ankrajlı palplanş perdelerinin tasarımını etkileyen faktörlerin araştırılması

8/7/2019 Ankrajl palplan perdelerinin tasarmn etkileyen faktrlerin aratrlmas

1/13

236

INVESTIGATION OF THE FACTORS AFFECTINGDESIGN OF ANCHORED SHEET PILES

zcan TAN Selim ALTUN M. Tark DLAVER . Hakk ERKAN

Assoc. Prof. Dr. Asst. Prof. Dr. Civil Engineer (MSc) Research Asst.

Seluk Univ. Ege Univ. Yksel naat, Seluk Univ.

Civil Engn. Dept. Civil Engn. Dept. Ankara Civil Engn. Dept.

ABSTRACT

In the present study, the design of built-in anchored sheet piles, which are very important in

Geotechnical Engineering, have been examined. One of the methods for the design of

anchored sheet piles is Fixed Earth Support Method.

Using Taguchi Method on the 1024 data determined by the Fixed Earth Support Method with

the analyses carried out on 16 data, which have been selected using L16 orthogonal array table

with 5 parameters and 4 levels. It was determined that the most efficient parameter on the

anchor force and foundation depth of the sheet piles was angle of internal friction. As a result,

error proportions have been examined and it is understood that it is possible to reach the

results with the using Taguchi Method in a 95% safety range.

Keywords: Sheet Pile, Optimization, Taguchi Method


2/13


3/13

238

GR

Palplanlar; hazr yass kazklarn yan yana, srekli perde oluturacakekilde aklmas ile

oluturulan batardo inaat, rhtm duvar, su yaplarnda sznt uzunluunun artrlmas,

toprak kaymalarnn nlenmesi, ve iksa amal zemini tutmak iin yaplm olan yaplardr.

Genelde elik, betonarme ve ahaptan yaplrlar. Konsol ve ankrajl olmak zere iki grupta

incelenebilirler. Ankrajl palplanlar da zemine serbeste oturan (gml derinlii kk) ve

zemine ankastre (gml derinlii byk) olmak zere snflandrlrlar.

Gml derinlii byk ankrajl palplan perdelerinde perde alt ucunun dnmedii, Xm

noktasnda plastik mafsal olutuu dnlerek sistem izostatik olarak edeer kiri yntemi

ile zlebilmektedir. Xmin yeri ise isel srtnme asna bal olup plastik mafsal

noktasndan sistem iki paraya ayrlarak denge denklemleri ile ankraj kuvveti (RA) ve

gml derinlik (Df) belirlenebilmektedir (ekil 1).

ekil 1. Zemine ankastre ankrajl palplan perdesi (kohezyonsuz zemin)

almada 5 faktrl 4 seviyeli L16 ortogonal dizin tablosu seilmitir. Dizin tablosundaki

kombinasyonlar iin ankraj kuvvetleri ve gml derinlik deerleri Edeer Kiri Yntemi ile


4/13

239

hesaplanmtr. S/N (deiim indeksi) analizleri ve varyans analizleri yaplarak parametrelerin

sonu zerindeki etki oranlar aratrlmtr. Ayrca parametre seviyelerinin ortalama S/N

deerleri dikkate alnarak zemine ankastre olan palplan perdelerinde ankraj kuvveti ve

gml derinlii belirlemede kullanlabilecek eitlikler gelitirilmitir. Gelitirilen eitliklerin

gvenilirliini test etmek iin istatistiksel analizler yaplm ve Edeer Kiri Yntemi ile

karlatrlmtr. alma hakknda detayl bilgi [1] de bulunmaktadr.

AMA

almada, kohezyonsuz zemine ankastre olan ankrajl palplan perdelerinde ankraj

kuvveti (PA) ve gml derinlik (Df) zerinde etkili olan faktrler gl bir optimizasyon

teknii olan Taguchi Yntemi ile aratrlmas ve parametrelerin etki oranlarnn belirlenmesi

amalanmtr. alma sonularnn deerlendirilmesi ile pratik amalar iin kullanlabilecek

eitliklerin gelitirilmesi alma amalar arasnda yer almtr.

TAGUCH YNTEM

Taguchi Yntemi, optimizasyon ve parametrik analiz almalarnda maliyeti drmek,

sonulara daha az sayda deney yaparak ksa srede ulamak ve parametrelerin hedef sonu

zerindeki etkilerini belirlemek iin tam faktoriyel deney tasarmna alternatif olarak

gelitirilmi gl bir yntemdir. Yntemde kontrol edilebilen faktrlerin optimum

deerlerini belirleyebilmek iin zel olarak tasarlanm ortogonal dizinler (deney tasarmlar)

kullanlmaktadr. Bu alma iin kullanlan L16 deney tasarm tablosu Tablo (1) de

verilmitir. Bu tablonun 16 satr ve maksimum be kolonu bulunmaktadr. Kolon says

parametre saysna gre deiebilmektedir. Her satr o satrdaki faktr seviyeleri ile yaplacak

olan alma numarasn gstermektedir. Yntemde 16 farkl durum iin yaplan deney

sonular kullanlarak S/N analizleri yaplmaktadr. S/N oran (deiim indeksi) ise aadaki

bant ile belirlenmektedir.

)(log/ 10 MSDNS = (1)


5/13

240

Tablo 1. L16 Ortogonal dizin tablosu

Parametreler ve Deneylerin

Yaplaca Parametre SeviyeleriDeney

noF1 F2 F3 F4 F5

1 1 1 1 1 12 1 2 2 2 23 1 3 3 3 3

4 1 4 4 4 45 2 1 2 3 4

6 2 2 1 4 37 2 3 4 1 2

8 2 4 3 2 1

9 3 1 3 4 2

10 3 2 4 3 1

11 3 3 1 2 4

12 3 4 2 1 313 4 1 4 2 3

14 4 2 3 1 4

15 4 3 2 4 1

16 4 4 1 3 2

MSD deeri, hedef deerin en byk, en kk ve belirli bir deer olmas durumlar

iin srayla Eitlik (2)- Eitlik (4) den hesaplanmaktadr.

n

YYY

MSD

n

/1

...11

22

2

2

1

+++= (2)

+++=

n

YYYMSD

n

22

2

2

1....

(3)

++=

n

YYYYYYMSD

n

2

0

2

03

2

01 )......()()( (4)

Buradaki Y1 ... Yn deerleri deney (analiz) sonulardr. n ise bir deneydeki tekrar says,

Taguchi Yntemi ile beklenen (hedef) deer ise Eitlik (5) ile belirlenir.

ort

beklenen

MSDY

1= (5)

Deney veya alma sonularnn gvenilirlii iin istatistiksel analizlerin yaplmas

gereklidir. Bunun iin ok deikenli varyans analizi (ANOVA) kullanlarak parametrelerin

sonu zerindeki etki yzdeleri ve gven dzeyleri belirlenmektedir. Yntem hakknda

detayl bilgi [1], [2] de bulunmaktadr.


6/13

241

ARATIRMA BULGULARI VE DEERLENDRME

alma iin seilen parametreler ve parametre seviyeleri Tablo (2) de gsterilmitir.

Tablo 2. almada seilen parametreler ve seviyeleri

Parametreler

SeviyeZemin

ykseklii (H)(m)

Ankraj derinlii (a)(m)

sel srtnmeas ()

Srtnme

as ()

Doal birimhacim arlk(kN/m

3) ( n)

1 4 0,50 10 0 14

2 6 1,00 20 5 16

3 8 1,50 30 10 18

4 10 2,00 40 20 20

L16 ortogonal dizin tablosuna uygun 16 adet kombinasyon iin ankraj kuvvetleri (Ra) ve

gml derinlikler (Df) edeer kiri yntemi ile belirlenmi ve Tablo (3). de verilmitir. Bu

veriler kullanlarak yaplan S/N analizleri sonucunda belirlenen deiim indeksleri (S/N

deerleri) de Tablo (3)te verilmitir. Ankraj kuvveti ve gml derinlik iin parametre

seviyelerine ait ortalama S/N deerleri ise Tablo (3)te gsterilmitir.

Tablo 3. Ankraj kuvveti iin Ra ve S/N deerleri

No H

(m)

a

(m)

n(kN/m

3)

Ra (kN) Df(m) S/N oran(RA iin)

S/N oran

(Df iin)

1 4 0.5 10 0 14 56.83 12.49 35.09 21.93

2 4 1 20 5 16 35.24 3.93 30.94 11.88

3 4 1.5 30 10 18 26.91 1.64 28.60 4.274 4 2 40 20 20 21.27 0.64 26.56 -3.89

5 6 0.5 20 10 20 80.69 5.17 38.14 14.276 6 1 10 20 18 139.39 7.68 42.88 17.70

7 6 1.5 40 0 16 27.83 2.23 28.89 6.96

8 6 2 30 5 14 46.12 2.99 33.28 9.509 8 0.5 30 20 16 64.09 2.68 36.14 8.56

10 8 1 40 10 14 34.90 2.30 30.86 7.22

11 8 1.5 10 5 20 317.02 18.53 50.02 25.36

12 8 2 20 0 18 167.93 9.57 44.50 19.62

13 10 0.5 40 5 18 66.27 3.40 36.43 10.63

14 10 1 30 0 20 146.89 6.44 43.34 16.17

15 10 1.5 20 20 14 157.65 6.06 43.95 15.65

16 10 2 10 10 16 379.20 18.42 51.58 25.31

Ortalama S/N 37.57 13.197


7/13

242

Tablo (4). Parametre seviyelerinin ortalama S/N oranlar

S/N ORANLARI (RA) S/N ORANLARI (Df)

Parametre/seviye 1 2 3 4 1 2 3 4

Zemin Ykseklii (H) 30.30 35.79 40.38 43.82 8,45 12,11 15,19 16.94

Ankraj derinlii (a) 36.44 37.01 37.87 38.98 13,85 13,24 13.06 12.63sel srtnme as () 44.89 39.38 35.33 30.68 22.58 15.35 9.63 5.23Srtnme as () 37.96 37.67 37.29 37.38 16.17 14.34 12.77 9.51

D. birim hacim ar.()

35.80 36.89 38.10 39.51 13.58 13.18 13.06 12.98

Tablo 4 de verilen deerler kullanlarak izilen etki grafikleri ekil 2 ve ekil (3) teverilmitir.

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

0 1 2 3 4

Parametre seviyesi

S/Noran

a

ekil 2. Ankraj kuvveti iin parametre seviyesi-S/N oran deiimi

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

0 1 1 2 2 3 3 4 4 5

Parametre seviyesi

S/Noran

a

ekil 3. Gml derinlik iin parametre seviyesi-S/N oran deiimi


8/13

243

Ankraj kuvveti ve gml derinlik iin parametrelerin etki derecelerini belirlemek amacyla

ok deikenli varyans analizleri (ANOVA) yaplm ve sonular Tablo (5)te de verilmitir.

Tablo (5) Varyans analizi (ANOVA) sonular

Ankraj Kuvveti (RA) Gml Derinlik (Df)

Parametre Serbest.

Derece.

(DOF)

Kareler

Toplam

(Ss)

Varyan

s

Etki

oran (P)

(%)

Kareler

Toplam

(Ss)

Varyans Etki

oran (P)

(%)

H 3 412.20 137.40 46.0 163.14 54.38 17.4

A 3 14.60 4.87 1.63 3.06 1.02 0.3

3 437.43 145.81 48.8 675.23 225.08 72.0

3 1.08 0.36 0.12 95.85 31.95 10.2

n 3 30.71 10.24 3.43 0.85 0.28 0.09

Toplam 15 896.02 100 938.13 100

Ankraj kuvveti zerinde en etkili parametreler etki derecesine gre %49 oran ile isel

srtnme as ve % 46 oran ile zemin yksekliidir. Ankraj kuvveti; as arttka yaklak

dorusal olarak azalmakta, H ykseklii arttka yaklak dorusal olarak artmaktadr.

Gml derinlik zerinde ise en etkili parametrenin %72 oran ile isel srtnme as, ikinci

etkili parametrenin ise %17 lik oran ile zemin ykseklii olduu belirlenmitir. sel srtnme

as arttka Df azalmakta, H ykseklii arttka Df artmaktadr. Ankraj kuvveti zerinde

srtnme katsaysnn, gml derinlik zerinde ise doal birim hacim arln etkileri ihmal

edilebilir dzeydedir. 1024 adet veri iin Taguchi yntemi uygulanarak beklenen deerler ile

hesaplanan deerler arasndaki dalm ekil (4) ve ekil (5)te hesaplanan ve tahmin edilen

deerler arasndaki rlatif hatalarn histogramlar ise ekil (6) ve ekil (7)de verilmitir.

ekil (6) incelendiinde Taguchi Yntemi ile yaplan ankraj kuvveti tahmininde rlatif

hatann %20 den kk olma olasl % 98, %15 den kk olma olasl % 93, %10 dan

kk olma olasl %79 ve %5ten kk olma olasl %47 olarak belirlenmitir.


9/13

244

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00

Hesaplanan Ankraj Kuvveti (kN)

TahminEdilenAnkrajKuvveti(kN)

ekil (4) Hesaplanan-tahmin edilen ankraj kuvvetleri arasndaki dalm

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

Hesaplanan Derinlik (Df)

TahminEdilenDerinlik(Df)

ekil (5) Hesaplanan-tahmin edilen gml derinlik deerleri arasndaki dalm


10/13

245

Rlatif Hata (%)

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

35

ekil (6) Tahmin Edilen Ankraj Kuvveti in Rlatif Hatalarn Dalm

Rlatif Hata (%)

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

20

ekil (7) Tahmin Edilen Gml Derinlikin Rlatif Hatalarn Dalm

ekil (7) incelendiinde Taguchi Yntemi ile yaplan gml derinlik tahmininde rlatif

hatann %20den kk olma olasl %100, %15den kk olma olasl %99, %10dan

kk olma olasl %87 ve %5ten kk olma olasl %55 olarak belirlenmitir. Yine


11/13

246

yaplan analizler sonucunda Taguchi Yntemi ile yaplan tahminde ortalama hata %5.3 olarak

belirlenmitir. Bu oranlar Taguchi Ynteminin olduka gl bir tahmin yeteneinin

olduunu gstermektedir. Taguchi yntemi ile ankraj kuvveti ve gml derinliin olduka

gvenilir bir ekilde tahmin edilmesi nedeniyle, kum iindeki ankastre ankrajl palplan

perdelerinde ankraj kuvveti ve gml derinlii belirlemede kullanlabilecek bantlarn

gelitirilmesi iin almalar yaplmtr. Bu amala parametre seviyelerine ait ortalama S/N

deerleri kullanlarak deiik matematik fonksiyonlar seilip istatistiksel analizler yaplm ve

hata oranlar belirlenmitir. Aratrmalar sonucunda gelitirilen modeller aada verilmitir.

Ankraj kuvveti iin;

5.0

10

1)(

=

kNRA (6)

Bu bantda toplam etki katsays olup aadaki bant ile belirlenir.

++++= Ha1.0 (7)

w : srtnme as etki faktr, w : isel srtnme as etki faktr; wa : ankraj derinlii

etki faktr, w : zemin ykseklii etki faktr, w : Birim hacim arlk etki faktrdr. Etki

faktrleri farkl parametre deerleri iin Tablo (6)da verilmitir. Gelitirilen modelin

gvenilirliini belirlemek amac ile 1024 farkl durum iin yaplan istatistiksel analizlerde

ortalama hata %6.3 olup, hata pay +%18.5 ile -15.5 arasnda deimektedir.

Tablo (6) Ankraj kuvveti etki faktrleri

n< 22 kN/m3 iin = 0.511 1.115

10o

iin

= -3.773 tan+7.903

= 0.484 tan+7.152520o

iin

= -29.355tan + 19.983

= -18.294tan + 15.956

a < 1m. iin

a = 1.0m-1.5m arasa > 1.5m. iin

a= 0.728a + 6.217

a= 1.722a + 5.223

a= 2.224a + 4.470

H 8m iin

H= 2.918H -12.154

H= 2.521H 9.769

H= 1.722H 3.383


12/13

247

Gml derinlik iin;5.0

10

1)(

=

mD f (8)

Bu bantda toplam etki katsays olup aadaki bant ile belirlenmektedir.

HaDDDD +++= 1.0 (9)

Modele ait etki faktrleri (D, D, Da ve DH) farkl parametre deerleri iin Tablo (7)de

verilmitir. Gml derinlik iin gelitirilen modelin gvenilirliini belirlemek amac ile 1024

farkl durum iin yaplan istatistiksel analizlerde ortalama hata %4.75 olup, hata pay +%14.8

ile -14.5 arasnda deimektedir.

Tablo (7). Gml derinlik etki faktrleri

< 5o iin D= -20,914 tan+6.279

> 5o iin D= -17,44 tan+5.963

24.85o

iin D= -16,788tan + 9.419

a < 1m. iin Da =-1,212a + 4.558

a = 1.0m-1.5m. aras Da = -0,368a + 3.714

a > 1.5m. iin Da = -0,854a +4.443

H 7.40m. iin DH = 0,874H 1.699

SONU

Bu almada zemine ankastre Ankrajl palplan perdelerinde gml derinlik ve ankraj

kuvvetini etkileyen parametreler, Taguchi yntemine gre 5 parametreli, 4 seviyeli standart

L16 ortogonal dizin tablosu kullanlarak aratrlmtr. Yaplan analiz ve deerlendirmeler

sonucunda;

Ankraj kuvveti zerinde en etkili parametre % 49 oran ile isel srtnme a s olup 2.derecede etkili parametre ise % 46 oran ile zemin yksekliidir.


13/13

248

Gml derinlik zerinde en etkili parametre isel srtnme as olup etki derecesi %72dir. 2. derecede etkili parametre ise %17 ile zemin yksekliidir. Doal birim hacim

arlnn etkisi ihmal edilebilir dzeydedir.

Taguchi Yntemi ile yaplan tahminler (beklenen deerler), gerek deerlere oldukayakn olup, ortalama hata %5.5 civarndadr. Bu durum gl bir optimizasyon teknii

olan Taguchi Ynteminin geoteknik mhendisliindeki parametrik almalarda da

uygulanabileceini gstermektedir.

Ankraj kuvvetini ve gml derinlii belirlemek iin gelitirilen kazk yatay yk tamakapasitesini belirlemek iin S/N oranlar kullanlarak gelitirilen Eitlik (6) ve ve Eitlik

(8) pratik amalar iin kullanlabilir. Daha fazla veri ve parametre kullanlarak

modellerdeki maksimum hata orannn %10 un altnda kalmas iin almalar

srdrlmektedir.

KAYNAKLAR

[1] Dilaver, M.T. 2007. Yanal Ykl Kazklarn Tasarmn Etkileyen Faktrlerin

Aratrlmas, Yksek Lisans Tezi, S.. Fen Bilimleri Enstits, Konya.

[2] G. Taguchi, System of Experimental Design, Vol.1-2 (New York: Quality Resources

1987).

[3] Phadke, M. S. 1989. Quality Engineering Using Robust Design, Prentice Hall, New York.

ankrajlı palplanş perdelerinin tasarımını etkileyen faktörlerin araştırılması

Documents