Investigation of the Applicability of Screw Piles in Post-Disaster Emergency Settlement Areas

Abstract

Within the scope of this study, experimental studies, numerical and parametric analyses were carried out to investigate the usability of screw piles in post-disaster emergency settlement areas. The behavior of screw piles with different number of helixes and traditional piles under compressive force in cohesionless soil were investigated. In the numerical and parametric analyses, unlike the screw pile models commonly used in the literature, a segmented helix modeling was developed and significant agreement with experimental studies was obtained. In addition, in parametric studies, parameters such as different helix diameters, embedment depths and number of helixes were investigated and the effect of these variables on the bearing capacity was investigated. When the findings obtained within the scope of the study such as bearing capacities, improvement ratios and helix number efficiency are evaluated, it is seen that the containers, which are frequently preferred in post-disaster settlement, can be safely carried by using screw piles. In addition, due to the availability of different production options of screw piles, it is thought that it will find a place in emergency action plans thanks to its advantages such as easier connection with prefabricated elements, easy application of screw piles in the field even in different terrain conditions, and ease of storage.

Keywords

• screw pile
• disaster management
• compressive force
• cohesionless soil
• emergency action plan

Afet Sonrası Acil Yerleşim Bölgelerinde Vidalı Kazıkların Kullanılabilirliğinin Araştırılması

Öz

Bu çalışma kapsamında vidalı kazıkların afet sonrası acil yerleşim bölgelerinde kullanılabilirliğini araştırmak üzere deneysel çalışmalar, sayısal ve parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalarda, farklı helezon sayısına sahip vidalı kazıklar ve geleneksel kazığın kohezyonsuz zeminde basınç kuvveti altındaki davranışı incelenmiştir. Sayısal ve parametrik analizlerde literatürde yaygın kullanılan vidalı kazık modellerinden farklı olarak parçalı helezon modellemesi geliştirilmiş ve deneysel çalışmalar ile önemli uyum elde edilmiştir. Bununla beraber parametrik çalışmalarda farklı helezon çapları, gömülme derinlikleri ve helezon sayıları gibi parametreler araştırılarak bu değişkenlerin taşıma kapasitesine etkisi araştırılmıştır. Çalışma kapsamında elde edilen taşıma kapasiteleri, iyileştirme oranları ve helezon sayısı verimliliği gibi bulgular değerlendirildiğinde afet sonrası yerleşimde sıklıkla tercih edilen konteyner yapılan vidalı kazıklar kullanılarak güvenle taşınabildiği görülmüştür. Bununla beraber vidalı kazıkların farklı üretim opsiyonlarının bulunması sayesinde, prefabrik elemanlar ile daha kolay bağlantı sağlayabilmesi, vidalı kazıkların sahada farklı arazi koşullarında dahi kolaylıkla uygulanabilmesi, depolama kolaylığı gibi avantajları sayesinde acil durum eylem planlarında kendine yer bulacağı düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• vidalı kazık
• afet yönetimi
• basınç kuvveti
• kohezyonsuz zemin
• acil durum eylem planı

Kaynakça

1. Altaf S., Sharma A., Singh KA. Sustainable utilization of waste foundry sand in soil stabilization: a review. Bull Eng Geol Environ 2024; 83: 143. https://doi.org/10.1007/s10064-024-03638-5.
2. Anonim. Konteyner ölçüleri. 2024a. https://www.konteyner.com/konteyner-teknik-ozellikleri/ (Erişim tarihi: 23/06/2024)
3. Anonim. Konteyner ölçüleri. 2024b. https://www.prefabrikyapi.com/konteyner/ (Erişim tarihi: 23/06/2024)
4. Anonim. Konteyner teknik özellikleri. 2024c. https://www.novaprefabrik.com/konteyner-teknik-ozellikleri/ (Erişim tarihi: 23/06/2024)
5. Anonim. 3m x 7m Konteyner. 2024d. https://www.konteynervar.com/urun/uygun-fiyata-tek-odali-konteyner/ (Erişim tarihi: 23/06/2024)
6. ASTM D422 - 63 Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils.Astm Int', 2007.
7. ASTM D854-02 Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. Astm Int'L, 2022.
8. ASTM D2487 – 11 Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System). Astm Int'L, 2011.

9. ASTM D3080 / D3080M – 11 Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions. Astm Int'L, 2011.
10. ASTM D4254-16 Standard Test Methods for Minimum Index Density and Unit Weight of Soils and Calculation of Relative Density. Astm Int'L, 2016.
11. Ateş B., Şadoğlu E. Experimental investigation of optimum piles spacing for piled raft foundation in sandy soils. Technical Journal 2021; 32(1): 10477-10494.
12. Ateş, B., Şadoğlu, E. Experimental investigation of pile addition and length on bearing capacity and settlement of rafts on loose sandy soil. Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering. 2021; 2: 399-407.
13. Ateş B., Şadoğlu E. Experimental and numerical investigation of load sharing ratio for piled raft foundation in granular soils. KSCE J. Civ. Eng. 2022; 26: 1662–1673.
14. Ateş B., Şadoglu E. Experimental and numerical investigation for vertical stress increments of model piled raft foundation in sandy soil. Iran. J. Sci. Technol. Trans. Civ. Eng. 2022; 46: 309–326.
15. Ateş B., Şadoğlu E. Experimental investigation for group efficiency of driven piles embedded in cohesionless soil. KSCE J. Civ. Eng. 2023; 27: 5123-5134. https://doi.org/10.1007/s12205-023-1580-0.
16. Demir A., Ok B. Uplift response of multi-plate helical anchors in cohesive soil. Geomechanics and Engineering 2015; 8(4). https://doi.org/10.12989/gae.2015.8.4.615
17. Demir A., Ok B. Helisel ankraj plakalarının tabakalı zeminlerdeki çekme kapasitelerinin incelenmesi. Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi 2015; 3(2).
18. Demir A., Ok B., Sarici T. Evaluation of rockfill stabilized-geosynthetics reinforced road base with repeated plate loading tests. Applied Sciences 2024; 14(7): 3042. https://doi.org/10.3390/app14073042.
19. Demir A., Sarici T. Bearing capacity of footing supported by geogrid encased stone columns on soft soil. Geomechanics and Engineering 2017; 12(3): 417-439. https://doi.org/10.12989/gae.2017.12.3.417
20. Feng SJ., Fu WD., Chen HX., Li HX., Xie YL., Lv SF., Li J. Field tests of micro screw anchor piles under different loading conditions at three soil sites. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 2021; 80: 127–144. https://doi.org/10.1007/s10064-020-01956-y.
21. Lutenegger AJ. Behavior of multi-helix screw anchors in sand. In Proceedings of the 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 2011, Toronto, Canada.
22. Mohajerani A., Bosnjak D., Bromwich D. Analysis and design methods of screw piles: a review. Soils and Foundations 2016; 56(1): 115-128. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2016.01.009.
23. Özcan M. Vidalı kazıkların zayıf zeminlerde taşıma kapasitesinin deneysel ve sayısal çalışmalarla incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Malatya, Türkiye, 2024.
24. Perko HA. Helical piles: A Practical Guide to Design and Installation, New York: John Wiley & Sons; 2009.
25. Sarıcı T., Özcan M. Using geopolymer coated and uncoated geotextile as a hybrid method to improve uplift capacity of screw piles in cohesionless soil. Alexandria Engineering Journal 2024; 105, 666-681. https://doi.org/10.1016/j.aej.2024.08.042
26. Sarıcı T., Özcan M. Investigation of screw pile behavior in cohesive soil under uplift and compressive forces by experimental studies and numerical analyses. Arabian Journal for Science and Engineering 2024; 1-22. https://doi.org/10.1007/s13369-024-09553-x
27. Sarıcı T., Özcan M. Vidalı kazıkların çekme ve basınç kuvveti altında davranışının incelenmesi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2024; 13(3). https://doi.org/10.28948/ngumuh.1380651.
28. Vignesh V., Muthukumar M. Experimental and numerical study of group effect on the behavior of helical piles in soft clays under uplift and lateral loading. Ocean Engineering 2023; 268. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.113500.