Optimum Design of Two Anchored Steel Sheet Pile System

Abstract

Deep excavation problems are frequently encountered today. In case of construction works requiring deep excavation, a retaining system should be used to prevent damage to existing buildings around the excavation area. Steel sheet pile walls which are one of the retaining systems used for this purpose, are relatively preferred due to their resistance to high driving stresses, lightweight, long service life and the ability to use them repeatedly compared to other types of wall. One of the tasks of a geotechnical engineering who will design the required retaining structure is to create a safe and economical design. Although there are enough studies in the literature about the design of anchored pile systems, optimization studies are insufficient. For this reason, in this study, an optimization calculation has been made on cost of sheet pile system by changing lateral and vertical spacing of anchors and angles of anchor in sheet pile system which is driven into medium dense sand soil. As a result, 11296 different geometry conditions have been examined and cost functions have been established for each. Finally it has been observed that the lowest costs usually occur when the angle of anchor is 15⁰ and horizontal distance between the anchors is 3 m.

Keywords

• Anchored sheet pile walls,optimization,retaining structures,deep excavation

İki Ankrajlı Çelik Palplanş Sisteminin Optimum Tasarımı

Abstract

Günümüzde derin kazı problemleriyle sıkça karşılaşılmaktadır. Derin kazı gerektiren inşaat işlerinde kazı alanı civarındaki mevcut yapıların zarar görmesini engellemek amacıyla bir iksa sisteminin kullanılması gerekmektedir. Bu amaç için kullanılan iksa sistemlerinden biri olan ankrajlı çelik palplanş duvarlar, diğer duvar türlerine nazaran yüksek çakma gerilmelerine olan direncinden, nispeten hafif olmalarından, uzun servis ömrüne sahip olmalarından ve de tekrar tekrar kullanılabilme özelliğinden dolayı çelik palplanşlar yaygın bir şekilde tercih edilmektedirler. Gerekli iksa yapısını tasarlayacak bir geoteknik tasarımcının görevlerinden biri güvenli ve ekonomik bir tasarım yapmaktır. Literatürde ankrajlı palplanş sistemlerinin tasarımı ile ilgili yeterince çalışma olmasına karşın optimizasyon çalışmaları yetersizdir. Bu nedenle bu çalışmada, orta sıkı kuru kum zemin içerisine çakılan palplanş sisteminde ankrajların yatay ve düşey aralıkları ile ankraj açıları değiştirilerek palplanş sisteminin maliyeti üzerine bir optimizasyon hesabı yapılmıştır. Sonuç olarak 11296 adet farklı geometri durumu incelenerek her biri için maliyet fonksiyonları oluşturulmuş ve en düşük maliyetlerin genellikle ankraj açısının 15⁰ ve ankrajlar arası yatay mesafenin 3 m olduğu durumda meydana geldiği gözlemlenmiştir.

Keywords

• Ankrajlı palplanş duvarlar,optimizasyon,iksa sistemleri,derin kazı

References

1. Amer, H.A.R., 2013. Effect of Wall Penetration Depth on the Behaviour of Sheet Pile Walls. University of Dayton, M.Sc. Thesis. 145p, Dayton.
2. Arslan, B., Öztoprak, S., 2005. Derin Kazılarda Çok Sıra Ankrajlı İksa Sistemleri İle Ankaster Fore Kazık İksa Sistemlerinin Tasarımı ve Maliyet Karşılaştırması. II. Mühendislik Bilimleri Genç Araştırmacılar Kongresi, 17-19 Kasım, İstanbul, 429-440.
3. Bhanuchitra, M., Prusty, S.B.,2010. Optimal Design of the Shoring System: A Parametric Study. Indian Geotechnical Conference, 16-18 Aralık, Mumbai, 223-227.
4. Bilgin, Ö., 2012. Lateral Earth Pressure Coefficients for Anchored Sheet Pile Walls. International Journal of Geomechanics, 12(5), 584-595.
5. BS 8081, 1989. British Standard Code of Practice for Ground Anchorages. BSI, London.
6. Das, M.R., Das, S.K., 2015. Optimal Design of Sheet Pile Wall Embedded in Clay. The Institution of Engineers, 96(3), 249-258.
7. Erdem, K., Karabacak, E., Yasavul, N., Sivrikaya, O., 2015. Derin Kazı Modellemesi ve Maliyet Hesabı. 6. Geoteknik Sempozyumu, 26-27 Kasım 2015, Adana, 944-955.
8. Fenerci, E., 2010. Palplanş Perdeli Derin Kazı Destek Sistemlerinde Zemin Kesiti ve Tasarım Yönteminin Etkisi. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 106, Sakarya.

9. Lopez, S., Sanhueza, C., Gandia, G., 2017. Anchored Piles Deep Excavations: A Case Study. 16th World Conference on Earthquake, 9-13 January, Santiago Chile, 1-11.
10. Mahdi, İ.M., Ebid, A.M., 2015. Optimum Penetration Depth of Cantilever Sheet Pile Walls in Dry Granular Soil Based on Reliability Analysis Concept And Its Impact on the Shoring System Cost. International Journal of Application or Innovation in Engineering & Management, 4(5), 11-21.
11. Örnek, M., Laman, M., Yıldız, A, Demir, A., Tekinsoy, M.A., 2007. Ankrajlı İksa Sistemlerinin Sayısal Analizi. 2. Geoteknik Sempozyumu, 22-23 Kasım, Adana, 216-229.
12. Plaxis 3D Foundation Tutorial Manual Version 2, 2007.
13. Sabatini, P.J., Pass, D.G., Bachus, R.C., 1999. Geotechnical Engineering Circular No 7 Ground Anchors and Anchored Systems. FHWA-IF-99-015, 304p.
14. Terzaghi, K. Peck, R.B., 1967. Soil Mechanics in Engineeering Practice, John Wiley and Sons, New York.