İksa yapılarında optimum tasarım

Abstract

Günümüzde metro, otoparklar, altgeçitler, yüksek yapılar ve çok bodrumlu alışveriş merkezleri gibi yapıların inşaatlarında derin kazı problemi ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle derin kazı alanına yakın mevcut yapıların veya binaların güvenliğini sağlamak ve inşaat alanında güvenli bir çalışma ortamı oluşturmak amacıyla amaca uygun iksa sisteminin kullanılması gerekmektedir. Bu amaç için; ağırlık duvarları, diyafram duvarlar, toprakarme istinat duvarları, kazıklı perde duvarlar ve palplanş duvarlar kullanılabilir. Bu çalışmada, diğer duvar türlerine nispeten yüksek çakma gerilmelerine olan direncinden, hafif olmalarından, uzun servis ömrüne sahip olmalarından ve de tekrar tekrar kullanılabilme özelliklerinden dolayı çelik palplanşlar kullanılmıştır.Gerekli iksa sistemini oluşturacak geoteknik mühendisinin görevlerinden biri güvenli ve ekonomik bir iksa sistemi tasarlamaktır. Literatürde çok ankrajlı palplanş sistemlerinin tasarımı ile ilgili yeterince çalışma olmasına karşın optimizasyonu ile ilgili yeterli çalışma bulunmamaktadır. Bu sebeple bu tez çalışmasında, orta sıkı bir kuru kum zemin içerisine çakılan çelik palplanşın maliyeti üzerine bir optimizasyon çalışması yapılmıştır. Bu amaç için varsayımsal olarak seçilen 15 m*12 m'lik bir kazı alanı içerisinde 15 m ve 20 m'lik derin kazı durumunda zemini güvenle tutabilecek ve geçici olarak inşa edilecek çok ankrajlı palplanş sisteminde; düşey sıradaki ankraj sayısı, ankrajların düşey ve yatay aralıkları ve ankraj açısı değiştirilerek statik analizler yapılmıştır. Analizlerde FHWA (1999) tarafından çok ankrajlı palplanş sistemleri için önerilen toprak basınçları ile sınırlandırmalar dikkate alınmıştır. Sonuç olarak 20 m kazı durumu için 16288 ve 15 m kazı durumu içinse 19200 adet farklı geometri durumu incelenerek her biri için amaç fonksiyonu olan maliyet fonksiyonları oluşturulmuş ve en düşük maliyeti veren kesit bulunmaya çalışılmıştır.Optimizasyon sonucunda 15 m kazı içerisinde 2 ankrajlı palplanş sisteminin, 20 m kazı içerisinde ise 5 ankrajlı palplanş sisteminin en düşük maliyeti veren geometriye sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca en düşük maliyetlerin genellikle ankraj yatay aralığının 3 m ve ankraj eğim açısının 15 derece olduğu durumlarda ortaya çıktığı gözlemlenmiştir.

Today, deep excavation problem arises in the construction of buildings such as subway, car parks, underpasses, high buildings and malls with many basement. Therefore, in order to ensure the safety of existing structures or buildings close to the deep excavation area and to create a safe working environment at the construction site, a suitable retaining system should be used. For this purpose, gravity walls, diaphragm walls, reinforced earth retainig walls, piled walls and sheet pile walls may be used. In this study, steel sheet piles have been used due to their resistance to high driving stresses, their light weight, long service life and their ability to be reused in comparison to other types of retaining wall.One of the tasks of the geotechnical engineer that will create the required retaining system is to design a safe and economical retaining system. Although there are enough studies in the literature on the design of multi-anchored sheet pile systems, there are not enough studies on optimization of them. For this reason, in this thesis, an optimization study has carried out on cost of steel sheet pile driven into medium dense dry sand soil. For this purpuse, in the case of 15 m and 20 m deep excavation in 15 m*12 m excavation area that is presumptively selected by changing the number of anchors in the vertical row, vertical and horizontal spacing of the anchors and the angle of anchor in the multi anchored sheet pile wall which will retained safely soil and will construct temporarily static analyzes were performed. In analysis, horizontal soil pressures and limitations which is proposed for multi-level anchored sheet pile by FHWA (1999) has considered. As a result, different type of wall geometry that is 16288 for the deep excavation of 20 m and 19200 for the deep excavation of 15 m were examined and cost function that is objective function were created for each one and section possessed the lowest cost was tried to be found.As a result of the optimization, it has been observed that the two anchored sheet pile system in 15 m deep excavation and the five anchored sheet pile system in 20 m excavation had geometry.given the lowest cost. It has also been observed that the lowest costs usually occur when the anchor horizontal spacing is 3 m and the anchor angle is 15 degrees.