Geoteknik mühendisliği pratiğinde performansa dayalı tasarım metotlarının kullanılması

Şehir merkezlerinde her geçen gün yeni ve önemli projeler gerçekleştirilmektedir. Bu projeler, gerek tasarımı ve gerek de inşası sırasında mühendislik tasarımlarını zorlamakta ve mühendislik camiasını farklı çözüm yolları arayışına itmektedir. Çoğunluğu 1. Dereceden deprem bölgesi içerisinde bulunan ülkemizde, bu önemli yapıların sismik etkiler altındaki analizleri, önemli birer çalışma ve araştırma konusu olmaktadır. Yapıların sismik yükler altındaki analizleri, sismik çevrenin, zemin ve yapı özelliklerinin belirlenmesi aşamalarından oluşmaktadır. Fay-zemin-yapı analizi olarak da adlandırabileceğimiz bu yaklaşım, birinci adım olan sismik deprem etkisinin belirlenmesinden itibaren her bir analiz aşamasında pek çok belirsizlik içermektedir. Dolayısı ile, bu tür problemlerin çözümü deterministik olarak değil olasılıksal performansa dayalı tasarım sistematiği içinde ele alınması, rasgelelik ve belirsizlikler ile ilgilenebilinmesi açısından ve elde edilen sonuçların mühendislik uygulama tecrübesi ve metodolojisine uygun kullanıma hazır çözüm abakları ile verilebilmesi amacıyla önem arzetmektedir. Performansa dayalı tasarım bazı yapı mühendisliği problemlerinde uygulanmakla beraber, geoteknik mühendisliği uygulamalarında yeteri kadar görülmemektedir. Örneğin yüksek yapıların tasarımında, deplasman kontrol hedefli performansa dayalı tasarım metodu uygulamaları kullanılmaya başlanılmıştır. Esasında, geoteknik mühendisliği, içerdiği analizler ve parametreler bakımından diğer mühendislik dallarından daha fazla belirsizlikler içermektedir. Bu açıdan bakılınca, bu çalışma geoteknik mühendisliği problemleri için de benzer sonuçlar üretmeyi hedeflemekte ve bu amaçla mevcut tasarım araçları ve yöntemlerini kullanmaya çalışmaktadır. Çalışma dâhilinde öncelikle performansa dayalı tasarımın hedefleri, analiz aşamaları ve yöntem kriterleri belirlenecektir. Tekrarlı analizler, sonlu elemanlar metodu kullanılarak yapılmıştır. Kullanılan sonlu elemanlar programı, zemin parametrelerinin doğrusal olmayan bünyesel modeller ile temsil edilmesine imkân sağlayacak ve aynı zamanda zaman tanım alanında dinamik analizler yapılmasına olanak sağlayacak şekilde seçilmiştir. Yapılan tekrarlı analizler sonucunda iki farklı geoteknik problem için daha önce literatürde model deneyleri veya yaşanmış vaka analizlerinden hareketle belirlenmiş hasar limitlerinin olma olasılıkları, ne kadar zamanda bir olabileceği vb. olasılıksal sonuçlar elde edilmiştir. Bu amaçla hasargörebilirlik eğrileri kullanılmış ve elde edilen sonuçlar geçmiş vaka analizleri ve diğer analiz sonuçları ile kıyaslanarak sunulmuştur.

Many new and important projects are realizing every day in city centers. These projects are challenging engineering designs and encourages the engineering community to new design concepts. As the majority of our country lies in the high seismicity zones, seismic analysis of these important structures becomes an important research subject and needs more attention. Seismic design of structures compose of determination of the seismic environment, as well as the soil and structural properties. As can be called the fault-soil-structure interaction analysis, this procedure involves high levels of uncertainty in every step of the design starting from the possible seismic earthquake effects. Therefore, to be able to handle the uncertainty and random nature of the properties, and to give the results with an easy-to-use charts and tables, probabilistic design systematics are preferred other than the traditional deterministic analysis. One of the important objective of an engineering service is to give the results of the analysis as an appropriate and comprehensible way for not only the designer himself, but also to the project owner, a bank analyst and other important actors in the project. Therefore, the damage recurrence relationships and probability of exceedance of a given damage level shall be one of the important outputs of an engineering design. In the light of these informations, the project owner has every right to choose the design level of his project, and the designer shall therefore conclude his design based on the chosen target design levels. Therefore, first aim of this study is to give the easy-to-understand and use solution charts and graphs which determine the damage levels of the engineering problem at hand. Current design methodologies rely on the capacity based / force based design methodologies. Uncertainties and randomness throughout the design are taken into account using the somewhat rude different factor of safety values. The developments with the technology level and the scientific knowledge starts to change the design methodologies from force/based design to the displacement/based design. This new framework contains the probabilistic literature and methods and implicitly takes into account the uncertainties and random nature of the properties. This so called performance based design is used in some structural engineering problems but the use in geotechnical engineering practice is scarce. For example, in high rise buildings the performance based-design methodologies come in to be used for the displacement-control design. Actually, geotechnical engineering problems contains more uncertainties and randomness than in any other engineering branch. From this point of view this study tries to figure out and use the appropriate design tools to develop similar results in geotechnical engineering problems. Performance based design systematics is a way which aims to deal with uncertainties in nature and engineering practise and states the design outcome in probabilistic terms. In this systematics, range of professions from seismologist to civil engineer, risk anayst and at last to the project owner play role in evaluation stages. In the context of the study, firstly the performance based design methodologies and the study framework will be introduced. Finite element methods are used in the analysis. The program is chosen to be able to model the nonlinear soil properties and to be able to handle the dynamic time-domain analysis. The outcome of the analysis will be the probability of different damage levels and recurrence relationships of the engineerin design parameteres for the two chosen problem. The fragility curves will be used in the outputs which then will be compared with the case studies and previous literature results.