Derin Kazılarda 2B ve 3B Analizlerin Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Araştırılması

Abstract

Büyük şehirlerde ulaşımın yoğunluğu ve mevcut yolların kısıtlı olması nedeniyle, mevcut zemin seviyesinin altında bu durumu çözmeye yönelik ulaşım alternatifleri değerlendirilmektedir. Kazı çevresindeki yapılar, yollar ve diğer yapılarda oluşabilecek etkileri önlemek için kazılar uygun yöntemler ile desteklenmektedir. Bu nedenle mevcut binalara yakın bir yerde derin kazıların yapılması kaçınılmazdır. Seçilecek iksa sistemi zemin yapısına ve bu çevre yapılarına doğrudan bağlıdır. Derin kazılarda oluşacak iksa düşey elemanının tesir kuvvetlerinin ve yatay deplasmanlarını elde etmek amacı ile çoğunlukla iki boyutlu analizleri yapılmaktadır. Ancak, derin kazılarda üç boyutta da bu etkiler oluşur. Bu kazılarda köşe etkisi iki boyutlu programlar kullanılarak modellenemez. Bu durumda iki boyutta yapılan analizlere ek olarak üç boyutlu analizlere ihtiyaç duyulmakta ve sistem davranışı iki durumda da irdelenerek hesaplanan sonuçlar ölçülen sonuçlarla karşılaştırılır. Bu çalışma, sonlu eleman yöntemi ile iki boyutlu ve üç boyutlu analiz yaparak sonuçlarının irdelenmesi ile iki durumun aralarındaki oransal farklılıkların tespit edilmesini amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında bir bölge seçilerek zemin idealize edilip geoteknik parametreleri belirlenmiştir. Elde edilen parametre seti Plaxis2D ve Plaxis3D ile modeller oluşturulmuştur. Üç boyutlu modelleme yapılmadan da iki boyutlu analiz yardımı ile elde edilen sonuçların oransal olarak yorumlanabilmesine olanak sağlayacağı düşünülmektedir.

Keywords

• Derin Kazılar
• Kazık
• Sonlu Elemanlar Metodu Analizleri
• Maliyet Analizi

Ethical Statement

Çalışmanın tüm süreçlerinin araştırma ve yayın etiğine uygun olduğunu, etik kurallara ve bilimsel atıf gösterme ilkelerine uyduğumu beyan ederim.

Thanks

Yazarlar Prota Mühendislik Proje ve Danışmanlık Hizmetleri A.Ş.’ne destekleri için teşekkür ederler.

Investigation of 2D and 3D Analysis of Deep Excavation by Finite Element Method

Abstract

In big cities, due to the intensity of transportation and limited existing roads, transportation alternatives are being evaluated to solve this situation below the existing ground level. Excavations are supported with appropriate methods to prevent possible effects on existing structures, roads and other structures around the excavation. Therefore, it is inevitable to make deep excavations close to existing buildings. The excavation support system to be selected is directly dependent on the ground structure and these surrounding structures. To obtain the impact forces and horizontal displacements of the vertical excavation support element to be formed in deep excavations, two-dimensional analyses are mostly performed. However, excavations behave in a way defined as three-dimensional. When deep excavations are made, the corner effect on the behavior of the support elements cannot be modeled using two-dimensional programs. In this case, in addition to the analyses made in two dimensions, three-dimensional analyses are needed, and the system behavior is examined in both cases and the calculated results are compared with the measured results. This study aims to determine the proportional differences between the two cases by examining the results by performing two-dimensional and three-dimensional analyses with the finite element method. Within the scope of the study, a region was selected, the ground was idealized, and its geotechnical parameters were determined. The obtained parameter set was used to create models with Plaxis2D and Plaxis3D. It is thought that the results obtained with the help of two-dimensional analysis without three-dimensional modeling can be interpreted proportionally.

Keywords

• Deep Excavation
• Pile
• Finite Element Method (FEM) Analysis
• Cost Analysis

Ethical Statement

I declare that all processes of the study are in accordance with research and publication ethics, and that I comply with ethical rules and scientific citation principles.

Thanks

The authors thank Prota Engineering Project and Consulting Services Inc. for their support.

References

1. G. T.-C. Kung, “Comparison of excavation-induced wall deflection using top-down and bottom-up construction methods in Taipei silty clay,” Computers and Geotechnics, vol. 36, no. 9, pp. 373–385, 2009.
2. R. J. Finno and L. S. Bryson, “Response of building adjacent to stiff excavation support system in soft clay,” Journal of Performance of Constructed Facilities, vol. 16, no. 1, 2002.
3. P. Frobenius, C. L. Wu, D. Meyersohn and R. Kulesza, “Deformations during cut-and-cover construction of Muni Metro Turnback Project,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 126, no. 1, pp. 344–359, 2000.
4. B. Y. Shiau, I. W. Wang and C.-Y. Ou, “Three-dimensional deformation behavior of the Taipei National Enterprise Center (TNEC) excavation case history,” Canadian Geotechnical Journal, vol. 37, no. 2, pp. 438–448, 2000.
5. C. C. Wang, C.-Y. Ou and H. S. Hsieh, “Use of jet grouting to limit diaphragm wall displacement of a deep excavation,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 129, no. 2, pp. 146–157, 2003.
6. T. C. Chung, N. P. Wej and D. G. Lin, “Quantitative evaluation of corner effect on deformation behavior of multi-strutted deep excavation in Bangkok subsoil,” Geotechnical Engineering, vol. 34, no. 1, pp. 41–57, 2003.
7. D. M. Potts, H. D. John and L. Zdravković, “Modelling of a 3D excavation in finite element analysis,” Geotechnique, vol. 55, no. 7, pp. 497–513, 2005.
8. T. C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı, Kazı Destek Yapıları Tasarım ve Uygulama Esasları, Ankara, Türkiye: T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı, 2022.

9. C. C. Torres, B. Corkum and E. Hoek, “Hoek-Brown failure criterion – 2002 Edition,” Toronto, 2002.
10. P. A. Vermeer, P. G. Bonnier and T. Schanz, “Formulation and verification of the Hardening-Soil Model,” in Beyond 2000 in Computational Geotechnics, Amsterdam, 1999.
11. A. A. Bahadır and M. Onur, “Derin kazı destek sistemi tasarımında zemin modeli seçimi: Bir vaka analizi,” in 7. Geoteknik Sempozyumu, İstanbul, Türkiye, 2017.
12. Bentley Advancing Infrastructure, PLAXIS 3D 2024.1 3D 2 Reference Manual, Dec. 2023. [Online]. Available: https://www.scribd.com/document/721587598/PLAXIS-3D-2024-1-3D-2-Reference-Manual