CFRP plakaları ile güçlendirilmiş kum zemine oturan yüzeysel temelin deneysel ve nümerik analizi

Abstract

Zemin stabilizasyonu, geoteknik mühendisliğinde, zeminin fiziksel özelliklerinin iyileştirilmesiyle sonuçlanan ve inşaat mühendisliği projelerini gerçekleştirmek için uygun şartları sağlayan ana ve önemli hedeflerden biridir. Zemini stabilize etmek ve güçlendirmek için, zemin çeşidine göre performans, ekonomik ve gerekli makine koşullarını dikkate alarak çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Zemin stabilizasyonunda uygulanan en yaygın yöntemlerinden biri, geosentetik ürünlerin kullanılmasıdır. Bu tür ürünler Geotekstil, Geogridler, Geomembranlar, Geonetler, Geoceller ve Geokompozitler gibi farklı formlarda bulunabilir ve eksenel rijidite özelliği ile zemin mukavemetini arttırmada önemli bir rol oynar. Son zamanlarda, bu ürünlerin zeminin taşıma kapasitesinin artırılmasına yönelik olarak kullanımı ile ilgili çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Karbon sargılar, kiriş ve kolon gibi yapı elemanlarda uygulanan en dirençli yapı malzemeleridir. Bu çalışmanın amacı, Karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) katkısının granüler zeminin direncine etkisini incelemektir. Bu amaçla, CFRP tabakaları gevşek ve orta sıkı kum zemin olmak üzere iki tür zemine yerleştirilerek, düzlem deformasyon koşullarında bir şerit temel kullanılarak yükleme yapılmıştır. Donatı genişliği, donatı birinci tabaka derinliği, donatı tabakalarının sayısı ve donatı tabakaları arasındaki mesafe olmak üzere farklı parametrelerin etkisi incelenmiştir. Ayrıca, oturmalarda ve nihai taşıma kapasitesi üzerine rölatif sıkılığının etkisi araştırılmıştır. Bunlara ek olarak donatı katmanlarının, yükleme sonucu oluşan gerilimlerin dağılımı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bunu yaparken, zeminin alt katmanlarında tünel model dikkate alınmış ve farklı yüklemeler sonucunda tünele gelen ilave gerilmeler değerlendirilmiştir. Daha sonra, PLAXIS sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak yapılan laboratuvar çalışmaları ile ilgili nümerik modelleme yapılmış ve her iki yöntemden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, farklı gerilmelere maruz kalan zemin parçacıklarının hareketi PIV yöntemi ve GeoPIV yazılımı kullanılarak değerlendirilmiştir. Sayısal ve laboratuvar modellemeden elde edilen sonuçlar, CFRP tabakalarının kullanımının, yükleme kapasitesinin artırılmasında ve granüler kum zeminlerde taşıma kapasitesinin artmasında ve oturmaların azalmasında önemli bir rol oynadığını göstermektedir.

Soil stabilization is one of the main and important goals in geotechnical engineering which results in improved physical properties of soil and provides proper coditions for performing the civil engineering projects. In order to stabilze and strengthen the soil, several methods are employed based on the type of soil and through considering the performing, economic and required machinaries conditions. One of the most common methods of soil stabilization is the soil reinforcing using the geosythetics products. Such products can be found in different forms as Geotextiles,Geogrids, Geomembranes, Geonets, Geocell, as well as Geocomposites and play a vital role in increasing the compression strength of soil due to the axial rigidity. Recently, several studies have been conducted concerning the use of these products with respect to increasing the soil bearing capacity. Carbon wraps are the most resistant building materials which are applied in structure-based elements such as the beam and column. The main focus of this study is to examine the Carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) in relation to the increase of granular soils resistance. To this end, CFRP sheets were replaced in two types of soil, namely, loose sandy soil and compacted-semi compacted sandy soil, and all the set was loaded using a strip footing under plain strain condition. The effect of different parameters, namely, the reinforce width, reinforcer first layer positioning depth, number of reinforcing layers, and distance across different reinforcing layers were studied. In addition, the impact of soil relative density on reduction of settlement and increase of loading capacity concerning the granular soil was evaluated. Furthermore, the influence of reinforcing layers on distribution of tensions formed due to loading was studied. In so doing, a model categorized by tunnel within the lower layers of soil was taken into consideration, and the tensions imposed on tunnel as a result of different loadings were assessed. Subsequently, the numerical modeling was carried out concerning the laboratory activities using the PLAXIS finite elements software and the results obtained from both methods were compared. Ultimately, the movement of soil particles affected by different loadings were evaluated using the PIV method and GeoPIV software. The results obtained from the numerical and laboratory modelling indicate that the use of CFRP sheets play a great role in increasing the loading capacity and reducing the foundation settlement in granular soils.