BEARING CAPACITY OF VERTICALLY LOADED FRP AND PVC SINGLE PILES - EDAN, OMER MUHAMMAD (Fırat Üniveristesi, 2019)
Yüksek binalarda ve liman yapılarında gittikçe artan oranlarda kazıklı temeller tercih edilmektedir. Bu tür yapılarda tercih edilen geleneksek kazık malzemeleri olan ahşap, çelik ve beton özellikle liman yapılarında ve aşındırıcı çevresel şartlarda kullanıldıklarında sınırlı ömre sahip ve tamir maliyetleri yüksek malzemelerdir. Hizmet ömürlerini uzatmak için bu tür zeminlerde kazıkların kesit alanlarının artırılması veya kimyasal koruma önlemleri tavsiye edilmektedir. Bu işlemler ise maliyetlerin büyük oranda artmasına neden olmaktadır. Ayrıca kimyasal koruma önlemlerinin olumsuz çevresel etkileri olduğu bilinmektedir. Son yıllarda uzun servis ömürleri ve olumsuz çevresel koşullardan etkilenmemeleri nedeniyle cam elyaf takviyeli plastik (fiber reinforced plastic, FRP) ve geri dönüştürülmüş plastik kazıklar, geleneksel kazık malzemelerine bir alternatif olarak kullanılmaya başlanmıştır. Kazıklar, yapısal yükleri uç direnci ve yüzey sürtünmesi yoluyla taşırlar. Geleneksel kazık malzemelerinin mekanik, fiziksel ve yapısal davranışları ile ilgili pek çok kaynak mevcuttur. Ancak kompozit kazıkların son zamanlarda kullanılmaya başlaması nedeniyle literatürde yeterli kaynak mevcut değildir. Kompozit kazıklar ile ilgili en tartışmalı ve bilinmeyen konu bu malzemeler ile zeminlerin sürtünme davranışıdır. Yapılan ilk araştırmalarda zemin-kazık malzemesi arasındaki sürtünme kuvvetleri, kesme kutusu deneyleriyle belirlenmiştir. Özellikle sıkı kumlarda, bu test yöntemi ile düşük sürtünme parametreleri (c,?) ölçülebilmektedir. Kazık eksenel yükleme davranışlarındaki bu belirsizlikler, yaklaşık değerlerin kabul edilerek tasarım yapılmasına neden olmaktadır. Terzaghi ve Peck (1948), yüzey sürtünme açısının (?), zeminin içsel sürtünme açısının (?) 2/3'üne eşit olduğunu kabul etmişlerdir. Coyle ve Castello (1981) ise yüzey sürtünme açısının 0.8? alınabileceğini belirtmişlerdir. Pek çok araştırmada ? değerinin 0.5 ile 0.8? arasında alınması gerektiği belirtilmiştir (Das, 2015). Bu kabuller zaman zaman ekonomik olmayan tasarımlar yapılmasına sebep olurken zaman zaman ise stabilite kayıpları yaşanmasına neden olmaktadır. Kazıkların gerçek taşıma güçleri sadece arazide yapılan kazık yükleme deneyleri ile belirlenebilmektedir. Ancak yine de bu kazıkların taşıdıkları toplam yükün ne kadarını uç direnciyle, ne kadarını yüzey sürtünmesiyle taşıdıkları bilinmemektedir. Bu çalışmada, iki kompozit (beton dolgulu FRP ve beton dolgulu PVC) kazığın nihai taşıma güçleri, uç dirençleri ve yüzey sürtünme değerlerinin kazık yükleme deneyleri yardımıyla belirlenmesi amaçlanmıştır. Deneylerde 4 farklı sıkılıkta (Dr = %10, %40, %65 ve %90) kum zeminler kullanılmıştır. Deneyler sonucunda, kesme kutusu deney aletiyle yapılan yüzey sürtünme açısı ölçümlerinin aksine, yüzey sürtünme açısının artan sıkılıkla sürekli arttığı görülmüştür. Elde edilen yüzey sürtünme açısı değerlerinin özellikle düşük rölatif sıkılık değerlerinde, kesme kutusu deney aletiyle elde edilen değerlerden çok düşük olduğu görülmüştür. Ayrıca yapılan model kazık yükleme deneyleri sonlu elemanlar yöntemiyle sayısal olarak modellenmiş ve elde edilen sonuçlar model deneylerinin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Yapılan sonlu elemanlar analizleri sonucunda, deneylerden elde edilen oturma değerleri ile sonlu eleman analizleri neticesinde elde edilen oturma değerlerinin birbiri ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Ancak özellikle orta sıkı ve sıkı (Dr = %40, %65, and %90) zeminlerde sonlu eleman analizlerinden elde edilen yük deformasyon eğrilerinin (p-y eğrileri) deneysel sonuçlarla benzeşmediği görülmüştür. Sonlu eleman analizlerinden elde edilen p-y eğrilerinin doğrusal olduğu belirlenmiştir. Oysa deneylerden elde edilen p-y eğrileri non-lineerdir. Gerçekte kazık yüzeyi ile zemin arasındaki sürtünme arttıkça p-y eğrisinin eğriliğinin artacağı ve non-lineer olacağı bilinmektedir.

Heavy structures, high-rise buildings, and marine structures increase the tendency to use pile foundations. Since conventional pile foundations are mainly made of timber, steel, and concrete, and these piles have a limited life cycle and high maintenance costs, especially where they are used in marine applications, industrial environments and corrosive soils. In order to extend the service life of these piles and reduce the impact of deterioration on the pile bearing capacity a larger pile cross section is often recommended, as well as some chemical treatments are also applied, while both of these options have led to spending an extra budget to build a required pile foundation. Despite the fact that chemical treatments have a negative impact on environmental pollution and the health of those people who do it. Recently, because of their high corrosion resistance, Fiber Reinforced Polymer (FRP) and recycled plastic piles have been developed for use as an alternative to these piles in the aforementioned environments. Since piles carry and transfer axial loads through the pile point capacity and/or the skin friction resistance (i.e., pile shaft capacity or pile shaft friction resistance), and despite the uncertainties associated with the pile behavior, the mechanical, physical and structural behavior of conventional piles were well documented. But due to the novelty of composite piles, the database of these piles still does not contain sufficient data. One of the concerns in composite piles and although it is not yet quite clear in the conventional piles is the pile shaft behavior (i.e., the pile-soil interface resistance). The friction force at the soil-pile interface is estimated primarily using the interface shear box test. Some uncertainties regarding this test method, especially for sandy soils, leads to the measurement of high values of the interface parameters (i.e., c and ?) in relatively low-to-high relative density. Because of the uncertainties associated with the pile axial behavior and in particular the pile shaft behavior, the designers often use the approximation values to estimate the interface friction angle (?) during their design. For example, Terzaghi and Peck (1948) reported that many designers take into account that the interface friction angle (?) is equal to two of three (2/3) of the measured value of the internal friction angle (?), Coyle and Castello (1981) considered 0.8?, and according to various studies, the ? seems to be in the range between 0.5 to 0.8? (Das, 2015). These approximations in the evaluation of shear interface parameters prevent making economical designs and sometimes lead to stability problems. However, the actual bearing capacity of the pile is measured by performing field load tests, but it is impossible to determine the independent contribution of the pile shaft capacity to the ultimate pile bearing capacity. Therefore, in this study, the ultimate bearing capacity and pile base resistance of two composite piles (i.e., concrete-filled FRP and PVC pipe piles), as well as the independent contribution of pile shaft capacity were determined by carrying out a number of load-displacement model experiments at different relative densities (i.e., Dr = 10%, 40%, 65% and 90%) of model sand. The experimental results demonstrated the fact that the interface friction angle increases with increasing relative density considerably whereas this behavior was not observed in the interface shear box test, and that the interface friction angle at low relative density (i.e., Dr = 10%) can be ignored while in the interface shear box test, this relative density has high interface friction angle and cannot be easily ignored in the calculation of piles bearing capacity. In addition to model experiments, piles were modeled in the finite element environment to calculate the ultimate pile bearing capacity, as well as compare them to theoretical and experimental results. Finite element analysis has provided roughly the same settlement values at failures as that model experiments have. However, in particular, for high relative densities (i.e., Dr = 40%, 65%, and 90%), finite element analysis has not yielded a good agreement in terms of load-displacement behavior (p-y behavior) under certain conditions of this study. In model experiments, p-y behavior is a nonlinear relationship in all relative densities, whereas in finite element analysis it has become a nonlinear relationship where Dr = 10 and has become a linear relation where Dr=40 %, 65%, and 90%. In fact, this behavior is far from being expected, because, at high relative densities, the pile shaft capacity must be increased; and therefore, the degree of curvature of the p-y behavior must also be increased (i.e., it should be a non-linear relationship).
FRP ve PVC tekil kaziklarin düşey yükler etkisi altında taşıma güçlerinin belirlenmesi
Keywords: İnşaat Mühendisliği