Granüler Zemine Oturan Yüzeysel Kare Temelin Altındaki Gerilme Artışının Küçük Ölçekli Model Deneylerle İncelenmesi

Öz

Son 50 yıl içinde yüzeysel temeller üzerinde, güvenilir ve ekonomik tasarım yöntemleri geliştirmek için kapsamlı nümerik, analitik ve deneysel çalışmalar yapılmıştır. Artan ve karmaşık hale gelen yükleri zemine aktarma problemi ile karşılaşan geoteknik mühendisleri için; zeminde meydana gelecek oturmaları ve gerilme dağılışlarını tespit etmek kaçınılmaz hale gelmiştir. Bu çalışmada, granüler zemine oturan model yüzeysel temel altında meydana gelen düşey gerilme artışı değişimleri deneysel ve analitik olarak araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar kapsamında, kum iki farklı rölatif sıkılıkta tanka yerleştirilmiş ve üç farklı derinlikte (z/B=1, z/B=2, z/B=3) yerleştirilen basınç ölçerler yardımıyla düşey gerilme artışları ölçülmüştür. Ayrıca zeminin, Elastisite Teorisine dayanan analitik yöntemlerle (Boussinesq, Westergaard) ve Boston kuralı (Yaklaşık yöntemle) düşey gerilme artışları hesaplanmıştır. Küçük ölçekli model deneylerle elde edilen tüm değerler incelendiğinde, rölatif sıkılığın zemindeki gerilme dağılışında etkili bir parametre olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte Elastisite Teorisine bağlı çözümlerin zemindeki gerilme artışlarını belirlemede yetersiz kalabileceği görülmüştür. 

Anahtar Kelimeler

• Yüzeysel temel
• düşey gerilme artışı
• model deney
• analitik çözümler

Investigation of Stress Increase with Small Scale Model Tests under Shallow Square Footing Resting on Granular Soil

Öz

Comprehensive numerical, analytical and experimental studies have been conducted to develop reliable and economical design methods for shallow foundations over the last 50 years. For geotechnical engineers, faced with transferring the loads that are more complex and increasing, determination of stress distribution and settlement has become inevitable. In this study, the vertical stress increase occurred under model shallow footing rested on the granular soil was investigated experimentally and analytically. In scope of experimental study, the sand was placed in layers in a tank with two different relative densities (%30-%70) and vertical stress increments were measured by pressure gauges placed at the three different depths (z/B=1, z/B=2, z/B=3). In addition, vertical stress distribution in soil was computed with analytical methods based on elasticity theory (Boussinesq, Westergaard) and the Boston Rule (Approximate Method). As the findings obtained from the small scale model tests were examined, it was understood that relative density is a very effective parameter on stress distribution in granular soils. Also, it can be seen that the methods based on Elasticity theory may be insufficient to predict the stress increase in granular soils.

Anahtar Kelimeler

• Shallow foundation
• vertical stress increase
• model test
• analytical method

Kaynakça

1. [1] Das B.M., “Principles of Geotechnical Engineering”, Brooks Cole, USA, (2001).
2. [2] Boussinesq J., “Application des Potentiels a L’etude de L’equilbreet du Movementdes Solids Elastiques”, Gauthier-Villars, Paris, (1885).
3. [3] Westergaard H.M., “A Problem of Elasticity Suggested by a Problem in Soil Mechanics, Soft Material Reinforced by Numerous Strong Horizontal Sheets, Contributions to the Mechanics of Solids”, S. Timoshenko 60th Anniversary Volume, Newyork-Mac Millan, (1938).
4. [4] Koegler D.P., Scheidig A., Baugrund ve Bauwerk, W., Ernst und Shon, Berlin, (1938).
5. [5] Lei G.H., Sun H.S., Charles W.W. and Chiu C.F.L., “Vertical stress under vertical pressure by extended Mindlin's equation”, The 15th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, (2016).
6. [6] Rui R., Han J., Zhang L., Zhai Y., Cheng Z. and Chen C., “Simplified method for estimating vertical stress-settlement responses of piled embankments on soft soils”, Computers and Geotechnics,119, 103365, (2020).
7. [7] Sağlamer A., “Kohezyonsuz Zeminlerde Sükunetteki Toprak Basıncı Katsayısının Zemin Parametreleri Cinsinden İfadesi”, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, (1972).
8. [8] Hanna A. ve Ghaly A., “Effects of K0 and Over consolidation on Uplift Capacity”, Journal of Geotechnical Engineering, 118 (9), 1449-1469, (1992).

9. [9] Jaky J., “Pressure in Soils”, Proc. 2nd Conf. On Soil Mech. and Found. Engrg., Netherlands, 1, 103-107, (1948).
10. [10] Laman M. ve Keskin M.S., “Kumlu Zeminlerde Oturan Kare Temeller Altında Düşey Gerilme Analizi”, Türkiye Mühendislik Haberleri, Sayı 431- 2004/3, 53-57, (2004).
11. [11] Bağrıaçık B. ve Laman M., “Yüzeysel Temel Geometrisinin Zeminlerde Oluşan Gerilmelere Etkisinin Araştırılması”, Çukurova Üniversitesi Müh. Mim. Fak. Dergisi, Adana, 1-2: 155-166, (2010).
12. [12] Çiçek E., Güler, E. ve Yetimoğlu T., “Comparison of measured and theoretical pressure distribution below strip footings on sand soil”, Int. J. Geomech., 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000347, 06014009, (2014).
13. [13] Ateş B., “Kum Zemindeki Kazıklı Radye Temellerin Davranışlarının Deneysel ve Nümerik Yöntemlerle Araştırılması”, Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Bölümü, (2019).
14. [14] ASTM D-6913, “Standard Test Methods for Particle-Size Distribution (Gradation) of Soils Using Sieve Analysis”, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, 34, (2017).
15. [15] ASTM D-854, “Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer”, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, 8, (2006).
16. [16] ASTM D4253-16, “Standard Test Methods for Maximum Index Density and Unit Weight of Soils Using a Vibratory Table”, ASTM International, West Conshohocken, PA, (2016).
17. [17] ASTM D4254-16, “Standard Test Methods for Maximum Index Density and Unit Weight of Soils Using a Vibratory Table”, ASTM International, West Conshohocken, PA, (2016).
18. [18] ASTM D3080M-11, “Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions”, ASTM International, West Conshohocken, PA, (2011).
19. [19] Newmark N.M. “Influence Charts for Computation of Stresses in Elastic Solids”, Univ. of Ill., Eng. Expt. Stn., 24(4): 33, (1942).
20. [20] Uzuner B. A. “Temel Zemin Mekaniği”, 7. Baskı, Derya Kitabevi, Trabzon, (2007).