Numerical modeling of jet grouting cells to reduce liquefaction

Abstract

The importance of the preservation of historical and culturally important buildings is essential nowadays. While improving the performance of the buildings under dynamic loadings, it is essential to evaluate and improve the subsoil conditions. It is evident, that strengthening of the building will not provide the desired performance, if serious ground problems such as liquefaction are not eliminated during earthquake loading. In this study, liquefaction evaluation of the foundation soil of a historical building (Vali Konagi), which is in the Konak district of İzmir province, has been carried out. The simplified liquefaction assessment results based on the standard penetration tests showed that under 0.45g loading, the liquefaction problem could be observed. Therefore, soil improvement is necessary for the upper profile beneath this historical building. The jet grout cells, which is a new method were suggested as a soil improvement technique against the liquefaction of the soil below the building. The parameters related to the jet grout cells were determined, and the improved soil status was analyzed. The numerical analyses of the liquefaction investigation at unimproved and improved soil were compared by finite difference program FLAC-2D. The constitutive model (UBCSand), which can simulate liquefaction was used in the program. As a result, it is observed that; by using jet grout cells liquefaction was not triggered and deformations were kept under control.

Günümüzde tarihi yada kültürel olarak önemi olan yapıların korunmasına oldukça önem verilmekltedir. Bu yapıların deprem yükleri karşısında performansları iyileştirilken, üzerinde bulundukları zemin koşullarının da değerlendirilmesi çok önemlidir. Zemin koşullarının gerekli durumlarda iyileştirilmesi önem kazanmaktadır. Yapı üzerinde yapılan güçlendirme çalışmaları, zeminde sıvılaşma gibi ciddi zemin sorunları giderilmediği taktirde istenen performansı sağlamayacağı aşikardır. Bu çalışmada İzmir ili Konak ilçesinde bulunan bir yapının temel zeminin sıvılaşma değerlendirmesi yapılmıştır. SPT deneylerini baz alan sıvılaşma değerlendirmesi sonucunda 0.45g ivmeli deprem yükü altında sıvılaşma probleminin gerçekleşebileceği görülmüştür. Bu nedenle tarihi öneme sahip binanın zeminin iyileştirilmesi gerekmektedir. Yeni bir yöntem olan jet grout hücreleri ile zeminin sıvılaşmaya karşı iyileştirme yöntemi önerilmektedir. Jet grout tasarımı parametreleri ve iyileştirilmiş zemin parametreleri hesaplanmıştır. İyileştirilmiş zemin koşullarının sıvılaşma direnci ile ilgili nümerik analizler 2-B sonlu farklar programı olan FLAC-2D ile yapılmıştır. Bu analizlerde sıvılaşma için özel olarak oluşturulmuş UBCSand modeli kullanılmıştır. Sonuç olarak yapılan analizlerde zeminde iyileştirme olmadığı durumda sıvılaşmanın tetiklendiği analizlerde gözlemlenmektedir. Tasarlanan jet grout hücreleri ile ilgli parametreler belirlenmiş ve iyileştirilmiş durum analiz edilmiştir. İyileştirilmiş durumda sıvılaşmanın tetiklenmediği ve deformasyonların kotrol altında tutulduğu analizler sonucunda ortaya çıkarılmıştır.