Homojen Zeminlerde Deprem Ve Yer Alt Suyunun ev Güvenlik Say s na Etkisinin Janbu Yöntemi le ncelenmesi

Transkript

1 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 203, Trabzon Homojen Zeminlerde Deprem Ve Yer Alt Suyunun ev Güvenlik Saysna Etkisinin Janbu Yöntemi le ncelenmesi Ör.Gör. Tülin ÇETN, Doç.Dr. Yusuf ERZN Celal Bayar Üniversitesi Turgutlu Meslek Yüksekokulu Belediye Fidanlk Tesisleri Turgutlu MANSA, 0 (236) / 3, tulin.cetin@cbu.edu.tr Celal Bayar Üniversitesi Mühendislik Fakültesi naat Mühendislii Bölümü Muradiye Kampüsü MANSA, 0 (236) , yusuf.erzin@cbu.edu.tr ÖZET Bu çalmada, 2/ ev eimine sahip ve 0 m. yüksekliindeki bir homojen zeminin, deprem etkisi altnda ve yer alt suyu bulunmas veya bulunmamas durumundaki davranlar incelenmitir. Seçilen zemin kayma dayanm parametreleri, ev geometrisi, yer alt suyu tablas geometrisi ile farkl deprem etkisi parametreleri (pik deprem ivmesi, evin deprem merkezine olan uzakl ve tekrarl yükleme çevrim says) hazrlanan ev stabilitesi hesaplama yazlmna veri olarak girilmitir. Daha sonra, Basitletirilmi Janbu yöntemine göre hesaplanan sonuçlar incelenmitir. Bulunan sonuçlar neticesinde, seçilen evin farkl deprem etkileri ve yer alt suyu bulunmas veya bulunmamas durumlarndaki stabilite durumlar incelenmitir. ev stabilitesi, Basitletirilmi Janbu, deprem etkisi, yer alt suyu. Investigation Of The Effects Of Earthquake And Ground Water On Homogeneous Slopes To Slope Stability Safety Factors With Janbu Method ABSTRACT In this study, under the earthquake and having underground water or not, the behavior of the homogenous soil with the slope of 2/ and 0 m. height was investigated. Chosen shear strength parameters, the slope geometry, the underground water geometry and different earthquake effect parameters (peak earthquake acceleration value, the distance to the center of the earthquake and the number of cycles for cyclic loading were used as inputs to the slope stability calculation software prepared. Afterwards The results were obtained by using the Simplified Janbu method and examined. With determined results, the situations under different earthquake parameters and having underground water or not the stability was investigated. Slope stability, Simplified Janbu, earthquake effect, underground water. GR Zemin mekaniinin önemli konularndan biri olan ev stabilitesi analizinde, ev güvenlik says (Gs) aratrlmaktadr. Çeitli yöntemlerle ev güvenlik says hesaplanrken, analizlerinde hem zemini hem de karlalabilecek zemin koullarn göz önüne almak gerekmektedir. ev stabilite analizlerinde gerçek hayat yanstan durumlarda, yer alt suyu

2 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 203, Trabzon bulunmas ve deprem etkisinin göz önüne alnmas önemli bir yer tutmaktadr. Bu nedenle bu çalmada, gerçek hayat yanstan durumlar göz önüne alnmtr. ev güvenlik saysnn kolaylkla hesaplanabilmesi ve farkl koullarda ald deerlerin karlatrlabilmesi için, bir ev stabilite analizi program hazrlanmtr. (Çetin, 200) Bu programla çeitli durumlardaki ev güvenlik saylar incelenmi ve sonuçlar, bildirinin yazarlar tarafndan çeitli sempozyumlarda sunulmutur. lk olarak farkl ev eimlerindeki homojen zeminlerin kayma dayanm parametre deiimlerinin ev stabilitesine etkisi Basitletirilmi Bishop yöntemi kullanlarak incelenmitir (Çetin vd., 200). Ardndan, deprem etkisi altndaki üç farkl eimdeki evde Basitletirilmi Bishop ve Basitletirilmi Janbu yöntemleri kullanlarak elde edilen ev güvenlik saylar karlatrlmtr (Çetin vd., 20), sveç Dilim Yöntemiyle ev güvenlik says hesabnda zemin parametrelerinin kritik kayma merkezlerinin yerlerine etkisi incelenmitir (Çetin vd., 20). Son olarak deprem etkisi altndaki yapay evleri ev güvenlik saylarnn hesaplanmasnda yapay sinir alarnn kullanm aratrlmtr (Erzin vd., 20) Bu çalmada 2/ ev eimine sahip ve 0 m. yüksekliindeki bir homojen zeminin, deprem etkisi altnda ve yer alt suyu bulunmas veya bulunmamas durumundaki davranlar incelenmitir. ev güvenlik says hesabnda, Basitletirilmi Janbu metodu tercih edilmitir. Bu özelliklere sahip zeminlerin ev güvenlik katsays hesabnda bu metotla ilgili çalma denk gelmemitir. Hazrlanan ev stabilite analizi program ile zemin parametreleri ile incelenen yer alt suyu varl ve deprem parametreleri alternatifli olarak denenmitir. Elde edilen sonuçlar grafiklere dönütürülerek incelenmi ve bu çalma oluturulmutur. ev güvenlik says hesabnda kullanlan metodlar arasnda limit denge metodlar, önemli bir yer tutmaktadr. (Cheng vd, 2007) Bu metodlarda bir kayma yüzeyi esas alnr ve bu yüzey üzerinde kalan zeminin stabilitesi limit denge metodlar ile incelenir. Kullanlabilecek limit denge metodlarndan biri de, Basitletirilmi Janbu metodu (Janbu, 973) dur. 2. BASTLETRLM JANBU YÖNTEM Janbu, 956 da her biçimde kayma yüzeyine uygulanabilen ve kuvvet dengesi koullarn salayan çözümü gelitirmitir. Bu yöntemde 3 bilinmeyen ve 3 denklemle hesap yaplmakta olup 968 de gözden geçirilerek Janbu Genel Yöntemi ad verilmitir. Çözümde ayrntlar azaltarak 973 te Janbu Basit Yöntemi gelitirmitir. Günümüzde hala bu yöntem yaygn olarak kullanlmaktadr. Bu yöntem temelde Bishop yöntemine (Bishop, 955) benzer olup, en belirgin farkll herhangi bir kayma yüzeyine uygulanabilmesidir. Dilime etkiyen kuvvetler ekil. de görülebilir. ekil. Janbu yönteminde dilime etkiyen kuvvetler

3 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 203, Trabzon Basitletirilmi Janbu yöntemi ile hesapta, Gs0 hesaplamaya balarken kabul edilen ev güvenlik says, Gs düzeltilmi ev güvenlik says, Gs_hes hesaplanan ilk ev güvenlik says, c zeminin efektif kohezyon deeri, efektif içsel sürtünme açs, l dilim alt yüzünün uzunluu, W dilimin statik arl, u boluk basnc ve f0 düzeltme faktörü olmak üzere ev güvenlik says (3) formülü ile hesaplanmaktadr. m tan tan G S 0 n cos m (2) G G S _ HES c b W u b tan n W tan S f 0 G S _ HES (4) () (3) 4 te yer alan f0 düzeltme faktörü, kabul edilen kayma yüzeyinin geometrik büyüklüklerine ve zeminin türüne (granüler, kohezyonlu, granüler kohezyonlu siltli zemin) baldr. Gs denklemin her iki tarafnda da yer aldndan, en klasik çözüm yöntemi iterasyon yöntemidir. Gs, Gs0 olarak bir ilk deer alnr ve bu yeni deer kullanlarak eitliin sa taraf yeniden hesaplanr. Bulunan deer ile ilk kabul edilen deer arasndaki fark 0.00 gibi bir deere geldii zaman, bulunan sonuç ev güvenlik says olarak kabul edilir. ev kesitinde deprem nedeni ile ortaya çkacak olan tekrarl kayma gerilmelerinin boluk suyu basncnda meydana getirecei art ve ev güvenlik saysnda meydana getirecei deiiklik, deprem özelliklerine ve evdeki zemin tabakalarnn zemin özelliklerine baldr. Seed ve Idriss (97), deprem srasnda oluacak ilave boluk suyu basnc art oran (u) için tekrarl yüklemenin çevrim saysna (N), pik deprem ivmesi katsaysna (ap), ev yüksekliine (H) ve kayma mukavemeti açsna (') bal olarak 5 teki eitlii vermilerdir :,95 LogN 0,08 0,65 a 0,0075 H u 0 p cot (5) Ancak 5 ten de görülecei üzere ev yükseklii H n boluk suyu basnc artndaki etkisi az olduundan ihmal edilebilir. Bu durumda eitlik u ekilde olacaktr : u 0,6 a p cot ' log N (6) Depremde oluacak en büyük ivme deeri (ap), evin yer ald bölgenin deprem merkezine uzaklna (R) ve deprem magnitüdüne (M) baldr. 0,868M 0,7M,09 a p 0,059 e R 0,0606 e (7) Deprem ivmesi bilindikten sonra ev güvenlik says hesabnda, hareket ettirici kuvvetlerin yer ald ksma arlkla çarplarak ilave edilmektedir.

4 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 203, Trabzon DepremEtkisi a p W (8) Kar koyucu kuvvetler G s = (9) Hareket ettirici kuvvetler + a p *W 2.. EV STABLTE YAZILIMI Bu çalmada homojen bir zeminde, deprem etkisinin ve yer alt suyu varlnn ev stabilitesine etkisi incelenmitir. Bu amaçla, gelitirilen ev stabilitesi yazlm, ev stabilitesindeki güvenlik saylarnn hzl ve güvenilir bir ekilde hesaplanabilmesi için kullanlmtr. (Çetin, 200) 2.2. ÇALIMADA KULLANILAN PARAMETRELER Çalmada 0 m. yüksekliinde ve 2/ ev eimine sahip bir ev geometrisi seçilmitir. Zemin parametreleri ' = 35, c = 20 kn/m2 ve = 20 kn/m3 olarak kabul edilmitir. Çalmada 4 ayr durum incelenmitir : Zeminde yer alt suyu olmamas ve deprem etkisinin bulunmamas, yer alt suyunun olmas ve deprem etkisinin bulunmamas, yer alt suyunun olmamas ve deprem etkisinin bulunmas ile hem yer alt suyunun olmas hem de deprem etkisinin bulunmas durumlar. Yer alt suyunun bulunmas durumunda, yer alt suyu tabakasnn yeri ekil.2 de gösterilmektedir. ekil 2. Çalmada kullanlan ev geometrisi ncelenen depremli durumlarda, deprem magnitüdü (M) 6, 7, ve 8, deprem merkezinin eve olan uzakl (R) 5, 0, 20, 50 ve 00 km, yer alt suyu varsa tekrarl yükleme çevrim says (N) 5, 0, 20 ve 40 olarak alnmlardr. Elde edilen sonuçlar grafiklere dönütürülmütür. Bu grafikler ekil 3-8 arasnda görülebilir. ekil.3 te yer alt suyunun bulunmad ve deprem etkisinin aratrld duruma ait olan grafik bulunmaktadr. Grafikten görülecei üzere, deprem merkezinden uzaklatkça ev güvenlik saysnn artt, R=50 km ve sonrasnda art hznn azalarak, neredeyse ayn olduu görülmektedir. Deprem merkezinden uzaklatkça depremin ev üzerindeki etkisi azalmaktadr. Depremin iddeti arttkça, ev güvenlik says deeri azalmaktadr. Farkl M deerleri için, R nin Gs üzerindeki etkisinin ayn olduu görülmektedir. ekil.4 te yer alt suyu bulunduunda N=5 iken, deprem etkisinin aratrld duruma ait R- G s sonuçlar olan grafik bulunmaktadr.

5 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 203, Trabzon ,8 2,6 evgüvenlikkatsaysg s 2,4 2,2 2,8,6 M=6 M=7 M= evin depremmerkezineuzakl(r)km ekil 3. R-G s grafii 2 evgüvenlikkatsaysg s,8,6 M=6 M=7 M=8 0, evin depremmerkezineuzakl(r)km ekil 4. N=5 iken R-G s grafii Yer alt suyun mevcudiyedi durumunda R nin Gs üzerindeki etkisinin, yer alt suyunun olmad durumdaki ile ayn olduu görülmektedir. Deprem merkezinden uzaklatkça depremin ev üzerindeki etkisi azalmaktadr. Depremin iddeti arttkça, ev güvenlik says deeri azalmaktadr.

6 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 203, Trabzon ekil.4 ve ekil.3 ile karlatrldnda, yer alt suyu olmamas durumunda ev güvenlik says deerinin daha yüksek sonuç verdii görülmektedir. Yer alt suyunun mevcudiyedi, deprem sözkonusu olduunda ev güvenlii açsndan olumsuz bir etki yapmaktadr. ekil.5 teki grafikte, ekil.3 te yer alan grafie benzer ekilde yer alt suyunun bulunmad ve deprem etkisinin aratrld durum gösterilmektedir. 2,5 evgüvenlikkatsaysg s 2,3 2,,9,7,5 R=5 R=0 R=20 R=50 R=00,3, Depremmagnitüdü (M) ekil 5. M-G s grafii Sonuçlarda dier grafikte olduu gibi, deprem merkezinden uzaklatkça ev güvenlik saysnn artt görülmektedir. R nin deeri arttkça, ev güvenlik saysndaki deiim miktarnn azald, buradan yola çkarak deprem merkezinden uzaklatkça depremin ev üzerindeki etkisi azald anlalmaktadr. Depremin iddeti arttkça, ev güvenlik says deeri azalmaktadr. ekil.6 da yer alt suyu bulunduunda N=5 iken, deprem etkisinin aratrld duruma ait M- G s sonuçlar olan grafik bulunmaktadr. Yer alt suyun mevcudiyedi durumunda M nin Gs üzerindeki etkisinin, yer alt suyunun olmad durumdaki ile ayn olduu görülmektedir. Deprem merkezinden uzaklatkça depremin ev üzerindeki etkisi azalmaktadr. Depremin iddeti arttkça, ev güvenlik says deeri azalmaktadr. ekil.6, ekil.5 ile karlatrldnda, yer alt suyu olmamas durumunda ev güvenlik says deerinin daha yüksek sonuç verdii, yer alt suyu varsa deprem olmas durumunda ev güvenlii açsndan olumsuz bir etki yapt görülmektedir. evde yer alt suyunun varlnda, R=5 iken tekrarl yükleme çevrim saysnn etkileri ekil.7 de incelenmektedir.

7 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 203, Trabzon ,8 evgüvenlikkatsaysg s,6 R=5km R=0km R=20km R=50km R=00km 0, Depremmagnitüdü (M) ekil 6. N=5 iken M-G s grafii,3 evgüvenlikkatsaysg s, 0,9 M=6 M=7 M=8 0,8 0, TekrarlYüklemeÇevrimSays(N) ekil 7. R=5 km iken N-G s grafii

8 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 203, Trabzon,3 evgüvenlikkatsaysg s, 0,9 N=5 N=0 N=20 N=40 0,8 0, DepremMagnitüdü(M) ekil 8. R=5 km iken M-G s grafii N nin artan deerleri için, ev güvenlik says deerlerinin dütüü, ancak azalma hznn düük olduu, deprem merkezinden uzaklatkça Gs deerinin sabitletii görülmektedir. evde yer alt suyunun varlnda, R=5 iken farkl N deerlerinde M nin ev güvenlik says deerine etkileri ekil.8 de incelenmektedir. Tüm sonuçlar incelendiinde, N deeri arttkça ev güvenlik says deerinin azald, bununla birlikte deprem merkezinden uzaklaldnda Gs deki azalmann az olduu gözlemlenmektedir. 4. SONUÇLAR Bu çalma ile, yer alt suyu mevcudiyedi ve deprem durumlarnda ev güvenlik katsaysnn hangi snrlar arasnda deitii görülebilmektedir. Sonuçlar, ev güvenlii üzerinde çalanlar için ön bir bilgi verecektir. Elde edilen sonuçlar incelendiinde, yer alt suyu mevcudiyetinin ev güvenlik says üzerindeki olumsuz etkisi açkça görülmektedir. Yer alt suyu olmas durumunda ev güvenlik says, yer alt suyu olmamas durumundakine göre daha küçük çkmaktadr. Buradan da görülecei üzere, yapay evlerin oluturulmas srasnda zeminden yer alt suyunun uzaklatrlmas, evin güvenliinin ve stabilitesinin salanmas açsndan çok önemli olduu açktr. Deprem olmas durumunda, ev güvenlik saylar azalmaktadr. Depremin iddetinin artmas, ev güvenlik saylarn daha da azaltmaktadr. Ancak deprem merkez üssünün evden uzaklamas ile, deprem etkisi azalmaktadr. Tekrarl çevrim saysnn artmasnn, dier deprem parametrelerine göre ev güvenlik saysn daha az etkiledii görülmütür. evlerde hem yer alt suyunun mevcudiyeti hem de deprem etkisinin bulunmas, en kötü durum olarak görülmektedir.

9 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 203, Trabzon KAYNAKLAR Bishop, A. W., (955) The Use of the Slip Circle in the Stability Analysis of Slopes, Geotechnique, Vol 5, No., pp 7-7. Çetin, T. (200). ev Stabilite Analizleri çin Bilgisayar Programnn Gelitirilmesi ve Analiz Yöntemlerinin Karlatrlmas, Yüksek Lisans Tezi, Celal Bayar Üniversitesi Manisa. Çetin, T., Erzin, Y., (200). Farkl ev Eimlerindeki Homojen Zeminlerin Kayma Dayanm Parametre Deiimlerinin ev Stabilitesine Etkisi, Zemin Mekanii ve Temel Mühendislii 3. Ulusal Kongresi, stanbul. Çetin, T., Erzin, Y., (20). Comparison of Simplified Bishop and Simplified Janbu Methods in the Determination of the Factor of Safety of Three Different Slopes Subjected to Earthquake Forces, 2. Uluslararas Temel Bilimler ve Mühendislikte Hesaplamalar Sempozyumu, Aydn. Çetin, T., Erzin, Y., (20). sveç Dilim Yöntemiyle Kritik Güvenlik Katsays Hesabnda, Zemin Parametrelerinin Kritik Kayma Merkezlerinin Yerlerine Etkisi, 4. Geoteknik Semp., Adana. Cheng, Y.M., Lansivaara, T., Wei, W.B. (2007). Two-dimensional Slope Stability Analysis By Limit Equilibrium And Strength Reduction Methods. Erzin, Y., Çetin, T., (20). The Use of Neural Networks for The Prediction of The Critical Factor of Safety of An Artificial Slope Subjected to Earthquake Forces, Scientia Iranica, Pages Janbu, N. (973). Slope Stability Computations, Embankment Dam Engineering - Casagrande Volume, R.C. Hirschfeld and S.J. Poulos, eds., John Wiley and Sons, New York, pp Seed, H.B., Idriss, I.M. (97). Simplified Procedure for Evaluating Soil Liquefaction Potential, Journal Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Volume 97(9), pp