Yumuşak kohezyonlu zeminlerin kademeli yükleme altında davranışının nümerik analizi

Abstract

Yumuşak zemin tabakaları üzerine inşa olunan toprak dolgular altında temel zemininde meydana gelecek toplam gerilme artışlarının, oturmaların tahmin edilmesi ve kontrol altında tutulabilmesi geoteknik mühendisliğinde karşılaşılan önemli sorunlardan birini oluşturmaktadır. Ancak yumuşak ve suya doygun kohezyonlu bir zemin tabakası üzerine toprak dolgu yerleştirildiğinde, göçmeye karşı güvenliğin tahkik edilmesi için stabilite analizlerinin yapılmasına, zeminde meydana gelecek ani ve zamana bağlı düşey ve yatay yer değiştirmelerin hesaplanması için ise deformasyon analizlerinin yapılmasına ihtiyaç vardır. Sonlu eleman tekniğini kullanan bilgisayar programlarının geliştirilmesiyle, yumuşak zemin üzerine inşa edilen dolguların ve temellerinin gerilme ve deformasyon analizlerinin daha rasyonel olarak yapılması mümkün olmuştur. Bu sayede dolguda ve temel zemininde meydana gelen gerilmeler, yer değiştirmeler ve boşluk suyu basınçları hesaplanabilmekte, inşa süresince ve sonrasında zeminde meydana gelecek konsolidasyon ve artık boşluk suyu basınçları önceden tahmin edilebilmektedir. İstanbul'da bulunan Alibey Barajı, sözü edilen yumuşak zemin tabakaları üzerine inşa edilmiş toprak dolgu baraj olup, 30 m 'ye varan kalınlıkta yumuşak alüvyal kil tabakaları üzerinde yaklaşık 15 yıla yayılan kademeli dolgu yerleştirilmesi ile inşa edilmiştir. Temel zeminine önceden yerleştirilen arazi ölçüm aletleri ile temel zemininde oluşan boşluk suyu basıncı değişimleri ve zemin hareketleri gözlem altında tutulmuştur. Bu çalışmada, Alibey Barajı temel zemininde, kademeli dolgu inşaatından kaynaklanan gerilme artışları ve yer değiştirmeler zemin davranışının elastik ve elasto-plastik bünye denklemleri ile tanımlanması ile hesaplanmıştır. Sonlu elemanlar yönteminin kullanıldığı analizlerde, temel zemininin kademeli yükleme altında konsolidasyonu sonucu zemin özelliklerinde meydana gelen iyileşme de dikkate alınmıştır. Öncelikle, inşaat programına uygun olarak, menba batardosu altında oluşan gerilme ve yer değiştirme dağılımları için elastik ve elasto-plastik analiz sonuçlan karşılaştırılmış ve arazi davranışı ile uyumu sağlanmıştır. Bu şekilde doğrulanan zemin özellikleri kullanılarak ve kademeli dolgu inşaatına uygun olarak bütün baraj kesiti için temel zemininde oluşan gerilme ve yer değiştirmeler hesaplanmıştır. Analiz sonuçlan, dolgu yükü altındaki yüksek sıkışabilirliğe sahip yumuşak zeminlerde, düşük yük kademelerinde bile plastik bölgelerin oluştuğunu, bu yüzden bu tip zeminlerde elasto-plastik analiz yapılmasının daha uygun olacağını göstermiştir. Ayrıca kademeli dolgu inşaatı sırasında yumuşak zeminde meydana gelen konsolidasyon sonucu malzeme parametrelerindeki iyileşmenin hesaplara yansıtılmasının gerekli olduğu ve bunun barajın güvenli bir şekilde inşası için uygulanan inşaat programının belirlenmesinde dikkate alınması gerektiği görülmüştür.