SIVILAŞMA (Kaynak; Zeminlerde Sıvılaşma, Analiz ve İyileştirme Yöntemleri M. Mollamahmutoğlu, F. Babuçcu)

Transkript

1 SIVILAŞMA (Kaynak; Zeminlerde Sıvılaşma, Analiz ve İyileştirme Yöntemleri M. Mollamahmutoğlu, F. Babuçcu) Sıvılaşma, geoteknik deprem mühendisliğinin en önemli ve karmaşık konularından biridir. Literatürde, sıvılaşmanın bazı özel durumlarda statik şartlarda da meydana gelebileceğinden bahsedilse de, burada sadece sismik koşullardaki sıvılaşma üzerinde durulacaktır. Sismik sıvılaşma, 29 Nisan 1964'de Alaska, Good Friday, (MW=9.2) ve 16 Haziran 1964'de Japonya, Niigata, (MS=7.5) depremleri ardından, ilk kez 1965'de Arthur Cassagrande tarafından ortaya konulmuştur. Bu depremlerde birçok bina, temel zemininin taşıma gücünü yitirmesinden dolayı, yan yatmış, devrilmiş veya batmıştır. İstinat duvarları oluşan aşırı boşluk suyu basıncı nedeniyle ötelenmiş veya devrilmiştir. Eğimli alanlarda sıvılaşma kökenli akma ve/veya yanal yayılmalar olmuş ve gömülü yapılar yüzeylenmiştir. 17 Ağustos 1999'da meydana gelen deprem, sıvılaşmayı bir kez daha en çarpıcı yönleriyle ortaya koymuş, köprü ayakları ve bina temellerindeki yenilmeler büyük hasarlara yol açmıştır. Sıvılaşma potansiyelinin değerlendirilmesi ile ilgili ilk detaylı çalışma 1970'li yıllarda yapılmıştır. Son otuz yılda ise, sıvılaşma ile ilgili birçok araştırma yapılmış, konu hakkında kafa karıştırmaya kadar varan farklı terimler ve analiz yöntemleri geliştirilmiştir. Bu durumun giderilmesi amacıyla, NCEER (1996) ve NCEER/NSF (National Center for Earthquake Engineering Research)/(National Science Foundation) (1998) tarafından yapılan çalışmalarda, sıvılaşma konusunda anlaşılabilir ve olabildiğince ortak terminoloji ve yöntemler ortaya konulmaya çalışılmıştır. Özellikle analiz yöntemleri, elde edilen yeni veriler ışığında tekrar gözden geçirilerek, modifiye edilmiştir. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 1

2 SIVILAŞMANIN TANIMI Sıvılaşma, deprem kökenli devirsel kayma gerilmelerine maruz kohezyonsuz zeminlerde hızlı kayma mukavemeti kaybıdır. Bazen kayma dayanımı neredeyse tamamen kaybolurken (sıfıra düşerken), bazen de normalden daha düşük bir değere iner. Her iki durumda da sıvılaşma çok çeşitli hasarlara yol açabilir. Bu nedenle, değerlendirilmesi geoteknik deprem mühendisliğinin en önemli konularından biridir. SIVILAŞMA OLGUSU (Fiziksel Süreç) Bir deprem anında meydana gelen sekonder (kayma) dalga yayılımının neden olduğu devirsel kayma gerilmeleri gevşek, suya doygun kohezyonsuz bir zeminde hacimsel büzülmeye neden olur. Bu büzülme zemin tanelerini daha sıkı konumda olmaya zorlar ve taneden taneye yük aktarımına neden olur. Bu yük transferi boşluk suyu basıncını arttırır. Sismik sarsıntı çok hızlı meydana geldiği için, kohezyonsuz zemin drenajsız yüklemeye maruz kalır ve taneli yapı içinde aşırı boşluk suyu basıncı oluşur. Bu basınç, artmaya devam ederse, öyle bir düzeye ulaşır ki, taneden taneye aktarılan temas basıncı (efektif gerilme) kaybolur. Bu durumda, taneli zemin katıdan çok bir sıvı gibi davranır. Bu aşamada sıvılaşma denilen olay meydana gelir. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 2

3 Ayrıca, sıvılaşmanın fiziksel süreci aşağıdaki şekilde şematik halde sunulmuştur. Zemin sıvılaştıktan sonra, aşırı boşluk suyu basıncı sönümlenmeye başlayacaktır. Zeminin sıvılaşmış halde kalma süresi iki ana faktöre bağlıdır: 1. Depremden kaynaklanan sismik salınım süresine 2. Sıvılaşmış zeminin drenaj şartlarına Sıvılaşmanın fiziksel süreci Depremin neden olduğu tekrarlı kayma gerilmeleri yüklemesi ne kadar uzun ve güçlü ise, sıvılaşma hali o kadar kalıcı olacaktır. Eğer sıvılaşmış zemin altta ve üstte kil tabakası ile sınırlanmış ise, sıvılaşmış zeminden suyun akışı ile aşırı boşluk suyu basıncının sönümlenmesi de uzun süre alacaktır. Sıvılaşma işleminin tamamlanmasından sonra, zemin daha sıkı konumda olacaktır. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 3

4 SIVILAŞMA TÜRLERİ Neden olduğu hasar tipleri göz önüne alındığında iki çeşit sıvılaşmadan bahsedilebilir: 1. Akma türü sıvılaşma ve 2. Devirsel hareketlilik (mobilite). Akma Türü Sıvılaşma Akma türü sıvılaşma, büyük hasarların gözlendiği akma yenilmelerini oluşturur. Zeminin statik dengesi için gerekli kayma gerilmelerinin, sıvılaşmış zeminin dayanımından (rezidüel dayanım) büyük olduğu durumlarda oluşur. Suya doygun gevşek zeminin drenajsız şartlarda davranışı BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 4

5 Genellikle büyük bir zemin kütlesinin onlarca metre deplasman yapması şeklinde oluşan akma türü sıvılaşma, bir kez tetiklendikten (başladıktan) sonra, tamamen statik kayma gerilmeleri tarafından sürdürülür. Bu durum bir benzeşimle açıklanabilir: Şekil' deki kayakçının statik dengesi, kendisini başlangıç noktasından ileriye ittiğinde bozulmaktadır. Bu küçük hareketten sonra yer çekimi kuvveti etkisiyle oluşan statik kuvvetler, kar ile kayakçı arasındaki sürtünme kuvvetini aşarak kayakçının rampadan aşağıya doğru ivmelenmesine neden olmaktadır. Kayakçıyı kararsız bir konuma sürükleyen durum ile akma türü sıvılaşmayı tetikleyen dinamik kuvvetler benzeşim göstermektedir. Her iki durumda da, küçük rahatsızlıklar yerçekimi kuvvetinin harekete geçmesine ve büyük, ani hareketler oluşturmasına neden olmaktadır. Akma türü sıvılaşmanın tetiklenmesi ile benzeşim gösteren kayakçının hareketi BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 5

6 Devirsel Hareketlilik (Mobilite) Devirsel mobilite, kabul edilemeyecek kadar büyük, kalıcı deformasyonlar üreten bir başka sıvılaşma olayıdır. Zeminin statik dengesi için gerekli kayma gerilmelerinin, sıvılaşmış zeminin dayanımından (rezidüel dayanım) küçük olduğu durumlarda oluşur. Devirsel mobilite nedeniyle oluşan deformasyonlar, deprem sarsıntıları süresince artarak devam eder. Yanal yayılma olarak adlandırılan bu tür deformasyonlar, su kütlelerinin yanındaki az eğimli veya hemen hemen düz yüzeyli zeminlerde görülür. Yapılaşmanın olduğu bölgelerde önemli hasarlara neden olabilir. Suya doygun sıkı zeminin drenajsız şartlarda davranışı BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 6

7 Devirsel mobilitenin özel bir durumu da, düz yüzeyli zemin sıvılaşmasıdır. Düz yüzeyli zeminlerde, yanal deformasyonları engelleyecek statik kayma gerilmelerinin bulunmayışı, dinamik kuvvetlere maruz kalan zeminlerde yer salınımı olarak bilinen büyük, düzensiz hareketler oluşmasına neden olur. Yer salınımı sonucu ise zeminde aşırı boşluk suyu basıncı üretilir. Bu salınım sonucu oluşan aşırı boşluk suyu basıncının sönümlenme ihtiyacı, zemin içindeki suyun yukarı yönde hareket etmesine neden olur. Eğer boşluk suyu yeteri kadar hızlı hareket ederse, zemindeki çatlaklar arasından yüzeye kum taneleri taşınabilir. Bum kum taneleri kum tepecikleri veya kum kaynaması şeklinde birikir. Hidrolik denge için gerekli süreye bağlı olarak, deformasyonlar deprem sona erdikten sonra da görülebilirler. Aşırı düşey oturmalar ve kum kaynaması oluşumu, düz yüzeyli zemin sıvılaşmasının karakteristik belirtileridir. Yorum Sıvılaşma olayının oluşum mekanizması göz önüne alındığında görülmektedir ki akma türü sıvılaşmada, zemin tanecikleri arasındaki temas kuvvetlerini ifade eden efektif gerilme değeri sıfıra eşitlenmektedir. Devirsel mobilite de ise tanecikler arasındaki temas kuvvetleri azalmakta fakat tamamen yok olmamaktadır. Bu tespit göz önüne alınarak, kitabın yazarları, akma türü sıvılaşma için tam sıvılaşma, devirsel mobilite için ise kısmi sıvılaşma ifadelerini kullanmayı önermektedir. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 7

8 SIVILAŞMA KÖKENLİ HASAR TİPLERİ Sıvılaşma sonucunda, binalarda, köprülerde, boru hatlarında ve diğer yapılarda farklı şekilde hasarlar oluşabilir. Sıvılaşma aynı zamanda zemin yüzeyi hareketinin oluşumunu da etkileyebilir. Akma türü sıvılaşma sonucunda akma yenilmeleri oluşur. Buna ek olarak ağır yapıların batması veya devrilmesi, hafif gömülü yapıların yüzmesi ve istinat yapılarının yıkılması da akma türü sıvılaşma olayı sonucu görülebilecek hasarlardandır. Devirsel hareketlilik (mobilite) sonucunda ise şev göçmesi, binalarda oturma, yanal yayılma ve istinat duvarlarında yanal ve düşey deplasmanlar gibi hasarlar görülebilir. Sıvılaşma kökenli hasarlar, iyi tutulmuş bir sıvılaşma arşivi ile daha net olarak belirlenebilir. Kum Kaynaması Sıvılaşma olayı genellikle kum kaynamasıyla birlikte düşünülür. Sıvılaşma derinde oluştuğu ve zemin yüzeyi yanal deplasmana izin vermeyecek kadar hafif bir eğime sahip olduğu zaman, sıvılaşma zonu üstündeki zemin (sıvılaşmayan zemin) blokları birbirinden ayrılabilir ve sıvılaşmış zon üzerinde sallanır. Neden olunan zemin salınımına açılan ve kapanan çatlaklar eşlik edebilir. Deprem sırasında oluşan boşluk suyu basıncının sönümlenme ihtiyacı, boşluk suyunun yukarı yönde hareket etmesine neden olur. Bu hareket, zemin taneciklerine yukarı yönde etki eden kuvvetler oluşturur. Bu kuvvetler, bazı partiküllerin su ile beraber yüzeye kadar taşınmasına ve yüzeyde kum konileri oluşmasına yol açar. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 8

9 Kum kaynaması genellikle bir hat üzerinde gözlenir. Zemindeki çatlak veya yarıkları takip eder ve çoğunlukla çökme ve nispeten küçük hasarlara yol açarlar Tottori depreminde oluşan kum kaynamaları 1999 Chi-Chi depreminde oluşan kum kaynaması BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 9

10 Akma Göçmesi Akma göçmeleri çoğunlukla 3 dereceden daha fazla eğimlerde meydana gelirler. Sıvılaşmanın neden olduğu en feci göçmelerdir. Ansızın ortaya çıkarlar. Çabuk gelişirler ve çoğu zaman bir zemin kütlesinin oldukça geniş şev, aşağı hareketini içerirler. Akma göçmeleri biçimi San Francisco'daki Merced Gölü kıyısı boyunca 1957 yılında gelişen bir akma kayması 1964 Alaska depreminde Turnagain tepelerinde görülen akma göçmesi 1971 depreminde The Lower San Fernando Barajında oluşan akma göçmesi 10

11 Yanal Yayılma Genellikle çok az eğimli (0.3-3 ) yamaçlarda veya su kütlelerine komşu düzlüklerde gelişmektedir. Yanal yayılımlar, altta bulunan zeminin sıvılaşmasını ve yüzeysel sediment blokların yanal deplasmanını ihtiva eder. Bu yayılımlar, çoğunlukla birkaç metre ile sınırlıdır. Bu gibi hareketler, tipik olarak dolgulara, liman tesislerine, boru hatlarına, köprülere ve yüzeysel temellere sahip diğer yapılara zarar vermektedir. Yanal yayılma oluşum biçimi 2001 Nisqually depremi Green River boyunca oluşan yanal yayılma 1989 Loma Prieta depreminde devlet parkı yakınında oluşan yanal yayılma 2001 Nisqually, WA depreminde Pajaro Sunset Lake'de yanal yayılma 11

12 İstinat Yapısı Yenilmesi Sıvılaşmış temel zemininin destek kaybından veya istinat yapısı arkasındaki sıvılaşmış zeminden oluşan artan yanal yüklerden kaynaklanır. Bu etkiler sonucu istinat yapısı düşey ve/veya yatay yönde deplasmanlara maruz kalır. İstinat yapısı yenilme biçimi 1995 Kobe depreminde sıvılaşma sonucu oluşan istinat duvarı yenilmesi 1995 Kobe depreminde sıvılaşma sonucu oluşan istinat duvarı yenilmesi 2003 Tokachi-oki depreminde sıvılaşma sonucu oluşan istinat duvarı yenilmesi 12

13 Taşıma Gücü Kaybı Temel zemini sıvılaşma sonucu dayanımını kaybeder. Bir başka deyişle, taşıma gücünü yitirir. Bunun sonucu, üzerinde bulunan yapılar batar, döner, yan yatar veya devrilir Taşıma gücü kaybı yenilme biçimi 1964 Niigata depreminde sıvılaşma sonucu devrilen binalar 1995 Kobe depreminde sıvılaşma sonucu yan yatan tank 1999 Türkiye depreminde Adapazarı ilinde sıvılaşma sonucu devrilen binalar 13

14 Gömülü Yapı Yüzeylenmesi Sıvılaşma esnasında kaldırma kuvveti etkisiyle, muayene bacası, tank, boru hatları ve benzeri hafif yapılar zemin yüzeyine yükselir Gömülü yapı yüzeylenmesi biçimi 2000 Tottori depreminde sıvılaşma sonucu muayene bacası yükselmesi 2004 Nügata Chuetsu depreminde sıvılaşma sonucu muayene bacası yükselmesi 2003 Tokachi-oki depreminde sıvılaşma sonucu muayene bacası yükselmesi 14

15 SIVILAŞMAYA ETKİ EDEN FAKTÖRLER Zeminde sıvılaşma oluşumunu etkileyen birçok faktör vardır. Laboratuvar deney sonuçları yanında arazi gözlemleri ve çalışmalarına dayalı olarak, sıvılaşmayı etkileyen en önemli faktörler aşağıda açıklanmıştır. Deprem şiddeti ve süresi Zeminde sıvılaşmanın gerçekleşmesi için bir yer sarsıntısına ihtiyaç vardır. Zeminin hacimsel büzülmesine ve aşırı boşluk suyu basıncının gelişmesine neden olan kayma deformasyonlarını, yer hareketinin ivme ve sarsıntı süresi gibi özellikleri belirler. Sıvılaşmanın en yaygın nedeni, deprem anında açığa çıkan sismik enerjidir. Deprem şiddeti ve sarsıntı süresi artarken, sıvılaşma için potansiyel de artmaktadır. Yüksek büyüklüklü depremler, hem büyük yer ivmesi hem de daha uzun süreli yer sarsıntı üretir. Veriler az olsa da, sıvılaşmanın oluşması için gerekli eşik bir sarsıntı değerinin olduğu tahmin edilmektedir. Bu eşik değerler, maksimum yatay yer ivmesi için yaklaşık 0.10 g ve yerel büyüklük için yaklaşık olarak 5'dir. Bu nedenle, 0.10 g'den daha küçük bir maksimum yatay yer ivmesinin veya 5'den daha küçük bir yerel büyüklüğün söz konusu olduğu yerler için, sıvılaşma analizine gerek yoktur. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 15

16 Yeraltı su seviyesi Sıvılaşma için en elverişli koşullar, yeraltı su seviyesinin yüzeye yakın olduğu zaman ortaya çıkmaktadır. Yeraltı su seviyesi üzerinde yer alan ve suya doygun olmayan zeminlerin sıvılaşması söz konusu değildir. Şu anda yeraltı su seviyesi üzerinde bulunan zeminler, hidrolojik rejim dikkate alındığında, gelecekte büyük olasılıkla doygunluk oluşmayacağını gösteriyorsa, genellikle sıvılaşma potansiyeli için değerlendirilmeye alınmaz. Yeraltı su seviyesinin zaman içinde alçalıp yükseldiği yerlerde, sıvılaşma potansiyeli de paralel şekilde artar ve düşer. Diğer bilgi kaynakları su seviyesinde daha yüksek veya daha düşük bir seviyeyi işaret etmediği sürece, sıvılaşma analizinde geçmişte kaydedilmiş en yüksek yeraltı su seviyesi kullanılmalıdır. Poulos vd. (1985) sıvılaşmanın, boşluklardan havanın kaçışını sınırlayacak kadar hızlı yüklenmiş kuru ve gevşek, çok büyük kum veya silt kütlelerinde de oluşabileceğini belirtmektedir. Kuru ve gevşek kumların böyle hareketinden akıcı kum veya akıcı zemin olarak söz edilir. Bu tip zeminler sıvılaşmış zemin gibi akabilmelerine rağmen, bunlara ait zemin deformasyonları, burada sıvılaşma olarak tanımlanmayacaktır. Doğru olanı, sıvılaşmanın yeraltı su seviyesi altında bulunan zeminler için oluşacağını göz önünde bulundurmaktır. Zemin Tipi Ishihara (1985) sıvılaşmaya en duyarlı zemin türleri için şunu belirtmektedir: "Depremler esnasında zemin sıvılaşması ile ilişkili tehlikenin ince ve orta kum ile düşük plastisiteli ince taneler içeren kum çökellerinde karşılaşıldığı bilinmektedir. Bununla birlikte, sıvılaşmanın zaman zaman çakıllı zeminlerde de oluştuğu durumlar rapor edilmiştir. " Bu durumda, sıvılaşmaya duyarlı zemin türleri; plastik olmayan (kohezyonsuz) zeminlerdir. Kohezyonsuz zeminlerin sıvılaşmaya karşı en az dirençliden en çok dirençliye kadar olan bir sıralaması kabaca; temiz kumlar, plastik olmayan siltli kumlar, plastik olmayan siltler ve çakıllar olarak verilebilir. Bu sıralamanın birçok istisnası olabilir. Örneğin, Ishihara (1985, 1993) madencilik endüstrisinden elde edilen, gerçekte öğütülmüş kayalardan oluşan ve kaya unu olarak sınıflandırılan atıkların durumunu tanımlamıştır. Ishihara (1993) kaya ununun suya doygun halde iken önemli bir kohezyona sahip olmadığını ve temiz bir kum gibi davrandığını belirtmektedir. Bu maden atıklarının sıvılaşmaya karşı direncinin temiz kumdaki kadar düşük olduğu gösterilmiştir. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 16

17 Seed vd. (1983) laboratuvar deneyi ve arazi performansına dayalı olarak, kohezyonlu zeminlerin büyük çoğunluğunun depremler esnasında sıvılaşmayacağını belirtmiştir. Başlangıçta Seed ve Idriss (1982) tarafından açıklanan ve sonradan Youd ve Gilstrap (1999) tarafından pekiştirilen kriterler kullanılarak, ince taneli zeminlerin (plastik siltlerin) sıvılaşması için, aşağıdaki üç kriterin tamamının karşılanması gerekmektedir: mm'den daha ince partiküllerin zemindeki kuru ağırlıkça yüzdesi 15'den daha az olmalıdır (yani, mm'den geçen yüzde <15). Likit limit değeri 35'den küçük olmalıdır (yani, LL<35). Zeminin su muhtevası (w) likit limitin 0.9'undan daha büyük olmalıdır [yani, w>0.9(ll)]. İnce taneli zeminin bu üç kriterin tümünü karşılamadığı durumda, zeminin genellikle sıvılaşmaya duyarlı olmadığı düşünülür. Kohezyonlu zeminde sıvılaşma olmasa da, sismik sarsıntıdan dolayı önemli bir drenajsız kayma direnci kaybı olabilir. Zeminin Relatif Sıkılığı (Dr) Zemini oluşturan tanelerin boyut, biçim ve dağılım gibi özellikleri, zeminin deformasyon özelliğini etkiler. Deformasyon özelliği de aşırı boşluk suyu basıncı oluşumunda etkili olduğundan, sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesinde en önemli faktör zeminin sıkılık oranıdır. Relatif sıkılık oranı aşağıdaki şekilde ifade edilir: BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 17

18 Aşağıdaki Çizelge'de relatif sıkılık değerleri temel alınarak elde edilen zemin sınıflandırması gösterilmiştir. Bu zemin sınıflaması göz önüne alındığında relatif sıkılık değeri %65'den büyük olan zeminlerde sıvılaşmanın oluşmayacağı söylenebilir. Nitekim 1964 Niigata depreminde relatif sıkıfığı %50 olan kumlu zeminlerde sıvılaşma oluşmuş fakat relatif sıkılığı yaklaşık %70 olan bölgelerde sıvılaşma oluşmamıştır (Seed ve Idriss, 1971). Aşağıdaki Çizelge'de ise zeminler, farklı ivme değerlerinde relatif sıkılıkları göz önüne alınarak sıvılaşma riski açısından sınıflandırılmışlardır. İvme değeri arttıkça sıvılaşma riski sınıflamasına giren relatif sıkılık değerleri de artmaktadır (Seed & Idriss, 1971). Arazi çalışmalarından bilindiği kadarıyla, gevşek durumdaki kohezyonsuz zeminler sıvılaşmaya duyarlıdır. Gevşek ve plastik olmayan zeminler, aşırı boşluk suyu basınçlarının gelişmesine neden olan sismik salınım esnasında hacimsel olarak büzülür. Başlangıç sıvılaşmasına erişildiğinde gevşek kumlar için kayma deformasyonunda ani ve anormal bir artış olur. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 18

19 Sıkı kumlarda, başlangıç sıvılaşma durumu, devirsel kayma gerilmesi tersine çevrildiği zaman, kumun hacimsel artış eğiliminde olmasından dolayı, büyük deformasyonlara neden olmaz. Poulos vd. (1985) arazideki zeminde hacimsel artış olduğu gösterilebildiği takdirde, sıvılaşmaya duyarlı olmayacağı için, zeminin sıvılaşma açısından değerlendirilmesine gerek olmadığını belirtmektedir. Esasen, hacimsel artışlı zeminler sıvılaşmaya duyarlı değildir. Çünkü bunların drenajsız kayma direnci, drenajlı kayma direncinden büyüktür. Tane Boyu Dağılımı Üniform derecelenmiş plastik olmayan zeminler, dengesiz tane dizilimi oluşturma eğilimindedirler ve bunların sıvılaşmaya duyarlılığı iyi derecelenmiş zeminlerden daha fazladır. İyi derecelenmiş zeminlerde, büyük taneler arasındaki boşlukları dolduran küçük taneler de vardır. Bu durum, deprem esnasında oluşan aşırı boşluk suyu basıncında daha az artışa neden olmak suretiyle, zeminin potansiyel hacimsel büzülmesini azaltma eğilimindedir. Sıvılaşma yenilmelerinin çoğunun üniform derecelenmiş granüle zeminlerde geliştiğini gösteren arazi kanıtları vardır Zeminlerde sıvılaşabilir granülometri aralığı (Handbook on liquefaction Remediation on Reclaimed Land, 1997) BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 19

20 Yerleştirme ve Çökelme Ortamı Hidrolik dolgular (su altında yerleştirilmiş dolgu), su içinde düşen zemin partikülleri ile oluşturulan gevşek ve dağınık zemin yapısı nedeniyle sıvılaşmaya oldukça duyarlı olma eğilimindedir. Göllerde, nehirlerde veya denizlerde oluşan doğal çökeller, gevşek ve dağınık zemin yapısı oluşturma eğiliminde olup, sıvılaşmaya daha duyarlıdır. Sıvılaşmaya duyarlı zeminler gölsel, alüvyal ve denizel çökelme ortamlarında oluşur. Drenaj Şartları Aşırı boşluk suyu basıncının hızlı sönümlenmesi durumunda zemin sıvılaşmayabilir. Böylece, çok yüksek geçirimli çakıl drenler veya çakıl tabakalara bitişik zeminlerde sıvılaşma potansiyeli azalır. Çevre Basınçları Çevre basıncı ne kadar büyükse, zeminin sıvılaşmaya karşı hassaslığı da o kadar azdır. Daha yüksek çevre basıncı oluşturan koşullar; daha derin bir yeraltı su seviyesi, zemin yüzeyinden oldukça derinde yer alan zemin tabakası ve zemin yüzeyine uygulanmış bir sürşarjdır. Arazi incelemeleri, olası sıvılaşma bölgesinin genellikle zemin yüzeyinden yaklaşık 15 m'lik bir derinliğe indiğini göstermektedir. Daha derinde yer alan zeminler, genellikle daha yüksek çevre basınçlarından dolayı sıvılaşmaz. Bu durum, 15 m'den daha derindeki zeminlerde sıvılaşma analizi yapılmayacağı anlamına gelmez. Birçok durumda, 15 m'den daha derin zeminler için bir sıvılaşma analizi yapmak gerekebilir. Ayrıca, su içine gevşekçe dökülmüş herhangi bir zemin çökeli için bir sıvılaşma analizi yapılmalıdır (yani, kalınlığı 15 m'yi aşsa bile, su içine gevşekçe dökülmüş dolgunun tüm kalınlığı için sıvılaşma analizi yapılmalıdır). Benzer şekilde, alüvyonun hızlıca çökeldiği bir saha için de 15 m'den derin seviyeler için sıvılaşma analizi gerekebilir. Bir sıvılaşma analizinin hangi derinlikte sonlandırılması konusunda büyük tecrübe ve mühendislik yargısı gereklidir. Tane Şekli Zeminin tane şekli de sıvılaşma potansiyelini etkileyebilir. Örneğin, yuvarlak taneli zeminler, köşeli zemin tanelerinden daha kolay sıkışma eğilimindedirler. Dolayısıyla, yuvarlak zemin partikülleri içeren bir zemin, sıvılaşmaya karşı köşeli zemin partikülleri içeren bir zeminden daha duyarlıdır. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 20

21 Yaş ve Çimentolanma Yeni çökelmiş zeminlerin sıvılaşmaya karşı duyarlılığı, eski zemin çökellerinden daha fazladır. Yoshimi vd. (1989), uzun süre çevre basıncına maruz kalan zeminlerin sıvılaşma direncinin, süreyle birlikte arttığını göstermişlerdir. Aşağıdaki Çizelge'de çökellerin jeolojik yaşına göre tahmini bir sıvılaşma duyarlılığı verilmiştir. Sıvılaşma direncinde zamanla meydana gelen artış, deformasyon veya zemin partiküllerinin daha duraylı dizilimde sıkışmasından ileri gelebilir. Tanelerin temasında zaman içinde çimentolaşma gelişimi de olabilir. 21

22 22

23 Tarihsel Ortam Zeminin tarihsel ortamının sıvılaşma potansiyelini etkileyebileceği de belirlenmiştir. Örneğin, daha önce sismik sarsıntıya maruz kalmış eski zemin çökelleri, yeni oluşturulmuş aynı sıkılığa sahip aynı zemin numunesine kıyasla artan bir sıvılaşma direncine sahiptir (Seed vd., 1975). Aşırı konsolidasyon oranında (OCR) ve sükûnetteki zemin yanal basınç katsayısındaki artış da sıvılaşma direncinin artmasına yol açar (Ishihara vd., 1978). Buna örnek olarak, erozyon nedeniyle zeminin üst tabakasının aşınması gösterilebilir. Alttaki zemin ön yüklemeye maruz kaldığından dolayı, aşırı konsolidasyon oranı ve sükûnetteki zemin yanal basınç katsayısı yüksek olacaktır. Ön yüklemeye maruz kalan böyle bir zeminin sıvılaşmaya direnci, ön yüklemeye maruz kalmamış aynı zeminden daha fazla olacaktır. Bina Yükü Bir kum çökeli üstüne ağır bir binanın inşası, zeminin sıvılaşma direncini azaltabilir. Örneğin, zemin yüzeyinde bir radyenin ağır bir binayı desteklediğini varsayalım. Radye altındaki zemin, bina yükünün neden olduğu kayma gerilmelerine maruz kalır. Bina yükünün zeminde neden olduğu bu kayma gerilmeleri zemini sıvılaşmaya karşı daha duyarlı yapabilir. Bunun nedeni; zeminin hacimsel büzülmesi ve dolayısıyla sıvılaşması için gerekli deprem kökenli ilave kayma gerilmesinin daha küçük olmasıdır. Özetle, sıvılaşmaya en çok duyarlı saha koşulları ve zemin türü aşağıdaki gibidir: Saha koşulları: Dışmerkeze veya büyük bir depremin fay yırtılma yerine yakın saha Yeraltı su seviyesinin yer yüzeyine yakın olduğu saha Belirli saha koşulları için sıvılaşmaya en duyarlı zemin türü: Çok gevşek veya gevşek halde, zemin taneleri arasında çimentolaşma olmayan, evvelce ön yüklemeye veya sismik sarsıntıya maruz kalmamış, yakın zamanda çökelmiş, üniform gradasyonlu ve taneleri yuvarlak kumdan oluşan zemin. BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 23