Evaluation of Vertical Displacement Behavior of Soft Clay Soils Reinforced with Geosynthetic Reinforced Sand Piles

Abstract

This study includes the performance evaluation of sandpiles in order to reduce the vertical displacement in high plastic clay soils with the data obtained as a result of geotechnical reports after soil surveys in Bağcılar and Zeytinburnu districts of Istanbul. Investigations were made with the finite element method PLAXIS-2D. In this study, single and group (triple) piles with various length/diameter ratios (L/D) were placed in a high plastic clay soil (CH), which is saturated with water and dry (without groundwater). Sand piles are modeled at various L/D ratios (10-5.71-8.57) and at different pile spacings (S). The spacing between the piles and the group effect were examined (S:2, S:4). A uniformly-distributed load of 578kN/m2 was applied over the entire floor. In this study, soil with high-plastic clay content was modeled with Soft Soil and Hardening Soil models for filling part and sand piles with Mohr-Coulomb soil model. Then, the sand piles were covered with geotextile reinforcement and analyzed again with PLAXIS-2D when settlement was minimal. According to the results, when the ground water level is 1m (saturated), the best soil vertical displacement L/D ratio is 8.57 and the distance between the piles is 4m. When the soil is dry (no groundwater), the best vertical displacement L/D ratio is 8.57 and it is a single pile placed in the soil.

Keywords

• Clay soil
• PLAXIS 2D
• Soft Soil Model
• Mohr-Cloumb Model
• Sand Pile.

Geosentetik Takviyeli Kum Kazıkları İle Güçlendirilen Yumuşak Kil Zeminlerin Düşey Yer Değiştirme Davranışının Değerlendirilmesi

Öz

Bu çalışma İstanbul ili Bağcılar ve Zeytinburnu ilçelerinde yapılmış zemin etütleri sonrası geoteknik raporlar sonucunda elde edilen verilerle, yüksek plastisiteli kil zeminlerdeki düşey yer değiştirmenin azaltması için kum kazıkların performans değerlendirilmesini içerir. İncelemeler sonlu elemanlar yöntemi olan PLAXIS-2D ile yapılmıştır. Bu çalışma kapsamda suya doygun ve (yeraltı suyunun olmadığı) kuru olan yüksek plastisiteli killi zeminin (CH) içerisine çeşitli uzunluk/çap oranlarında (L/D), tekil ve grup(üçlü) kazıklar yerleştirilmiştir. Kum kazıklar çeşitli L/D oranlarında (10-5,71-8,57) ve farklı kazıklar arası mesafelerde (S) modellenmiştir. Kazıklar arasındaki ara mesafe ile grup etkisine bakılmıştır (S:2, S:4). Tüm zemin üzerine 578kN/m2 düzgün yayılı yük uygulanmıştır. Bu çalışmada yüksek plastisiteli kil içerikli zemin, Yumuşayan Zemin(Soft Soil) modeli, dolgu kısım için Pekleşen Zemin modeli (Pekleşen Zemin model) ve kum kazıklar ise Mohr-Coulomb zemin modeli ile modellenmiştir. Daha sonra oturmanın en az olduğu durumda kum kazıklar geotekstil donatı ile kaplanarak PLAXIS-2D ile tekrar analiz edilmiştir. Çıkan sonuçlara göre yeraltı su seviyesinin 1m olduğu durumda (doygun) halde en iyi zemin düşey yer değiştirme L/D oranının 8,57olduğu ve kazıklar arası mesafenin 4m olduğu durumdur. Zemin kuru iken (yeraltı suyunun olmadığı) en iyi düşey yer değiştirme L/D oranı 8,57 olan ve zemin içerisine yerleştirilen tek kazıklı olduğu durumdur.

Anahtar Kelimeler

• Killi zemin
• PLAXIS 2D
• SoftSoil Model
• Mohr-Cloumb Model
• Kum kazık.

References

1. [1] Alkhorshıd, N.R,“Analysis of Geosynthetic Encased Columns in Very Soft Soil”. Tese de Doutorado, Publicação G.TD-133/17, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF,128 p., 2017
2. [2] Hasan, M. “Analytical methods for predicting load-carrying capacity of granular piles–A Review”7th Indian Young Geotechnical Engineers Conference,2019.
3. [3] Hong, Y. S.,Wu, C. S., Kou, C. M., & Chang, C. H.“A numerical analysis of a fully penetrate encased granular column.” Geotextiles and Geomembranes, 45(5), 391-405, 2017.
4. [4] Hosseinpour, I.,Soriano, C., &Almeida, M. S. “A comparative study for the performance of encased granular columns ”, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(2), 379-388, 2019
5. [5] Khabbazian, M.,Kaliakin, V. N., &Meehan, C. L. “Numerical study of the effect of geosynthetic encasement on the behavior of granular columns”. Geosynthetics International, 17(3), 132-143, 2010
6. [6] Khan, M.,Hussain, S., Naseer, S., Jamil, S. M., & Ali, L. A. “Comparative Study of Ground Improvement by Lime and Granular.”, In 8 th INTERNATIONAL CIVIL ENGINEERING CONGRESS, (p. 281), 2016
7. [7] Mohapatra, S. R., Rajagopal, K., &Sharma, J. “3-Dimensional numerical modeling of geosynthetic-encased granular columns”, Geotextiles and Geomembranes, 3(45), 131-141, 2017.
8. [8] Mohapatra, S. R.,Rajagopal, K., &Sharma, J. “Direct shear tests on geosynthetic-encased granular columns”. Geotextiles and Geomembranes, 44(3), 396-405, 2016.

9. [9] Orekanti, E. R.,&Dommaraju, G. V. “Load-settlement response of geotextile encased laterally reinforced granular piles in expansive soil under compression”, International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering, 5(3), 1-8, 2019
10. [10] Phanikumar, B. R., Dayakar Babu, R., &NarasimhaRao, S. Effect of fill properties on load− settlement behavior of granular columns in marine clays. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Ground Improvement, 172(3), 202-210, 2019.
11. [11] Sharma, R. S., Kumar, B. P., &Nagendra, G. Compressive load response of granular piles reinforced with geogrids. Canadian Geotechnical Journal, 41(1), 187-192., 2004
12. [12] Sohaib, N.,SarfrazFaiz, M., & Sami, M. F. “Experimental Study on Improvement of Soft Clay Using Sand Columns.”, Journal of Civil Engineering and Architecture, 14, 391-401, 2020.
13. [13] Bayram, A. “Hava alanları pist dolgularının geosentetik malzemeler kullanılarak güçlendirilmesi”, Yüksek lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, ss:44-45, 2006
14. [14] Çelik, S. Comparison of Mohr-Coulomb and hardening soil models’ numerical estimation of ground surface settlement caused by tunneling. Iğdır University Journal of the Institute of Science and Technology, 7(4), 95-102, 2017.
15. [15] PLAXIS-2D USER MANUAL, “PLAXIS 2D Version 8 MaterialModels Manual”, 2021
16. [16] Kahlström, M. “PLAXIS 2D comparison of Mohr-Coulomb and soft soil material models”, Master of Science Program Luleå University of Technology., 2013.
17. [17] Naseer, S., Faiz, M. S., Iqbal, S. ve Jamil, S. M. “Laboratory and numericalbasedanalysis of floatingsandcolumns in clayeysoil.” International Journal of Geo-Engineering, 10(1), (ss:8), 2019.
18. [18] Çalık, Ö. “ Donatılı duvarların (zeminlerin) sayısal analizi” Master'sthesis, İstanbul Gelişim Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, ss:46, 2018
19. [19] Günaydın, O.,Alpyıldız, S., Akkuş, Ç. “SP(Kötü Derecelenmiş Orta-İnce Kum) Zeminlerde Kesme Hızının Kesme Direnci Parametreleri Üzerine Etkisi.” Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2(1), (ss:7), 2004
20. [20] Evirgen, B., Onur, MI, Tuncan, M., &Tuncan, A. Doymuş taneli zeminlerin serbest basınç dayanımı ve geçirgenliği üzerindeki donma etkisinin belirlenmesi. GEOMATE Dergisi, 8 (16), 1283-1287, 2015.
21. [21] Töremiş, E. İlke. “Geotekstiller Ve Plaxıs Sonlu Elemanlar Programı.”,Diss. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2003, (ss:47)