KİREÇTAŞINDA YAPILAN OSTERBERG CELL KAZIK YÜKLEME DENEYİNİN SONLU ELEMANLAR ... ·...
Transcript of KİREÇTAŞINDA YAPILAN OSTERBERG CELL KAZIK YÜKLEME DENEYİNİN SONLU ELEMANLAR ... ·...
KİREÇTAŞINDA YAPILAN OSTERBERG CELL KAZIK
YÜKLEME DENEYİNİN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ
İLE SAYISAL SİMÜLASYONU
NUMERICAL SIMULATION OF OSTERBERG LOAD TEST PERFORMED
IN LIMESTONE BY USING FINITE ELEMENT ANALYSIS
Nejla YILDIZ HELVACIOĞLU*1 Erol GÜLER
2
ABSTRACT
Piles are loaded in practice by the structure from the top. However especially for piles with
higher load capacities, it is very difficult to simulate this loading method. To overcome this
difficulty, bi-directional pile load test, also called Osterberg Cell load test, has been
developed. In this paper, the theory which is used for converting load-settlement behavior
obtained during bi-directional pile load test into equivalent load-settlement behavior in ideal top-
down load test has been verified. To compare the pile behavior during these two tests; test results
of a large-diameter instrumented pile socketed in limestone and performed in Moscow is back-
analyzed by using finite element analysis. Until load-displacement behavior obtained during the
field test is simulated and unit shaft frictions measured via strain gauges are obtained, soil
parameters of analysis model are calibrated and ideal top loaded pile behavior generated by
these parameters is investigated.
Keywords: Osterberg Cell, back analysis, finite element
ÖZET
Geoteknik saha deneylerinin başında gelen kazık yükleme deneylerinde,kazıklar üstten
yüklenir. Ancak özellikle yüksek taşıma gücüne sahip kazıklarda bu kuvvetin
uygulanmasındaki güçlükler sebebiyle, statik basınç yükleme deneyi uygulama tekniklerinden
biri olan ve Osterberg Cell yükleme testi olarak da adlandırılan çift yönlü kazık yükleme
deneyi geliştirilmiştir. Bu bildiride çift yönlü kazık yükleme testleri sonucu elde edilen yük-
oturma davranışının, ideal üstten yüklenen kazık yük-oturma davranışına dönüştürülmesi
sırasında kullanılan teorinin doğruluğunu ve iki yöntem arasındaki kazık davranışı farklılığını
incelemek için Moskova’da kireçtaşına soketli büyük çaplı bir kazıkta gerçekleştirilen çift
yönlü kazık yükleme deneyi, sonlu elemanlar yöntemi ile geri analiz edilmiştir. Deney
sırasında elde edilen yük-deplasman davranışı simule edilene ve gerinim ölçerler ile ölçülen
birim çevre sürtünmeleri gözlemlenene kadar analiz modelindeki zemin parametreleri kalibre
edilmiş ve bu parametrelerle oluşturulan ideal üstten yüklenen kazık hareketi incelenmiştir.
Anahtar kelimeler: Osterberg Cell, geri analiz, sonlu elemenlar
*1 İnş. Yük. Müh., Kasktas A.Ş., [email protected] 2 Prof. Dr., Boğaziçi Üni., [email protected]
389
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
1. GİRİŞ
Büyük kapasiteli büyük yapıların inşası beraberinde bu yapıyı taşıyacak zemin tasarımını ve
temel inşasını çok önemli kılmıştır. Tasarımın son derece önemli olduğu düşünülen bu
uygulamamada ekonomik, güvenli ve gerçekçi çözümlere ulaşabilmenin yolu sahada
uygulanan test sonuçlarının değerlendirilmesinden ve toplanmasından geçmektedir. Statik
kazık yükleme deneylerine alternatif olarak uygulanan O-cell (Osterberg Cell) deneyleri de bu
anlamda büyük yükler altında çalışılacak kazıklar için kapasite tayininde son yıllarda gittikçe
artan ve güvenilir bir uygulama yöntemi olmuştur. Bu bildiri kapsamında, O-cell yönteminde
elde edilen veriler sonucu oluşturulan test raporlarında “Equivalent Top Load-Settlement
Curves” olarak sunulan yük-oturma ilişkisi Sonlu Elemanlar yöntemi kullanılarak sayısal
olarak elde edilmiştir. Moskova'da kireçtaşında yapılan çift yönlü deney sonuçlarında elde
edilen birim çevre sürtünmesi ve uç sürtünmesi değerlerini verecek zemin, Plaxis sonlu
elemanlar yazılımı kullanılarak kalibre edilmiştir. Oluşturulan bu sonlu elemanlar modelinde,
aynı zamanda deney yükü kazık kafasından etki ettirildiğinde meydana gelecek yük-oturma
eğrisinin, deney sonucu bulunan eğriyle olan ilişkisi değerlendirilerek gerek çevre sürtünmesi
değerleri gerekse uç direnci değerleri açısından kazık davranışı incelenmiştir.
2. OSTERBERG CELL SAHA DENEYİ
2.1. Deney Düzeneği
Deney kazığı, yeraltı su seviyesinin altında üst kısmı kireçtaşı ara katmanlı sert kilden ve
ağırlıklı olarak kireçtaşı tabakasından oluşan zeminde 1500mm çapında ve ~23m boyunda
foraj yapılarak imal edilmiştir. Forajı yapılan kuyunun taban temizliği yapıldıktan sonra,
Osterberg cell ve diğer ölçüm ekipmanlarının yerleştirildiği donatı kafesi temizlenen kuyuya
indirilmiş ve tremi borusu kullanılarak beton dökümü gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneği,
kazık tabanından 3.94m yukarı yerleştirilen 610mm çapındaki 3 adet Osterberg yük hücresini
içermektedir. Osterberg yük hücrelerinin kalibrasyonları, bu ekipmanlar sahaya gelmeden
önce bağımsız bir kurum tarafından 13.60 MN yüke kadar kalibre edilmişlerdir.
Deney düzeneği, beton üst kotundan O-cell yük hücrelerine kadar uzanan ve O-cell’in üstünde
kalan kazık kısmının sıkışma hareketinin belirlenmesi amacıyla 4 adet telltale borusu ve
telltale çubuklarından; kazık tabanından çalışma platform kotuna kadar uzanan ve kazık
ucunun hareketini tespit etmek için kullanılan 3 adet telltale borusu ve telltale çubuklarından;
O-cell düzeneğinin üst ve alt plakaları arasına yerleştirilen ve yükleme sırasında iki plaka
arasındaki açılmayı ölçen 4 adet Doğrusal Titreşim Telli Deplasman Dönüştürücülerinden
oluşmaktadır. Bunlara ilave olarak O-cell yük hücrelerinin üstünde ve altında yer alan kazık
şaftlarında Osterberg yük hücreleri tarafından uygulanan kuvvetin kazık şaftı boyunca
dağılımını incelemek üzere 7 seviye gerinim ölçer yerleştirilmiştir. Kazık
enstrümantasyonunun şematik gösterimi Şekil 1’de verilmiştir.
2.2. Yükleme Aşaması
Yükleme Osterberg yük hücreleri vasıtasıyla 14 eşit aşamada çift yönlü uygulanan 56010
kN’luk yüke kadar gerçekleştirilmiştir. Boşaltma aşaması ise 4 eşit kademede
gerçekleştirilmiş ve deney sonlandırılmıştır. Her bir yük kademesinde, yük hücreleri ile
uygulanan yük sabit tutularak 30 dakika beklenmiştir. Yükleme aşamaları Tablo 1’de
verilmiştir. 1L-14 aşamasındaki 56.01MN'luk kuvvet altında O-cell alt plakasının aşağı yönde
maksimum 9.89mm hareket ettiği tespit edilirken; yukarı yönde uygulanan 55.54 MN'luk net
390
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
kuvvet altında üst plakanın maksimum 44.73mm hareket ettiği ölçümlenmiştir. Bu
deplasmanlar sırasında gerinim ölçerlerden alınan okumalardan hesaplanan birim çevre
sürtünme değerleri Tablo 2'de verilmiştir.
Şekil 1. O-cell Kazık Yükleme Deneyi Enstrümantasyonu
Tablo 1. Deney Kazığı Yükleme Aşamaları
Yükleme
Kademesi
Uygulanan Çift
Yönlü Yük (MN)
Yükleme
Kademesi
Uygulanan Çift
Yönlü Yük (MN)
1L-1 4.06 1L-8 32.06
1L-2 8.02 1L-9 36.02
1L-3 12.03 1L-10 40.03
1L-4 16.08 1L-11 44.08
1L-5 20.04 1L-12 47.98
1L-6 24.05 1L-13 52.01
1L-7 28.05 1L-14 56.01
SG=Gerinim Ölçer
391
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Tablo 2. Maksimum Yük Kademesinde Ölçülen Net Birim Çevre Sürtünmeleri ve Ortalama
Deplasman Değerleri
Yük Aktarım Bölgesi Ortalama
Deplasman
Mobilize Olan Net Birim
Çevre Sürtünmesi
Zemin Seviyesi ile Gerinim Ölçer 7 Arası ↑ 28.7 mm 366 kPa
Gerinim Ölçer 7 ile Gerinim Ölçer 6 Arası ↑ 30.9 mm 908 kPa
Gerinim Ölçer 6 ile Gerinim Ölçer 5 Arası ↑ 33.9 mm 454 kPa
Gerinim Ölçer 5 ile Gerinim Ölçer 4 Arası ↑ 36.5 mm 1925 kPa
Gerinim Ölçer 4 ile Gerinim Ölçer 3 Arası ↑ 39.1 mm 327 kPa
Gerinim Ölçer 3 ile O-cell Seviyesi Arası ↑ 42.6 mm 446kPa
O-cell ile Gerinim Ölçer 2 Arası ↓ 9.8 mm 5386 kPa
Gerinim Ölçer 2 ile Gerinim Ölçer 1 Arası ↓ 9.3 mm 1544 kPa
2.3. Eşdeğer Üstten Yükleme Eğrisinin Oluşturulması
Deney sonuçları elde edildikten sonra eşdeğer üstten yükleme durumu grafiği çizilmektedir.
Bu grafik özetle, yukarı ve aşağı yöndeki aynı deplasman değerini veren yüklerin toplamı
şeklinde açıklanabilmektedir. Oluşturulan bu eğri kazığın elastik oturmasını içermemektedir.
Üstten yükleme sırasında oluşan kazığın elastik davranışının eğride dikkate alınması
basitleştirilmiş elastisite teorisiyle mümkündür [1]. Bu şekilde deney sonrası oluşturulan
eşdeğer üstten yükleme eğrisi aşağıda Şekil 2'de verilmiştir. Bu eğriye göre 56.01 MN'luk çift
yönlü O-cell yükü altında hem çevre sürtünmesi hem de uç direnci için analiz edilen kazığın
27 MN'luk bir üstten yükleme durumunda 10.1mm; 40.50 MN'luk bir yükleme altında ise
15.3mm oturma yapacağı belirlenmiştir.
Şekil 2. Deney Sırasında Ölçülen Verilerden Elde Edilen
Eşdeğer Üstten Yükleme Durumu Eğrisi
Dep
lasm
an
(m
m)
Eşdeğer Üstten Yükleme Yükü (MN)
(mm)
Elastik Eğri
Rijit Eğri
392
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
3. DENEYİN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE GERİ ANALİZİ
3.1. Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelin Oluşturulması
Osterberg deneyinin sayısal olarak geri analizi sonlu elemanlar yöntemi ile çözümleme yapan
Plaxis 2D [2] yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analizler, hem kazık hem de zemin
elemanları için aksisimetrik modeller kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analizlerde, Osterberg
yük hücreleri saha deneyinde yerleştirilen tam konumlarına göre modellenmiştir. Yükler
çizgisel yük olarak yükün kazık alanına bölünmesi ile elde edilen veri dikkate alınarak
analizde tanımlanmıştır. Yükün doğrusal bir şekilde kazık elemanlarına aktarılması için yük
hücrelerinin üstündeki ve altındaki plakalar rijitliği düşük kiriş (plate) eleman olarak
tanımlanmıştır [3]. Yükleme aşamaları deney sırasındaki aynı sıralamada analizde
tanımlanmıştır Modelin geometrisi Şekil 3'te verilmiştir.
Şekil 3. Model Geometrisi
Analizler sahada gerçekleştirilen geoteknik araştırma testleri sonucu elde edilen zemin
parametreleri ile başlamıştır. Bu parametreler Rus zemin firması tarafından gerçekleştirilen
laboratuvar deneyleri ve geçmişten günümüze elde ettikleri istatiksel verilere göre
hesapladıkları ve tasarımcının kullanmasını istedikleri değerler dikkate alınarak belirlenmiştir.
Zemin profili Şekil 4'te yer almaktadır. Zemin parametreleri, deney sırasında oluşturulan yük-
deplasman grafiği elde edilene ve aynı birim çevre sürtünmeler tespit edilinceye kadar kalibre
edilmiştir. Kalibrasyon öncesi zemin parametreleri Tablo 3'te verilirken, kalibrasyon sonrası
parametreler Tablo 4'te yer almaktadır.
393
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Şekil 4. Zemin Profili
Tablo 3. Kalibrasyon Öncesi Zemin Parametreleri
Zemin
Birimi Zemin Tanımı
Deformasyon
Modülü-E
(MPa)
Birim Hacim
Ağırlık
(kN/m³)
Kohezyon
(kPa)
İçsel
Sürtünme
Açısı (°)
1 Dolomitik Kireçtaşı 440.0 21.0 2370.0 47.0
2 Marnlı Kil 280.0 20.0 1700.0 36.0
3 Sert Kil 340.0 20.0 810.0 30.0
4 Ayrışmış Kireçtaşı 810.0 22.0 2360.0 37.0
5 Sağlam Kireçtaşı 930.0 24.0 6040.0 50.0
Tablo 4. Kalibrasyon Sonrası Zemin Parametreleri (Nihai Analiz Parametreleri)
Zemin Tanımı Dolomitik
Kireçtaşı
Marnlı
Kil Sert Kil
Ayrışmış
Kireçtaşı
Sağlam
Kireçtaşı Beton
Zemin Birimi 1 2 3 4 5 -
Malzeme Modeli Mohr-
Coulomb
Mohr-
Coulomb
Mohr-
Coulomb
Mohr-
Coulomb
Mohr-
Coulomb
Lineer
Elastik
Drenaj Tipi Drenajlı Drenajlı Drenajlı Drenajlı Drenajlı Geçirimsiz
Birim Ağırlık
(kN/m³) 21.0 19.0 19.0 22.0 24.0 24.0
Deformasyon
Modülü E' (MPa) 400 250 350 1000 1600 30000
Poisson Oranı ν' 0.2 0.25 0.25 0.20 0.20 0.15
c' - Kohezyon (kPa) 350.0 200.0 300.0 350.0 450.0 -
ɸ' - İçsel Sürtünme
Açısı (°) 40.0 32.0 35.0 40.0 52.0 -
ψ - Genleşme Açısı
(psi) 10.0 2.0 5.0 10.0 12.0 -
Arayüz 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
394
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
3.2. Analiz Sonuçları
Ölçülen ve analiz sonucu elde edilen yük-oturma eğrisi arasında makul ve iyi bir eşleşme
yapılana kadar analizler tekrarlanmıştır. Bu eşleştirme için esas kriter deformasyon modülü
olmuştur. İkinci eşleştirme kriteri gerinim ölçerlerden elde edilen birim çevre sürtünme
değerleri olmuş, bunun için de dominant parametreler kohezyon ve içsel sürtünme açısı olarak
belirlenmiştir.
Şekil 5. Osterberg Yükleme Deneyi için Ölçülen ve Hesaplanan (Sonlu Elemanlar Yöntemi-
Plaxis ile) Yük-Oturma Grafiklerinin Karşılaştırması
Şekil 6. Osterberg Yükleme Deneyi için Teorik Hesaplanan ve Sonlu Elemanlar Yöntemi
(Plaxis) ile Hesaplanan Üstten Yükleme Durumu Yük-Oturma Grafiklerinin Karşılaştırması
-20.00
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
Yu
karı
Yön
dek
i H
are
ket
(m
m)
Yük(MN)
Yukarı Yön-Ocell Ölçülen
Aşağı Yön-Ocell Ölçülen
Yukarı Yön-Ocell Hesaplanan
Aşağı Yön-Ocell Hesaplanan
Aşa
ğıY
ön
dek
i H
are
ket
(mm
)
-90.00
-80.00
-70.00
-60.00
-50.00
-40.00
-30.00
-20.00
-10.00
0.00
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00
Aşa
ğı Y
ön
de D
ep
lasm
an
(m
)
Yük (MN)
Teorik Hesaplanan
Sonlu Elemanlar Hesaplanan
395
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Şekil 5, yük hücrelerinin hemen altındaki ve üstündeki plakaların aşağı ve yukarı yönde
uygulanan yüke bağlı hareketini ölçülen ve Plaxis yardımıyla hesaplanan şekliyle
karşılaştırmasını sunmaktadır.
Hem yük-deplasman eğrileri hem de sağlanan gerinim ölçer verileri ile ilgili iyi bir eşleşme
elde edildikten sonra, gerçek yükleme uygulaması altında kazık davranışını gözlemlemek için
aynı model aynı parametrelere göre, Osterberg yük hücreleri etkisiz (deaktif) hale getirilerek
ve bu defa üstten yüklenerek analiz edilmiştir. Test firması tarafından sağlanan Osterberg
deneyi sonuç ve değerlendirme raporunda verilen eşdeğer üstten yükleme eğrisi, sonlu
elemanlar analizi sonucunda elde edilen eğri ile karşılaştırılmıştır. Analiz sonucu elde edilen
üstten yükleme eğrisi ile teorik olarak oluşturulan eğri arasında yakın bir eşleşme beklenirken,
Şekil 6'dan görüleceği üzere uyumun çok fazla elde edilemediği belirlenmiştir. Bu durum,
kazığın teorik olarak hesaplanan elastik davranışının saha şartlarında gerçekleşenle
uyuşmaması ya da teorik elastik davranışın gerçek zemin davranışının altında bir çözüm
olabileceği şeklinde değerlendirilebilir. Bu konuda deney teorisini ortaya çıkaran ana firmanın
çekinceleri de bu şekilde her raporunda dile getirilmekte ve elde edilen teorik eğrinin
tasarımcıyı güvenli tarafta bıraktığı açıkça görülmektedir.
Yük-oturma grafikleri arasındaki değerlendirme tamamlandıktan sonra, kazık şaftı boyunca
yük dağılımının incelenmesi aşamasına geçilmiştir. Bu amaçla belirli yük kademelerinde
ölçülen ve sonlu elemanlar yöntemi ile hesaplanan yük dağılımları aşağıda Şekil 7’de
verilmiştir. Şekil 7’den de anlaşılacağı gibi, yeterli sayıda gerinim ölçer verisi mevcut
olduğundan, kazık şaftı boyunca yük dağılımı davranışı modellenen yük davranışı ile iyi bir
uyum göstermiştir. Gerçekleşen ve modellenen O-cell yük hücrelerinin üst kısmında yer alan
şaft kısmında 5 adet gerinim ölçer ile düzgün bir şekilde uyum elde edilirken, alt kısımdaki
şaft bölümüne yerleştirilen gerinim ölçerlerden O-cell seviyesine en yakın olan SG2’de elde
edilen birim çevre sürtünmesinin analizle elde edilene çok yakın olmadığı gözlemlenmiştir.
Bu durum O-cell seviyesine yakın olan gerinim ölçerlerden elde edilen değerin sorgulanması
gerektiğini göstermiştir. Şekil 8 ise Plaxis’te oluşturulan ideal üstten yükleme durumu için
kazık şaftı boyunca yük dağılımını göstermektedir. Her iki grafik karşılaştırıldığında O-cell
seviyesinin yakınlarındaki birim çevre sürtünmesi dirençlerinin üstten yüklenen duruma göre
daha fazla çıktığı tespit görülürken, ilk 20m’lik kazı şaftı boyunca hemen hemen aynı kazık
davranışı gözlemlenmiştir.
Uygulanan yükler altında gerçekleşen birim çevre sürtünmesi değerleri, deney sırasında
gerinim ölçerlerden elde edilen okumalar kullanılarak elde edilmiştir. Deneyde elde edilen
birim çevre sürtünmesi değerleri ile analizler sonucu elde edilen birim çevre sürtünmesi
değerlerinin karşılaştırması Şekil 9’da verilmiştir. Şekil 5 ve Şekil 6’daki, yük-deplasman
eğrileri ve Şekil 7 deki yük dağılım eğrileri incelendiğinde, saha ve analiz sonuçlarının iyi bir
şekilde birbiriyle uyumlu olduğu görülmektedir. Ancak bu uyuma rağmen, burada da SG2
seviyesindeki birim çevre sürtünmesi için yukarıdaki aynı açıklama geçerli olmakta yani
gerinim ölçer seviyesi 2'den elde edilen değerin yanıltıcı olduğu görülmektedir. Yüklemenin
bu kısmı, Şekil 9’da ihmal edilirse maksimum birim şaft sürtünmesinin Osterberg
yük deneyinde ve analiz sonucu kalibre edilen modelde uygulanan üstten yükleme durumunda
direnç büyüklerinin birbirine yakın olduğu, ancak oluştuğu yerlerin aynı yükler altında farklı
olduğu görülmüştür.
396
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Şekil 7. Osterberg Yüklemesi için
Sahada Ölçülen ve Sonlu Elemanlar
Analizinde Hesaplanan Yük Dağılım
Eğrilerinin Karşılaştırılması
Şekil 8. Üstten Yükleme Durumu
için Sonlu Elemanlar Analizinde
Hesaplanan Yük Dağılım Eğrileri
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
0 20000 40000 60000
Ka
zık
Şaft
ı B
oy
un
ca K
otl
ar
(m)
Yük(kN)
1L-14 (Plaxis-Hesaplanan)1L-14 (Saha-Ölçülen)1L-12 (Plaxis-Hesaplanan)1L-12 (Saha-Ölçülen)1L-10 (Plaxis-Hesaplanan)1L-10 (Saha-Ölçülen)1L-8 (Plaxis-Hesaplanan)1L-8 (Saha-Ölçülen)1L-6 (Plaxis-Hesaplanan)1L-6 (Saha-Ölçülen)1L-4 (Plaxis-Hesaplanan)1L-4 (Saha-Ölçülen)1L-2 (Plaxis-Hesaplanan)1L-2 (Saha-Ölçülen)
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
0 20000 40000 60000
Kazı
k Ş
aft
ı B
oyu
nca
Kotl
ar
(m)
Yük (kN)
1L-2
1L-4
1L-6
1L-8
1L-10
1L-12
1L-14
397
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Şekil 9. Osterberg Yüklemesi için
Sahada Ölçülen ve Sonlu Elemanlar
Analizinde Hesaplanan Birim Çevre
Sürtünmesi Değerlerinin Karşılaştırılması
Şekil 10. Üstten Yükleme
Durumu için Sonlu Elemanlar Analizinde
Hesaplanan Birim Çevre Sürtünmesi
Değerleri
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Ka
zık
Şaft
ı B
oy
un
ca K
otl
ar
(m)
Birim Çevre Sürtünme Direnci (kPa)
1L-14 (Plaxis-Hesaplanan)1L-14 (Saha-Ölçülen)1L-12 (Plaxis-Hesaplanan)1L-12 (Saha-Ölçülen)1L-10 (Plaxis-Hesaplanan)1L-10 (Saha-Ölçülen)1L-8 (Plaxis-Hesaplanan)1L-8 (Saha-Ölçülen)1L-6 (Plaxis-Hesaplanan)1L-6 (Saha-Ölçülen)1L-4 (Plaxis-Hesaplanan)1L-4 (Saha-Ölçülen)1L-2 (Plaxis-Hesaplanan)1L-2 (Saha-Ölçülen)
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Ka
zık
Şaft
ı B
oy
un
ca K
otl
ar
(m)
Birim Çevre Sürtünmesi (kPa)
1L-2
1L-4
1L-6
1L-8
1L-10
1L-12
1L-14
398
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
Birim çevre sürtünmesi değerlerine baktıktan sonra uç direncinin de saha deneyinde
gerçekleşen ve sonlu elemanlar analizinde hesaplanan değerleri açısından nasıl değiştiğini
gözlemlemek için çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Kazık tabanında bir arayüz elemanı
tanımlanmış ve yükleme sırasında aniden oluşan gerilme sıçramalarını düzgün bir şekilde
yaymak adına arayüz elemanları kazık çapından 50 cm daha uzun modellenmiştir. Kalibre
edilmiş zemin parametreleri ile nihai haline getirilen modelde farklı yükleme aşamaları
altında meydana gelen deplasmana karşı gerçekleşen kazık uç direnci irdelenmiş ve Şekil
11’de sunulan grafik elde edilmiştir. Analizler sonucu elde edilen bu grafikler, sahada
gerçekleştirilen deney sırasında kazık tabanı telltale (deplasman ölçerler) çubukları ile
kayıt atına alınan deplasman okumaları yardımı ile karşılaştırılabilmiştir. Telltale çubukları
ile elde edilen kazık tabanı hareketini gerçekleştiren yük ise, aşağı yönde uygulanan O-cell
yükünden ortalama birim çevre sürtünmesi değerinin alt kısımdaki kazık çevresi ile
çarpımının çıkarılması ile elde edilmiştir. SG2 seviyesindeki gerinim ölçer okumasının
yukarıda da açıklandığı üzere yanıltıcı olmasından dolayı, Şekil 11’de mavi çizgi ile
gösterilen birim uç direncinin yanlış değerlendirildiği gözlemlenebilmektedir. Bu farkın
nedeni SG2’nin O-cell seviyesine çok yakın olması şeklinde açıklanabilirken, kazık alt
kısmında (O-cell seviyesi altı) oluşan sünme veya deney sırasında beton priz alırken ortaya
çıkan çekme kuvvetleri de olabilmektedir.
Bu değerlendirmelere ilave olarak kalibre edilmiş zemin parametreleri ile oluşturulan
model üstten yüklenerek uç direnci- uç deplasmanı ilişkisi de değerlendirilmiş ve üstten
yükleme durumunda aynı uç direncinin daha fazla deplasmanda ortaya çıktığı sonucuna da
varılmıştır.
Şekil 11. Deney ve Analizler Sonucu Kazık Uç Direnci-Kazık Uç Deplasmanı
Karşılaştırması
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
Bir
im U
ç D
iren
ci (
kP
a)
Kazık Tabanı Deplasmanı (mm)
Birim Uç Direnci (O-cell Yüklemesi-Sahada Ölçülen)
Birim Uç Direnci (O-cell Yüklemesi-Plaxis ile Hesaplanan)
Birim Uç Direnci (Üstten Yükleme-Plaxis ile Hesaplanan)"
399
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul
4.SONUÇLAR
Yapılan analizler sonucunda, O-cell ile yüklenen kazık davranışının ideal üstten yüklenen
kazık davranışına dönüştürülmesi için kullanılan teorinin geçerliliği doğrulanırken, gerinim
ölçerlerin doğru konuma yerleştirilmemesi durumunda kazık yükleme deneyi sonuçlarının
yanıltıcı olabileceği ve genel değerlendirmeye katılması durumunda birim çevre
sürtünmesi ve dolayısıyla uç direncinin yanlış hesaplanabileceği görülmüştür. O-cell
yükleme deneyi ile ideal üstten yükleme deneyi karşılaştırıldığında birim çevre sürtünme
değerlerinin büyüklüklerinin aynı ancak oluştukları yerlerin farklı olduğu da
gözlemlenmiştir. Bu değerlendirmelere ilave olarak kalibre edilmiş zemin parametreleri ile
oluşturulan model üstten yüklenerek uç direnci- uç deplasmanı ilişkisi de değerlendirilmiş
ve üstten yükleme durumunda aynı uç direncinin daha fazla deplasmanda ortaya çıktığı
sonucuna da varılmıştır.
Sahada gerçekleştirilen deneyde, gerinim ölçerlerin O-cell seviyesinin hemen altına ya da
hemen üstüne yerleştirmek birim çevre sürtünmesi değerlerinde yanlış ve yanıltıcı sonuçlar
ortaya çıkmasına neden olabilmektedir. Dolayısıyla O-cell çevresinde gerinim ölçerlerin
üst ve alt plakalardan yaklaşık ~3m uzaklıkta yerleştirilmesi deney sonuçları açısından
daha makul bir yaklaşım olacaktır. Yine aynı şekilde gerinim ölçer adedinin değişen zemin
tabakalarına göre uygun sayıda yerleştirilmesi, elde edilen birim çevre sürtünme
değerlerinin doğruluğunu ve dolayısıyla analizlerde kullanılacak zemin parametrelerinin
doğru bir şekilde belirlenmesine olanak sağlayacaktır.
TEŞEKKÜR
Bu bildirinin hazırlanması için elindeki tüm kaynakları sunan ve her konuda desteğini
esirgemeyen tüm KASKTAŞ A.Ş. ailesine teşekkürlerimi sunarım.
KAYNAKLAR
[1] Osterberg J. O., 1998, “The Osterberg load test mehod for drilled shafts and driven
piles-The first ten years”, Proceedings of the 7th International Conference on
Piling and Deep Foundations, Viyana, Avusturya, Haziran 1998
[2] Plaxis Company, 2017, Plaxis 2D Manueli
[3] Bui, T. Y., Y. Li, S. A. Tan and C. F. Leung, “Back analysis of O-cell pile load test
using FEM”, Millpress Science, Proc. of 16th ICSMGE, Osaka, Eylül 12-16, 2005
400
7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul