiziksel değişikliklerin tespit edilmesinde ve arkeolojik yapılar arasındaki fiziksel benzerliklerin belirlenmesinde kullanımına yönelik bir metodoloji sunulmuştur. Bununla beraber, önerilen bu metodoloji Gordion arkeolojik alanı üzerinde test edilmiştir. Gordion arkeolojik alanı 2012 yılından bu yana UNESCO Dünya Mirası Geçici Listesinde yer almaktadır. Gordion, yaklaşık üç asır boyunca Orta Anadolu'nun büyük bir bölümünde hüküm süren Frigya devletinin başkenti olarak ünlenmiştir. Ankara'nın güneybatısında yer alan Gordion, anıtsal mezarlar olarak bilinen ve tümülüs olarak adlandırılan çok sayıda arkeolojik yapıya ev sahipliği yapmaktadır. Gordion, günümüzde büyük ve kalabalık bir yerleşim yeri olmamakla beraber, bölgede gerçekleştirilen tarım, sulama ve kentleşme faaliyetleri tümülüslerin fiziksel bütünlüğüne zarar vermektedir. Ayrıca, Gordion tümülüsleri son yıllarda defalarca yağmacılar tarafından hedef alınmış ve fiziksel yapıları zarar görmüştür. Çalışma alanı olarak Gordion bölgesinin seçilmesinin arka planında yer alan en önemli motivasyon, Gordion tümülüslerin çeşitli nedenlerle tehlike altında olması ve bölgenin modellenmesinin tümülüslerin korunmasına katkı sağlayacağının düşünülmesidir. Bu nedenle seçilen çalışma alanı, Gordion bölgesinin merkezinde, tümülüslerin yoğun olarak kümelendiği ve olabildiğince geniş (yaklaşık 1600 hektar büyüklüğünde) bir alan olarak belirlenmiştir. Tezde sunulan metodoloji kapsamda öncelikle 0.07m yer örnekleme aralığı (YÖA) değerine sahip 2566 adet İHA görüntüsü toplanmıştır. Bu görüntüler çalışma alanının tamamını kapsamaktadır. Sonraki aşamada İHA görüntüleri kullanılarak fotogrametrik yöntemler ile yoğun nokta bulutu veri setleri üretilmiştir. Diğer taraftan, 0.30m YÖA değerine sahip WorldView-3 ve 0.70m YÖA değerine sahip KOMPSAT-3 stereo uydu görüntülerinden nokta bulutu veri setleri üretilmiştir. Farklı sensörlerden üretilen bu nokta bulutu veri setleri, çalışma alanının tamamını ve tümülüsleri temsil eden SYM'ler üretmek amacıyla kullanılmıştır. Ayrıca, tümülüsleri bağımsız objeler olarak temsil eden bu SYM'lerin tümülüslerin yükseklik, alan ve eğim gibi geometrik parametrelerini belirleyebilme potansiyeli test edilmiştir. Son olarak farklı veri setleri üzerinde dijital ortamda gerçekleştirilen ölçümler sonucunda elde edilen bu parametreler yardımıyla, tümülüsler arasındaki fiziksel benzerlikler incelenmiştir. Tez kapsamında İHA ve ÇYÇ stereo uydu görüntülerinden üretilen nokta bulutu ve SYM'lerin kalitesi, çok ölçütlü bir değerlendirme yaklaşımı ile ayrı ayrı incelenmiştir. Model, obje ve nokta tabanlı olarak gerçekleştirilen bu değerlendirmeler, üretilen nokta bulutu ve SYM'lerin geometrik doğruluğunu ölçmek için: bulut buluta karşılaştırma, düşey doğruluk analizi, hacim analizi ve düşey profil analizi gibi geometrik doğruluk belirleme yöntemlerini içermektedir. Model tabanlı değerlendirmeler, çalışma alanının tamamı için uydu görüntülerinden üretilen nokta bulutu ve SYM veri setlerinin referans (İHA) veri setleri ile karşılaştırılmasını içermektedir. Obje tabanlı değerlendirmeler, ÇYÇ uydu görüntülerinden üretilen veri setlerinin; tümülüslerin durumlarına (hasarlı ve hasarsız) ve arazi örtülerine (çıplak toprak, alçak bitki ve tarımsal) göre gruplandırılarak referans tümülüs veri setleri ile karşılaştırıldığı genel ve detaylı değerlendirmeleri içerir. Nokta tabanlı değerlendirmeler ise tüm çalışma alanı için üretilen İHA, WorldView-3 ve KOMPSAT-3 nokta bulutu veri setlerinin, saha çalışmaları ile elde edilen 164 kontrol noktası ile karşılaştırılmasını ifade etmektedir. Her iki ÇYÇ stereo uydu görüntüsünden üretilen nokta bulutları ve SYM'ler üzerinde gerçekleştirilen düşey doğruluk analizleri, model tabanlı karşılaştırmalar için 2-piksel düzeyinin altında bir karesel ortalama hata (KOH) değeri elde edildiğini göstermiştir. Tümülüsler üzerinde gerçekleştirilen obje tabanlı karşılaştırmalar sonucunda ise; hasarlı tümülüsler için 1-piksel düzeyinin altında, hasarsız tümülüsler için ise 1-piksel düzeyine karşılık gelen bir KOH değeri elde edilmiştir. Diğer taraftan, arazi örtüsüne göre gruplandırılan tümülüsler üzerinde gerçekleştirilen obje tabanlı karşılaştırmalar sonucunda; çıplak toprak arazi örtüsüne sahip tümülüsler için 0.5-piksel düzeyinde KOH değeri elde edilirken, alçak bitki ve tarım alanı arazi örtüsüne sahip tümülüsler için ise 1.5-piksel düzeyinde KOH değeri elde edilmiştir. Ayrıca, obje tabanlı değerlendirmeler kapsamında gerçekleştirilen hacim analizi sonucunda, referans tümülüs modelleri ile uydu verilerinden üretilen tümülüs modelleri arasında elde edilen hacimsel farkların %1 düzeyinde olduğu belirlenmiştir. Nokta tabanlı değerlendirmeler kapsamında gerçekleştirilen düşey doğruluk analizi sonuçlarına göre, İHA, WorldView-3 ve KOMPSAT-3 verileri için sırasıyla; 0.11m, 0.16m ve 0.50m KOH değerleri elde edilmiştir. Tümülüslerin fiziksel özelliklerinin karşılaştırılması sonucunda ise uydu verilerinden üretilen tümülüs modelleri ile referans tümülüs modelleri arasında, eğim ve yükseklik parametreleri bakımından %90'ın üzerinde bir korelasyon olduğu, ayrıca hasarsız tümülüslerin yükseklik, çevre ve alan parametreleri arasında matematiksel olarak formülize edilebilen büyük benzerlikler olduğu belirlenmiştir. Gordion arkeolojik alanı üzerinde gerçekleştirilen değerlendirmeler sonucunda elde edilen bütün bulgular, ÇYÇ stereo uydu ve İHA görüntülerinden üretilen nokta bulutu ve SYM veri setlerinin Gordion bölgesini ve tümülüsleri oldukça duyarlı temsil edebildiğini göstermektedir. Bunun yanı sıra, özellikle WorldView-3 verileri kullanılarak belirlenen tümülüs fiziksel parametrelerinin, İHA verilerine oldukça yakın bir duyarlıkta elde edilebildiği görülmüştür. Buna göre, Gordion tümülüslerinde meydana gelebilecek metre altı düzeydeki fiziksel değişikliklerin tespit edilmesinde ve izlenmesinde WorldView-3 görüntülerinin kullanılabileceği değerlendirilmektedir. Diğer taraftan, tümülüslere yönelik elde edilen bulgular, Gordion tümülüslerinin güncel durumlarını belirlemek ve tümülüslerdeki fiziksel değişimleri izlemek için bir başlangıç noktası oluşturmaktadır. Buna göre, çalışma alanımız içerisinde bulunan Gordion tümülüslerinin önemli bir bölümünün tehlike altında olduğunu açıkça ortaya koyulmuştur. Gordion arkeolojik alanının yeniden planlanması ve koruma altına alınması için tezde kullanılan çalışma alanın pilot bölge olarak seçilebileceği, burada elde edilen bulguların yeniden yapılanma sürecinde referans veri olarak kullanılabileceği ve türetilen tümülüs parametrelerinin yeni tümülüslerin keşfedilmesi için kullanılabileceği değerlendirilmektedir.
Haliç dip tarama çamuru ve maden atığının geotekstil tüp ile susuzlaştırılması ve geoteknik mühendisliği açısından değerlendirilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Karadoğan, Ümit ; Teymür, Berrak ; 501132302 ; Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği ; Soil Mechanics and Geotechnical Engineering

Sanayi ve kentleşmenin artmasıyla beraber birçok sektörde yüksek su muhtevasına sahip tarama çamurları ve endüstriyel atıklar oluşmaktadır. Bu atık malzemelerin su içeriğinin azaltılarak bertaraf edilmesi ve/veya yeniden kullanılması hem ekonomik hem de çevre sağlığı açısından büyük kazanımlar sağlamaktadır. Ülkemizde ve dünyada giderek artan miktarlarda oluşan bu yüksek su içeriğindeki atık malzemelerin susuzlaştırılması birçok araştırmacının dikkatini çekmiştir. Araştırmalar özellikle geotekstil ve poliakrilamid kullanılarak yapılan susuzlaştırma yöntemi üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu yöntemde, geotekstil katı ve sıvının ayrılması için filtre görevi görürken poliakrilamid küçük daneleri bir araya getirerek oluşan floklarının daha hızlı çökelmesini sağlamaktadır. Literatürde bu yöntem çoğunlukla uçucu küller olmak üzere aynı zamanda tarama çamurları, mandıra lagünleri ve endüstriyel atıklar için kullanılmıştır. Ülkemizde son yıllarda deniz ve nehirlerin kirliliğinin azaltılması için tarama yapılarak çamur çıkarılmaktadır. Tarama sonucu ortaya çıkan atık malzemeler bertaraf için önceden belirlenen alanlara depolanmaktadır. Aynı zamanda çoğu kez denizlerden çıkarılan tarama malzemeleri tarama alanından uzağa fakat yine denize boşaltılmaktadır. Bu şekilde yapılan bertaraf sonucunda deniz ekosistemi telafisi zor bir zarar görmektedir. Dolayısıyla bu malzemelerin su içeriklerinin azaltılması ve yeniden kullanım alanlarının belirlenmesi ülke ekonomisi ve çevre riskleri açısından büyük önem arz etmektedir. Literatüre bakıldığında poliakrilamid katkılı yapılan geotekstil tüp ile susuzlaştırma çalışmalarında tüp içerisine doldurulan çamurun çok kısa bir süre içerisinde hacminde %80'lere varan azalmalar olmuştur. Dahası geotekstilden sızan suyun tekrar kullanımının veya herhangi bir arıtma yapılmadan doğal ortama doğrudan deşarjının mümkün olduğu görünmektedir. Bu çalışmada, İstanbul ilinde bulunan ve doğal liman olan Haliç'ten alınan dip tarama çamuru ve İstanbul Kemerburgaz'da bulunan agrega madeninden alınan maden atığının geotekstil ve poliakrilamid kullanılarak susuzlaştırılması ve yeniden kullanılması incelenmiştir. Bu kapsamda 11 anyonik ve 2 katyonik olmak üzere toplam 13 farklı moleküler ağırlığa sahip poliakrilamid ve susuzlaştırma uygulamalarında kullanılan bir geotekstil kullanılmıştır. Her atık malzemenin flokülasyonu için malzemeye özgü bir poliakrilamid bulunmaktadır. Bu yüzden Haliç tarama çamuru ve maden atığı için uygun poliakrilamid ve optimum dozajın belirlenmesi için Jar deneyi yapılmıştır. İlk olarak iki atık malzemenin de İTÜ Geoteknik Laboratuvarlarında endeks özellikleri bulunmuştur. Burada elek, hidrometre analizi, Atterberg kıvam limitleri deneyi ve piknometre deneyi yapılmıştır. Daha sonra, zeta potansiyel ölçümleri İTÜ MEM-TEK laboratuvarında yapılmıştır. Malzemenin zeta potansiyeli topaklaşma (flokülasyon) işleminin verimini belirleyen bir parametredir. Değer sıfıra ne kadar yakın olursa flokülant yani poliakrilamid verimi o kadar yüksek olmaktadır. Zeta potansiyeli karışımların pH değerine göre değişkenlik gösterebilmektedir. Bu yüzden takip edilmesi ve malzemenin farklı pH değerlerindeki yük dağılımı davranışının ölçülmesi gerekmektedir. Çalışmada kullanılan malzemelerde yapılan ölçüm sonucunda malzemelerin doğal pH değerleri ile flokülasyona uygun oldukları tespit edilmiştir. 13 farklı poliakrilamid aynı dozajda kullanılarak Jar deneyi yapılmıştır. Jar deneyi sonunda numunelerin çökelme hızı ve bulanıklık değerleri kaydedilmiştir. Bu noktada en yüksek çökelme hızı ile en düşük bulanıklık sonucunu veren poliakrilamid seçilmiştir. Seçilen poliakrilamidin optimum dozajının belirlenmesi için ise farklı dozajlarda Jar deneyi tekrarlanmıştır. Yapılan deney sonunda en iyi sonuçları veren poliakrilamid dozajı optimum dozaj olmaktadır. Deney sonunda görünmüştür ki, optimum dozajın üstünde poliakrilamid eklenerek yapılan Jar deneyi sonunda oluşan sıvı kısmın bulanıklık değerinde artış meydana gelmiştir. Poliakrilamid eklendiğinde küçük daneler bir araya gelerek daha büyük fiziksel yapı olan flokları oluşturmaktadır. Flok oluşumunun değişimini görmek için partikül boyut dağılımı analizleri yapılmıştır. Her iki atık malzeme için yapılan ölçümlerle görünmüştür ki, poliakrilamid eklendiğinde başlangıçtan optimum dozaja kadar partikül boyutları büyümekte ve topak yapı oluşmaktayken optimum dozajın üstüne çıkıldığında flokülasyon verimi azalmaktadır. Yüksek konsantrasyonlarda yapılan dozlamadan sonra sıvı kısmın bulanıklık değerinin artması da bu sonucu destekler niteliktedir. Seçilen poliakrilamid ve geotekstil malzemenin birlikte çalışma uygunluğunun araştırılması için laboratuvar ölçekte Hızlı Susuzlaştırma Testi (Rapid Dewatering Test, RDT) yapılmıştır. Hali hazırda kullanılan deney seti tez çalışması için mahsus modifiye edilmiştir. Modifiye deney seti bilgisayar yardımıyla düzenli veri alabilecek hale getirilmiş ve böylelikle anlık geotekstilden sızan su miktarı kaydedilmiştir. Aynı zamanda geotekstil malzeme üzerinde oluşan filtre kekinin su muhtevası da ölçülmüştür. Bu veriler ışığında poliakrilamid katkısı yapılarak geotekstil ile susuzlaştırma işleminin performansı incelenmiş ve optimum dozaj belirlenmiştir. Daha sonra üç boyutlu susuzlaştırma deneyi olan yastık tipi geotekstil bohça kullanılarak %10 katı oranında hazırlanan karışımlarda poliakrilamid katkılı ve katkısız olarak hazırlanan karışımlarla Geotekstil Tüp Susuzlaştırma Testi (Geotextile tube Dewatering Test, GDT) yapılmıştır. Geotekstil tüp susuzlaştırma deneyi (GDT) olarak adlandırılan bu deney, saha uygulamalarında kullanılan sistemin düşük hacimli bir modelidir. Poliakrilamid katkılı ve katkısız GDT sonrası oluşan sıvı faz ve filtre kekin bünyesindeki poliakrilamid kalıntısı olup olmadığını analiz etmek amacıyla Fourier-Dönüşüm İnfrared Spektrumu (FTIR) taranmıştır. Daha sonra susuzlaştırma işlemi sonunda geotekstil tüpten sızan sızıntı suyunun çevresel etkisinin incelenmesi için sızıntı suyunun su kalitesi parametreleri analiz edilmiştir. Bunun için, iyon analizlerinde ise Dionex ICS-3000 İyon Kromatografi cihazı, ağır metal ve diğer elementel analizde Perkin Elmer ICP-OES cihazı kullanılmıştır. Analizler doğrultusunda, çıkan suyun kalitesi hem ulusal hem de uluslararası içme suyu standartlarıyla karşılaştırılmıştır. Böylece doğal ortama deşarj edilecek suyun yeraltı suyuna sızma riski taşıması halinde ortaya çıkacak sonuç değerlendirilmiştir. Katkılı ve katkısız yapılan GDT sonunda tüp içerisinde oluşan filtre kekin Taramalı Elektron Mikroskobunda (SEM) farklı büyüklüklerde görüntüsü alınmış ve detaylı elementel analizleri yapılmıştır. GDT sonrası geotekstil tüp içerisinde oluşan filtre kekin mühendislik parametrelerini tespit edebilmek için Haliç dip tarama çamurunda üç eksenli basınç deneyi (UU) yapılmışken, maden atığının granüler olmasından dolayı kesme kutusu deneyi yapılmıştır. Haliç dip tarama çamuru için farklı basınç yüklemeleri altında konsolidasyonu ve permeabilite katsayısının araştırılması için permeabilite ölçümünün de yapılabileceği konsolidasyon aleti kullanılmıştır. Maden atığında yapılan GDT deneyinde iki tüplü farklı bir seçenek çalışılmış ve bu kısımda poliakrilamid kullanılmadan ilk dolumun yapılması ve daha sonra ikinci dolumda poliakrilamid eklenmesinin daha etkili ve ekonomik olduğu anlaşılmıştır. Bu sayede ilk dolumda tüp içerisinde poliakrilamidin olmadığı ham malzeme elde edilmiştir. Bu malzemenin karayolunda dolgu malzemesi uygunluğunun araştırılması için Standart Proktor deneyi ve yaş CBR deneyi yapılmıştır. Yapılan çalışmada, Haliç dip tarama çamuru ve maden atığı için geotekstil tüp ve poliakrilamid kullanılarak susuzlaştırma işleminin ekonomik ve etkili bir yöntem olduğu ortaya konmuştur. Her iki malzeme içinde yapılan filtre deneylerinde elde edilen sonuçların hem Jar deneyi hem de geotekstil tüp susuzlaştırma deneyi sonuçlarıyla ile benzerlik gösterdiği anlaşılmıştır. Haliç dip tarama çamurunun poliakrilamid kullanılmadan yapılan susuzlaştırma işleminde katı oranı %12 iken uygun poliakrilamid kullanılmasıyla katı oranı %54'e yükselmiştir. Filtrasyon verimliliğinin ise %49'dan %90.5'e kadar yükseldiği görülmüştür. Yapılan mühendislik deneyleri ile susuzlaştırma işlemi sonrası oluşan filtre kekinin mühendislik parametreleri belirlenmiştir. Tüp dışına sızan suyun kimyasal analizi yapılmış ve sızıntı suyu içerisindeki ağır metallerin miktarlarında azalma olduğu bulunmuştur. Böylelikle sızıntı suyunun deniz suyu kriterlerini sağladığı belirlenmiştir. Haliç dip tarama çamurunun geoteknik mühendisliği uygulamalarında kullanılabileceği anlaşılmıştır. Aynı şekilde maden atığı için yapılan deneylerde 1.tip susuzlaştırma işlemi yerine 2. tip susuzlaştırma işleminin yapılmasının daha ekonomik ve verimli olduğu anlaşılmıştır. 1.tip geotekstil tüp dolumuna göre geotekstil tüp miktarında yaklaşık %40 oranında tasarruf sağlanırken poliakrilamid kullanımında ise %93 oranında tasarruf sağlanmıştır. 2. tip susuzlaştırma deneyinde poliakrilamid kullanılmadan yapılan susuzlaştırma deneyinde oluşan ham malzeme üzerinde mühendislik parametrelerini belirlemek için deneyler yapılmıştır. Deney sonuçları Karayolları Teknik şartnamesi ile karşılaştırıldığında malzemenin karayollarında dolgu malzemesi olarak kullanılabileceği anlaşılmıştır. Poliakrilamid katkısız ve katkılı yapılan geotekstil susuzlaştırma deneyleri sonucunda oluşan filtre keklerinin kayma mukavemet açılarının değerleri sırasıyla 34 ve 36 olarak bulunmuştur.
Sahaya özel tasarım spektrumlarının belirlenmesinde yerel zemin koşulları ve havza etkisi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-06-28) Özaslan, Bilal ; İyisan, Recep ; 501142304 ; Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği

Depreme dayanıklı yapılaşmanın ve deprem güvenli yerleşmenin sağlanması, deprem tehlikesinin bölgesel ve yerel ölçeklerde doğru olarak tanımlanması, deprem araştırmalarının hedeflerini oluşturmaktadır. Bir tasarım depreminin olasılıksal ve deterministik yöntemlerle tahmin edilerek binaların karşılaması gereken dinamik etkilerin belirlenmesi sosyal ve ekonomik kayıpların en aza indirilmesi inşaat mühendisliğinde temel yaklaşımdır. Tasarım depreminin tespiti için gerçekleştirilen saha tepkisi araştırmalarında edinilen birikim kuvvetli yer hareketlerini şekillendiren dört farklı ana olgunun etkileri üzerine kurulmuştur. Birincisi, sismik bir dalga, daha rijit tabakalardan daha düşük olanlara bir arayüz boyunca ilerlediğinde ortaya çıkan yer değiştirme büyütmeleridir. İkincisi, mekanik olarak belirli frekanslarda tabakalar arasında gelişen rezonans durumudur. Üçüncüsü, zeminlerin doğrusal olmayan gerilme-şekil değiştirme davranışı ve homojen olmayan anizotropik yapısından kaynaklanan etkilerdir. Sismik dalga yayılımında farklılıklara neden olan tabakalaşma ve topografik süreksizliklerin etkileri ise güncel saha tepkisi araştırmalarına konu olan son olay olarak nitelendirilmektedir. Son araştırma başlığında gerçekleştirilen çalışmalar sayesinde, eğimli tabaka arayüzeylerinin SH dalgalarının yüzeyde oluşturduğu Love yüzey dalgalarını ve P ile SV dalgaların şekillendirdiği Rayleigh dalgalarını dolayasıyla sahadaki zemin büyütmelerini etkilediği, oluşan yüzey dalgalarının daha kuvvetli ve daha uzun sürebilen sarsıntılara neden olduğu anlaşılmıştır. Çalışmanın da içinde yer aldığı son yaklaşımda, özellikle zeminlerin tipik fay kırılmaları veya taşınmış malzemelerle dolu topografik çöküntülerden oluşan alüvyal havzalarda, havza tabanındaki anakayanın veya kaya mostrasının kenar eğiminin sismik dalgalarda neden olduğu etkiler, kırılma, yansıma, öteleme ve odaklama davranışları, sayısal analizler ve sismik saha deneyleriyle incelenmektedir. Yapıların depreme dayanıklı tasarımında dikkate alınacak kuvvetli yer hareketi, tek derece serbestlikli sistemlere ait davranış spektrumları şeklinde deprem tehlikesi haritalarından yerel zemin sınıfına göre doğrudan seçilerek kullanılmaktadır. Ancak deneyimlenen depremler zeminlerin yarı sonsuz uzay kabul edildiği bu çalışmaların gerçekte karşılaşılan düzensiz, daha rijit anakaya mostrası ile sınırlandırılmış, taşınan malzemelerden oluşan daha zayıf zeminle dolu kapalı alanların oluşturduğu ve havza olarak tanımlanan sahalarda gerçekleşen etkileri öngöremediğini ortaya koymuştur. Aktif fay kuşakları üzerinde olan ülkemizde en yoğun yerleşim yerlerinin, değişen boyutlardaki sayısız havza yapısının üzerine kurulmuş olması, havza yapısındaki sahalarda tasarımda dikkate alınacak deprem yer hareketinin Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğinde henüz yer almayan stratigrafi etkilerinin incelendiği sahaya özel iki ve üç boyutlu sayısal analizleri zorunlu hale getirmektedir. Bu çalışmada, dar havza yapısındaki sahalarda süreksizliklerinden kaynaklanan tepki spektrumlarındaki değişim, zeminlerin doğrusal olmayan gerilme-şekil değiştirme özellikleri dikkate alınarak ve değişen anakaya mostrası eğimleriyle kurulan iki boyutlu (2D) modellerde zaman tanım alanında yapılan tepki analizleri ile araştırılmıştır. NEHRP (National Earthquake Hazards Reduction Program) ve TBDY 2018 (Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği) hükümleri ile tanımlanan ZD ve ZE saha sınıflarındaki nispeten zayıf zemin koşulları, farklı seviyelerde seçilen deprem ivme kayıtları altında FLAC3D yazılımında gerçekleştirilen analizlerle Sonlu Farklar yaklaşımı ile incelenmiştir. Kurulan iki (2D) ve bir boyutlu (1D) modellerde yüzeyde tanımlanan çok sayıdaki yapay sismograflarda toplanan kuvvetli yer hareketlerinin spektrumları karşılaştırılarak her bir periyot ve lokasyon için maksimum şiddet faktörleri AGF2D/1D(T, x/L)maks elde edilmiştir. Çalışmada inceleme sahası olarak seçilen ve Kuzey Anadolu Fayı güneybatısında yer alan Gemlik Havzasında detaylı Sismik Dizin ölçümlerinin (Spatial Autocorrelation-SPAC Analizleri kullanılarak) ve sondajlardan oluşan kapsamlı saha araştırmaları yapılmıştır. Sahanın zemin koşullarına dair toplanan bütün bilgiler Coğrafi Bilgi Sistemlerinde (ArcGIS-Pro yazılımnda) işlenerek veri enterpolasyonu yapılmış, anakaya derinliği ve zemin sınıfı haritaları oluşturulmuştur. Böylelikle Gemlik Havzasının Kuzey-Güney ve Doğu-Batı yönündeki 2D modelleri oluşturularak sayısal modellerdeki zemin kesitlerinin sonlu fark şeması tabaka ve anakaya eğimleri ±3° yakınsama ile oluşturulmuştur. Zeminlerde meydana gelen düşük şekil değiştirme değerlerinde kayma modülünün azalım eğrisi ve çevrimsel sönümleme eğrilerinden oluşan histeretik model, yüksek deformasyonlarda ise malzemenin plastik deformasyonlarını hesaplamalara dahil edebilen bünye modellerinin deformasyona bağlı kombinasyonu kullanılmıştır. Sonuçlar, dar havzalarda yüzey hareketlerindeki değişimin sadece yansıma, kırılma ve öteleme davranışından kaynaklanmadığını, aynı zamanda her iki zıt havza kenarından havza merkezine yönelen sismik dalgaların odaklanması ve üst üste binmesi ile orta ve yüksek frekanslarda ortaya çıkan genliklerin tepki spektrumlarını önemli şekilde değiştirdiğini göstermiştir. Çalışma sonucunda Gemlik havzasında sahaya özgü spektral şiddet faktörü katsayıları, AGF2D/1D, her periyot ve sahadaki her konum için 2D ve 1D tepki spektrumları arasındaki oran ile hesaplanmış değişim grafikler halinde sunulmuştur. Şiddet faktörlerinin yakın kenar ve havza merkezinde 1.2-1.8 değerlerine kadar yükseldiği görülmüştür. Sonuç olarak, gerçekleştirilen hipotetik modellerde elde edilen bulgular kenar eğimi değişse dahi, yüzey hareketindeki şiddetlenmelerin dar havzaların saha sınıflarına bağlı olarak belirli bölgelerde belirli değerlerde kümelenme eğiliminde olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca gerçek sahada yapılan araştırmada çıkan sonuçların hipotetik çalışmada çizilen sınırlar içinde kaldığı görülmüş, özellikle dar havza yapısındaki sahalarda şiddet faktörlerinin tasarım spektrumunda belirleyici olduğu anlaşılmıştır.
A new approach in studying the engineering behavior and mechanical properties of artificial bonded soils in the laboratory

(Graduate School, 2022-01-31) Ricardo, Richard Vall Ngangu ; Lav, Musaffa Ayşen ; 501142303 ; Soils Mechanics and Geotechnical Engineering

The construction of structures on structured soils or the exploitation of such materials for construction purposes, such as in road pavement projects, has gained more importance with time. In some parts of the world, their study has become a necessity. Such soils, like residual soils, are widely encountered in tropical and subtropical regions. Even though their names may vary according to local culture or their morphology, they have all in common the bond structures. This property is a key parameter of those soils. However, to better study their behavior, the use of the artificial bonded sample in the laboratory has been adopted, offering an effective simulation. In the present study, the behavior of residual soil-like has been investigated under undrained conditions in triaxial equipment by using a large number of artificial samples made in the laboratory. The artificial bonded and unbonded samples were made from a mixture of sand, kaolin, and water. A thermal process was applied for the bonded specimens, whereas the unbonded samples were not fired. A preliminary investigation was carried out on four different particle size distribution curves. In those gradation curves, the dry ratio of kaolin/sand, and the kaolin particle size distribution paths, were kept the same, only the sand grain size distribution was varied. The study was conducted on the chosen best-fitted gradation curve of sand-kaolin. Besides the triaxial tests, direct shear box apparatus was also used, for comparative purposes. For every type of the tested material, three different initial effective confining pressures or normal stresses were applied. Throughout this process, five different bonding levels were used. Several properties of such soils were examined, among them: the stress-strains, the pore water pressure evolution, the stress ratio, other strength parameters, and so on. The equivalent artificial bonded specimens, but in an unbonded state, were used to gain a better understanding of their mechanical characteristics. A novel approach was investigated and established, based on a new parameter called bonding index (B_i). This parameter was set from the bounding surface, which is one of the most important features of bonded soils studied under triaxial tests. The proposed method was evaluated as an effective and practical one. The strength parameters of the bonded soils such as the cohesion intercept, the angle of internal friction, the peak strength, and the stress ratio, were found to be straightly related to B_i. The latter asserted well the enhancement of bonding. Furthermore, B_i would be used to define the confining stress level, from which a B_i close to zero value implies the highest stress level for the artificial bonded soils. However, independent of the stress level, all unbonded soils display a B_i equal to zero value. The coupled effect of B_i and the confining pressure was grouped in three main stages. The first stage, at lower confining stresses, where a remarkable high value of B_i is recorded. The second stage is a step of moderate stress and, the third stage, as where the smallest B_i value was observed. Every stage was associated with a particular behavior of those soils according to the bonding level in presence. It is worth pointing out that a soil sample of higher B_i was found to be less ductile. The suggested method was observed to be an appropriate alternative means for the geotechnical evaluation and analysis of the behavior of structured soil materials. Comparison from the results of both CIU tests and DST revealed a good agreement for weakly and unbonded samples, particularly for strength parameters, the cohesion intercept, and the angle of internal friction. However, for highly bonded materials important divergence was observed, with an overestimation from the DST results. A study of the debonding process was carried out through a new approach. This method was constructed from the deviatoric stress increment (∆q) against the axial strain (ε_a) curves, drawn in a natural scale. Six important features, points, were found to be typical of bonded soils, while only two of them were observed for unbonded samples. The first yield was identified at the initial point, after which the slope of ∆q decreased significantly coupled with the maximum pore water pressure increment 〖d∆u〗_max. This point revealed the debonding process starting point. The second point is at 〖∆q〗_max, at the second yield, a point of major loss of strength. The third and fourth points were at d∆u=0 and ∆q=0 (q_max), respectively; while the fifth point was identified as where 〖∆q〗_min. The last point was at the critical state or the equivalent state. Every point represented a particular behavior state of bonded soils. Throughout the study, it was observed that confining pressure influences considerably the response of bonded soils. For example, the aforementioned six features, specific to bonded soils, were found to be reduced to only two points, particularly for weakly and moderately bonded materials, with the increase of σ_3 from 30 kPa to 700 kPa. Furthermore, a bigger value of the bonding index was achieved at lower confining stress. Therefore, it is recommended, for a better understanding of the behavior of the bonded soil materials, to conduct such investigations at lower initial effective stress, especially for the analysis of the debonding process.
Burdur ilinin yerel zemin koşullarının deprem davranışına etkisi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-12-08) Alpyürür, Mehmet ; Lav, Musaffa Ayşen ; 501162302 ; Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği

Dünyanın farklı bölgelerinde ve farklı zamanlarda birçok afet meydana gelmektedir. Bu afetlerin başında ise deprem gelmektedir. Artan nüfusa ve kentleşmeye bağlı olarak, gelişmekte olan ülkelerdeki kentlerde yığılan nüfus, plansız yerleşim alanlarında yüksek deprem riski ile karşı karşıya kalmaktadır. Depremler ve sonrasında meydana gelen felaketler neticesinde bu tür alanlarda çok ciddi sosyo-ekonomik ve çevresel hasarlar meydana gelmektedir. Bu felaketlerin boyutu, kapsamlı ve etkili bir afet ve acil durum yönetimi ihtiyacını belirginleştirmiştir. Bu bağlamda, Çok Kriterli Karar Analizleri (ÇKKA) ve Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) kullanılarak gerçekleştirilen mikrobölgeleme çalışmaları güvenilir imar stratejilerinin geliştirilmesinde ve sismik tehlikenin azaltılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Fethiye-Burdur Fay Zonu'nda bulunan Burdur fayı ürettiği depremler ile önemli can ve mal kayıplarına neden olmuş aktif bir faydır. Aletsel dönem etkinliklerinden, bölgede ağır hasarlara ve çok sayıda can kayıplarına neden olan 3 Ekim 1914 (M_w=7.1) ve 12 Mayıs 1971 (M_w:6.2) Burdur depremleri, Burdur fayının ürettiği en önemli depremlerdir. Burdur yerleşim alanı Fethiye-Burdur fay zonu üzerinde, Burdur Gölü'nün yanında kurulmuştur ve büyük bir bölümü gevşek alüvyon zemin üzerinde yer almaktadır. Bu çalışma kapsamında elde edilen verilere göre, çalışma alanının kayma dalgası hızına dayalı olarak TBDY (2018) zemin sınıflandırması ZD ve ZC sınıfları ile sonuçlanmıştır. Çalışma alanının çoğunluğunun ZD sınıfı zemin olduğu belirlenmiştir. Gevşek alüvyon zeminlerin deprem esnasında meydana getirdiği en başta zemin büyütmeleri, sıvılaşma gibi olumsuz durumlar bilinmektedir. Zeminin deprem açısından davranışını olumsuz etkileyen bu duruma, bölgenin tektonik durumu da eklendiğinde, Burdur yerleşim alanı için sismik risk artmaktadır. Bu çalışmada, Burdur kent merkezinin yerel zemin koşullarının ve sismik tehlike durumunun ayrıntılı şekilde ortaya konması ve zeminlerin deprem davranışının belirlenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca sıvılaşma durumunun belirlenmesi, sıvılaşma sonrası etkilerin araştırılması, mikrobölgeleme haritalarının hazırlanması ve böylece Burdur kent merkezi için depreme karşı güvenilir imar stratejilerinin geliştirilmesine katkı sunulması çalışmanın nihai amacıdır. Kentin yerel zemin koşulları ve yüksek deprem potansiyeli göz önüne alındığında karşılaşılan riskin azaltılmasında, bu çalışma ve neticesinde elde edilen sonuçlar, şehir planlamacıları ve farklı çevrelerden insanlara yol gösterici niteliktedir. Bu amaçla Burdur yerleşim alanı da içine alan Güneybatı Türkiye bölgesinin detaylı bir şekilde olasılıksal sismik tehlike analizleri (PSHA) gerçekleştirilmiştir. Yapılan PSHA çalışmasında R-CRISIS (V 20.0) yazılımı kullanılmıştır. SHARE Avrupa Deprem Kataloğu'ndan elde edilen tarihsel dönem deprem verileri ile Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü'nden elde edilen aletsel dönem depremleri birlikte kullanılarak yeni bir homojen deprem kataloğu hazırlanmıştır. Katalogların bütünlük analizi yapılmış ve deprem veri tabanından ön ve artçı olaylar ayıklanmıştır. Bölgesel ve sismolojik özelliklerine göre GB Türkiye'yi etkileyebilecek 15 kabuksal sismik alan kaynağı tespit edilmiştir. 15 sismik kaynağın Gutenberg – Richter b değeri ve ortalama sismik aktivite hızının (λ) hesaplanması için Kijko-Smit tarafından geliştirilen genelleştirilmiş Aki-Utsu yöntemi kullanılmıştır. Sismik kaynakların maksimum deprem büyüklüğü (M_maks), GB Türkiye için belirlenen fay kırılma karakteri kullanılarak ve istatistiksel bir yöntem olan Kijko- Sellevoll (1989) yöntemi kullanılarak iki farklı yöntemle hesaplanmıştır. Burdur yerleşim alanının sismik tehlikesinin değerlendirildiği bu çalışmada GB Türkiye için uygun yer hareketi tahmin denklemi (GMPE) seçimi için, Türkiye'de meydana gelen depremlerin de dahil olduğu küresel veri setleri ile geliştirilen toplam 12 GMPE aday denklem olarak seçilmiş ve Log-Olabilirliği (LLH) yaklaşımı kullanılarak en iyi performans gösterenleri belirlenmiştir. Gerçekleştirilen analizler neticesinde Burdur yerleşim alanı anakaya seviyesi için 50 yılda aşılma olasılığı %10 olan deprem için üniform tehlike spektrumu belirlenmiştir. Yakın fay etkisi dikkate alınarak seçilen gerçek depremlere ait 14 yer hareketi kaydı, PSHA ile elde edilen hedef spektrum ile ölçeklendirilmiştir. Çalışma alanını oluşturulan 140 adet 500mx500m hücre sisteminin her bir hücresini temsil eden zemin profillerinde DEEPSOIL bilgisayar programı vasıtasıyla bir boyutlu eşdeğer lineer zemin dinamik davranış analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda elde edilen veriler haritalandırılmıştır. Bununla birlikte çalışma alanında 154 noktada mikrotremor ölçümleri gerçekleştirilmiş, çalışma alanının zemin hakim titreşim periyodu, zemin büyütmsesi ve sismik hasar görebilirlik indisi (Nakamura indisi) mikrotremor ölçümlerine dayalı HVSR (yatay/dikey spektral oran) yöntemi ile belirlenerek haritalandırılmıştır. Çalışma alanı için sıvılaşma potansiyeli, sıvılaşma sonrası oturma ve yanal yayılma gibi etkiler de araştırılmıştır. Çalışma alanına ait nihai mikrobölgeleme haritalasının hazırlanması için şev, jeoloji, yer altı suyu seviyesi, faya mesafe, TBDY-2018 zemin sınıfı, sismik hasar görebilirlik indisi, zemin büyütmesi ve sıvılaşma kaynaklı deformasyon kriterleri dikkate alınarak Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) katmanları oluşturulmuştur. Oluşturulan katmanlar Çok Kriterli Karar Analizi (ÇKKA) yöntemlerinden Basit Toplamlı Ağırlıklandırma (BTA) kullanılarak değerlendirilmiştir. CBS tabanlı Çok Ölçütlü Karar Analizleri ile nihai yerleşime uygunluk haritası hazırlanmıştır. Genel bir sonuç olarak, çalışma alanının batısındaki Burdur Gölü'ne yakın gevşek alüvyon zeminlerin deprem davranışlarının diğer kesimlere göre daha olumsuz olduğu ve en fazla sismik hasara maruz kalacağı belirlenmiştir.
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.
Granüler zeminlerin yüksek eksenel basınç altındaki davranışı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-02-15) Sefi, Faruk ; Lav, Musaffa Ayşen ; 501162301 ; Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği

Bu tez çalışmasında, granüler zeminlerin yüksek basınçlı eksenel sıkışma davranışı ve bu davranışa eşlik eden zemin bünyesinde gelişen dane kırılması incelendi. Çalışmanın ilk aşamasında, zemin numunelerini oluşturmaya aday bireysel daneler üzerinde çift-plaka ezme deneyi uygulandı ve bireysel danelerin tek dane ezilme dayanımı belirlendi. Dane boyutları 2.00 - 37.50 mm aralığında değişen dolomit, kalker ve bazalt kökenli kırmataş danelerinin tek dane ezilme dayanımı, dane kökenine, dane şekline ve dane boyutuna göre farklılık gösterdi. Bireysel danelerin tek dane ezilme dayanımı: dolomit kökenli daneler için 4.20 - 17.80 MPa, kalker kökenli daneler için 2.38 - 26.14 MPa, bazalt kökenli daneler için 5.29 - 48.29 MPa aralığında belirlendi. Bireysel danenin şekli mükemmel küreye eriştikçe ve bireysel dane boyutu arttıkça, danelerin tek dane ezilme dayanımı düşüş gösterdi. Tıraşlanarak küp şekline getirilmiş çeşitli boyutlardaki bireysel daneler üzerinde uygulanan basınç deneyleri sonucunda, bireysel danelerin elastisite modülünün de dane boyutu artışı ile düştüğü belirlendi. 7.50 - 12.00 mm boyut aralığındaki kalker kökenli bireysel danelerin elastisite modülü, 850 - 1230 MPa aralığında belirlendi. Çalışmanın ikinci aşamasında, granüler zemin davranışını incelemek üzere ortalama dane boyutları 2.00 - 25.00 mm aralığında olan kırmataş balast daneleri kullanılarak sekiz zemin numunesi hazırlandı. İlk grup zemin numunelerinde, tek değişken parametre dane kökeni idi. Bu grupta yer alan; Numune-1 kalker kökenli danelerden, Numune-2 ise bazalt kökenli danelerden oluşan üniform derecelenmeli zemin numuneleri idi. İkinci grup zemin numunelerinde, tek değişken başlangıç zemin ortalama dane boyutu idi. Bu grupta yer alan üniform derecelenmeli Numune-3, Numune-4 ve Numune-5'in başlangıç zemin ortalama dane boyutları sırası ile 22.00, 14.40 ve 6.80 mm idi. Üçüncü grup zemin numunelerinde, tek değişken başlangıç zemin üniformluk katsayısı idi. Bu grupta yer alan ve aynı başlangıç zemin ortalama dane boyutuna sahip olan Numune-6, Numune-7 ve Numune-8'in başlangıç zemin üniformluk katsayıları sırası ile 1.16, 1.98 ve 4.10 idi. Zemin numunelerinden en az 4 - 5 benzer hazırlandı. Her bir benzer numune, eksenel sıkışma deneyinde belirli bir ödometrik gerilme kademesine kadar monotonik yüklendi ve sonrasında numuneye yük boşaltması uygulandı. Bu şekilde, çeşitli ödometrik gerilme kademeleri için zemin numunelerinde oluşan değişim incelenebildi. Zemin numunelerine ait şu özelliklerin eksenel sıkışma esnasındaki anlık değerleri belirlendi: hacimsel deformasyon, boşluk oranı, dane dağılım eğrisi, indeks boşluk oranları, relative sıkılık, absorbsiyon, spesifik yüzey alanı, permeabilite. Uygulanan maksimum ödometrik gerilme olan 56.0 MPa, bütün zemin numuneleri için killerin konsolidasyon eğrisine benzeyen 3 evreli eksenel sıkışma davranışı sergilemesine yeterli oldu. Eksenel yükleme sırasında numunelerin: efektif dane boyutu, ortalama dane boyutu, indeks boşluk oranları, ve permeabilite değerleri düşüş; üniformluk katsayısı, ince dane içeriği, relative sıkılık, absorbsiyon ve spesifik yüzey alanı değerleri artış gösterdi. Numunelerin, 56.0 MPa'lık ödometrik gerilme seviyesinde: hacimsel deformasyonu % 34.7 - 42.8 aralığına, son sıkışma modülü 789.5 - 823.0 MPa aralığına, efektif dane boyutu 0.20 - 050 mm aralığına, üniformluk katsayısı 19.00 - 27.86 aralığına, ince dane içeriği % 1.7 - 3.9 aralığına, boşluk oranı 0.05 - 0.14 aralığına, minimum boşluk oranı 0.24 - 0.29 aralığına, maksimum boşluk oranı 0.62 - 0.68 aralığına, absorbsiyonu % 3.26 - 3.79 aralığına, spesifik yüzey alanı 68.62 - 80.69 cm2/cm3 aralığına, permeabilitesi 0.042 - 0.045 cm/sn aralığına erişti. Eksenel sıkışma esnasında zemin numunelerinin bünye özelliklerinde oluşan değişim, numunelerin bakir sıkışma hattı (VCL) ilk ödometrik gerilmesine erişmesi ile birlikte hız kazandı. Bu ödometrik gerilmeden sonra bakir sıkışma hattının son ödometrik gerilmesine kadar, zemin bünyesinde en şiddetli dane kırılmaları gelişti. Numunelerin bakir sıkışma hattı ilk gerilmesi 3.40 - 6.00 MPa aralığında, bakir sıkışma hattı son gerilmesi 11.70 - 26.00 MPa aralığında belirlendi. Numunelerin başlangıç zemin ortalama dane boyutu düştükçe, başlangıç zemin üniformluk katsayısı arttıkça ve bireysel danelerin tek dane ezilme dayanımı arttıkça, uygulanan ödometrik gerilme sonunda numunede oluşan: hacimsel deformasyon, sıkışabilirlik ve dane kırılması miktarı azalmakta; akma gerilmesi, bakir sıkışma hattı gerilmeleri, pekleşme gerilmesi artmaktadır. Çalışmanın son aşamasında, Numune-1'in eksenel sıkışma deneyindeki davranışı ABAQUS yazılımında 1:1 ölçekli model ile yeniden oluşturuldu. Modellerde zemin numunesi, pekleşme özelliği yansıtabilen Draker-Prager/cap malzeme modeli ile tanımlandı. ABAQUS analiz sonuçları ile, laboratuvarda belirlenmesi zor ve pahalı olan numunenin anlık radyal gerilme değerleri hakkında bilgi edinildi. Model sonuçlarında, eksenel yükleme safhasındaki Numune-1'in anlık radyal gerilme değerleri, K0 gerilme izine uygun şekilde gelişti. 56.0 MPa'lık ödometrik yükleme ve takip eden yük boşaltması sonunda, Numune-1 üzerinde kalıcı düşey ve radyal gerilmeler gözlendi. Uygulanan maksimum ödometrik gerilmenin yaklaşık 1/10'u, zemin bünyesinde kalıcı radyal gerilme olarak depolandığı belirlendi.
Eksenel statik çekme yüküne maruz betonarme tekil kazık davranışı ve orijinal bir kazık deney ve imalat yaklaşımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-14) İnanır, Orhan Esat ; Şenol, Aykut ; Berilgen, Mehmet M. ; 501972026 ; Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği

Bütün dünyada ve Türkiye'de son yarım yüzyılda gökdelenler, köprüler, tüneller, barajlar, enerji santralleri, rüzgar türbinleri, açık deniz yapıları gibi projelere olan yüksek talep kazıklı temellere olan ihtiyacı hızla arttırmıştır. Enstrümante edilmiş kazık yükleme deneyleri ile kazık boyunca oluşan yük dağılımının belirlenebilmesi, Performansa Dayalı Kazık Tasarımına (PDK-T) imkan vermekte ve temel kazıklarının tasarımındaki belirsizlikleri asgari düzeye indirmektedir. Kazıklı temel tasarımı kapsamında kazık "kapasitesi" tesbiti ekseriyetle, yükün kazık boyunca nasıl dağıldığını inceleyerek başlar ancak, çoğu zaman sadece uç ve şaft ayrımı belirtilerek hesaplanır. Mevcut şartnamelerde "statik kazık hesabı" yaklaşımı çoğu kez temelin oturmasını göz ardı etmektedir. Ancak, kazığa tatbik edilen yük, kazığın deplasmanı ve zemin oturması kazığın yük dağılımı davranışını kontrol eden ayrılmaz bileşenlerdir. Enstrümante edilmiş eksenel yüke maruz kazık yükleme deneyleri kazık davranışının değerlendirilmesini ve t-z/q-z ilişkilerine bağlı zemin direnci ve deplasman davranışının simülasyonunun yapılmasına ve "Tekil Kazık-Zemin Etkileşim Modelinin" oluşturulmasına imkan vermektedir. Bu sayede elde edilen etkileşim modeli "Geoteknik Modele" dönüştürülerek farklı kazı, su seviyesi değişimi vs durumları için kazık davranışının hesaplanmasına imkan vermektedir. Çekme yüküne maruz betonarme kazıklarda (fore kazık, prekast çakma kazık, yerinde dökme çakma kazık Vibreks, vs.) mobilize olan çekme gerilmeleri sebebiyle oluşan çatlak gelişimi kazıklarda bütünlük ve uzun vadede durabilite problemlerini gündeme getirmektedir. Betonarme kazıklara kazık başından yukarı istikamette yük tatbik edilmesi ve bu yükün beton çekme mukavemetine ulaştığı en zayıf kesitten itibaren çatlak gelişimi söz konusu olmaktadır. Bu çatlak gelişimi, kazığın çekme yükü altında deplasman davranışını etkilemektedir. Bu durum kazık çekme deneylerinde kazık davranışının değerlendirilmesini, t-z ilişkilerine bağlı kazık-zemin etkileşimini dikkate alan hesap modeli kurulmasını ve analizlerin gerçekliliğini etkimektedir. Bu doktora tezinde, çekme yükü etkisindeki tekil kazık yük tansfer ilişkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç için enstrümante edilmiş kazıklar üzerinde yükleme deneyleri yapılmıştır. Bu kapsamda ilk olarak görece daha uzun bir kazık ile ara mesafesi yaklaşık 6m olan komşu iki kazıkta eksenel statik çekme kazık yükleme deneyi gerçekleştirilmiştir. Bu deney kazıklarına konvansiyonel olarak kazık başından çekme uygulanmış ve üçüncü kazıkta ise özel bir tertibat ile kazığa tabanından çekme yükü uygulanmıştır. Bu deneylerde yapılan aletsel gözlemlerden elde edilen veriler ile çatlak gelişimi, yayılımı ve yük-deplasman performansı değerlendirilmiştir. Kazık başından çekilmesi durumu için deneyde uygulanan eksenel çekme yükü altında betonun çekme deformasyon xxxiv kapasitesine ulaşıldığında çatlak gelişimi birim deformasyon ölçümlerinde tespit edilmiș ve tahribatsız deney uygulamalarıyla da teyit edilmeye çalışılmıştır. Bu araştırmalar yanında deney kazıklarının malzeme özellikleri dikkate alınarak yapılan eksenel kazık rijitliklikleri deneysel gözlemlerle paralellik arzetmiștir. Eldeki gözlemler ve hesaplar değerlendirildiğinde "Çatlamamış safha" da yükün kazık kompozit kesiti ile taşındığı ve ilk çatlak gelişme noktası sonrasındaki bölge olan "nihai çatlak oluşmuş safha" da ise donatı ile taşındığı anlașılmaktadır. Kazık malzeme özelliğindeki değişim, kazık kapasite hesaplamalarını şaft sürtünmesinden kaynaklı olmamasına rağmen sun'î bir şekilde etkilemektedir Konvansiyonel çekme yüküne maruz deney kazığında yaklaşık 70-120 mikroStrain birim deformasyon mertebelerinde çatlak gözlenmiș olup bu sonuç literatürdeki eksenel yük ve momente maruz beton kesitindeki çatlak gelişimini inceleyen çalıșmalar ile uyumludur. Betonarme kazıkta çekme yükü altında çatlak oluşumunu önlemek için kazık tabanından çekme yükü uygulanması durumu için gerçekleştirilen kazık yükleme deneyinde kazık gövdesindeki betonda çekme gerilmesi oluşmasına müsaade etmeyecek ve kazık donatı kafesi ile bütünleşik tarzda orijinal bir tertibat tasarlanmıştır. Bu tertibat vasıtası ile konvansiyonel yüklü kazık ile aynı şartlardaki komşu kazık tabanından yukarı doğru çekilerek betonda basınç gerilmesinin mobilize olması sağlanmıştır. Geliştirilen bu orijinal kazık tipi ve deney tertibatı konvansiyonel olarak kazık başından çekilerek tatbik edilen çekme yükleme durumundaki problemleri bertaraf ettiği kazığın yük deplasman performansında ve yük transfer ilişkisinde hatırı sayılır bir şekilde performans artışı sağladığı gözlenmiştir. Kazıkların yük tatbik noktasının farklı olması sebebiyle doğrudan karşılaştırma yapmak mümkün olmamakla beraber genel bir kıyaslama için Davisson Yöntemi ile yapılan hesapta konvansiyonel çekme yüküne maruz kazıkta 6.1MN tahmin edilirken tabanından çekme yükü uygulanan kazıkta 8.9MN olarak tahmin edilmiştir. Kazık tabanı yük – kazık tabanı deplasman için yapılan analizde ise tabanından yüklü kazığın nihai taşıma kapasitesi 7.3MN olarak belirlenmiştir. Bu sonuç benzer şartlarda iki komşu eş fore kazığın farklı tarzda yüklenmesiyle elde edilen kapasitenin kazık başı yük – kazık başı deplasman ilişkisine göre "Davisson Kazık Kapasitesi Tahmin Yöntemi" ile ~%146 mertebelerinde kazık tabanı yük – kazık tabanı deplasman ilişkisi kıyaslamasına göre ise ~%120 mertebelerinde daha yüksek çekme kapasitesine ulaştığı anlamına gelmektedir.
Evaluating the efficacy of polyethylene glycol and magnesium chloride as anti-freeze agents on the mechanical properties of clays subjected to freeze-thaw cycles

(Graduate School, 2024-07-11) Rikhtehgar, Yeganeh, Amin ; Teymür, Berrak ; 501172301 ; Soil Mechanics and Geotechnical Engineering

The construction industry frequently encounters significant challenges due to adverse weather conditions, leading to project delays and increased costs. Approximately 45% of global construction projects are interrupted by weather-related incidents, resulting in billions of dollars in additional expenditures annually. One critical issue in colder climates is the impact of freeze-thaw (F-T) cycles, which disrupt soil stability and permeability, causing cracks, expanding pore spaces, and affecting water retention and drainage. These cycles reduce soil strength and cohesion, increasing the risk of erosion and runoff and compromising the structural integrity of construction projects. Traditional soil stabilization methods, such as mixing soils with cement or lime, have limitations, particularly in mitigating the effects of F-T cycles. These methods often fail to prevent the loss of soil strength and volume changes after successive F-T cycles, necessitating the development of more robust solutions. This study investigates the potential of Polyethylene Glycol (PEG 400) and magnesium chloride (MgCl2) solutions as antifreeze and stabilizing agents for fine-grained soils. The research evaluates the effects of these solutions on soil properties, including plasticity, strength, and durability, under both unfrozen conditions and after F-T cycles. By understanding these effects, the study seeks to identify effective methods to mitigate the detrimental impact of F-T cycles on soil embankments in cold climates. Initial experiments with PEG 400 included Atterberg limits tests, compaction tests, unconfined compressive strength (UCS) tests, and a single F-T test at -20°C. The results indicated that higher concentrations of PEG increased the soil's Atterberg limits, decreased the maximum dry density, and increased the optimum water content. Although PEG acted as an antifreeze by preventing strength loss after one F-T cycle at higher concentrations, it significantly reduced soil strength initially due to its hydrophilic properties, rendering it ineffective as a stabilizing additive. Further tests on a clay-cement mixture with PEG showed that PEG significantly reduced the strength of the mix. Strength tests after one F-T cycle at -5°C revealed that higher concentrations of PEG could not prevent strength loss and further decreased the mixture's strength. This indicated that PEG negatively affected the cement hydration process, making it unsuitable for soil stabilization in cold climates. In contrast, MgCl2 showed more promising results. A comprehensive range of tests, including Atterberg limits tests, UCS tests, compaction tests, volume change measurements, F-T cycle tests, and microstructural analyses using FTIR, SEM, and XRD, demonstrated that higher concentrations of MgCl2 (14% solution) significantly lowered the soil's Atterberg limits, improved compaction by increasing the maximum dry density and reducing the optimum water content, and enhanced soil strength even without curing. Curing showed minor effects, with higher MgCl2 concentrations further improving UCS. MgCl2 also demonstrated durability under F-T cycles, maintaining soil strength and volume stability. Durability index (DI) values quantified the stability of MgCl2-treated soils after F-T cycles. At -10°C, soils treated with 9% and 14% MgCl2 solutions maintained their strength through seven F-T cycles, whereas untreated and 4% MgCl2-treated soils showed significant strength reductions. At -20°C, untreated and 4% MgCl2-treated soils lost considerable strength, while 9% MgCl2-treated samples exhibited smaller strength reductions, and 14% MgCl2-treated samples maintained consistent strength across seven cycles. DI values confirmed that precise MgCl2 concentration adjustments are crucial for soil stability in cold climates. Volume stability tests showed that untreated and 4% MgCl2-treated samples expanded with F-T cycles, while 9% and 14% MgCl2-treated samples showed no significant volume changes, indicating effective stabilization. Microstructural analyses revealed that MgCl2 promoted clay flocculation and particle size enlargement, aligning with observed improvements in soil properties. Comparative analysis of MgCl2 and PEG under F-T conditions highlighted MgCl2's superior performance in enhancing soil strength, durability, and volume stability. MgCl2's ability to improve soil properties and maintain structural integrity under challenging environmental conditions makes it a more effective antifreeze and stabilizing agent than PEG. The findings suggest that adopting MgCl2 as a stabilizing and antifreeze agent can significantly improve the performance of soil embankments in cold climates. By preventing the adverse effects of F-T cycles, MgCl2 ensures that construction projects can continue during colder periods, reducing delays and associated costs. This research provides a foundation for future studies to explore the full potential of MgCl2 in various geotechnical applications and contribute to the development of more resilient infrastructure in regions prone to harsh weather conditions. In summary, this thesis provides compelling evidence that MgCl2 is an effective antifreeze and stabilizing agent for fine-grained soils in cold climates. Its ability to improve soil properties, maintain structural integrity, and enhance durability under F-T cycles makes it a valuable additive for the construction industry. Future research should build on these findings to optimize MgCl2 concentrations for different soil types and climatic conditions, ultimately contributing to the development of more resilient and sustainable infrastructure.

Gözat

Çıkarma tarihi ile LEE- Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği-Doktora'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri