ZEMİN SIVILAŞMASI BAZLI MİKROBÖLGELEME: YALOVA ÖRNEĞİ

Transkript

1 ZEMİN SIVILAŞMASI BAZLI MİKROBÖLGELEME: YALOVA ÖRNEĞİ Halil ZARİF 1 Ferhat ÖZÇEP 2 Şenol ÖZYALIN 3 ÖZET Modern kent / bölge planlamasının amaçlarından en önemlisinin insanlara sağlıklı ve güvenli bir yaşam sağlamak olduğu düşünüldüğünde, deprem hareketinin doğurduğu etkilerle oluşan zemin problemlerinin (büyütme, sıvılaşma ve yamaç duraysızlığı) özelliklerini nicelleştirerek bölgelemede ölçütler oluşturulması kaçınılmazdır. Deprem tehlikelerine karşı güvenlik kavramı iki yönlü bir yapıya sahiptir, birincisi potansiyel yıkıcı dinamik kuvvetlere karşı yapının güvenliği, ikincisi ise büyütme, heyalan ve sıvılaşma gibi olgularla ilişkili olarak yapıyerinin (site) güvenliğidir. Son yıllarda, dünyadaki sismik açıdan aktif bölgelerdeki deprem tehlikelerine karşı yapıyerinin güvenliğinin önemi mühendislerin, şehir plancılarının ve araştırmacıların artan oranda ilgisini çekmektedir. Mikrobölgeleme çalışmalarında, yerel zemin tepkisi, yamaç stabilitesi ve sıvılaşma gibi her bir olgu için üç aşamada birbirini tamamlayan çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada sıvılaşma bazlı mikrobölgeleme çalışmaları Yalova örneğinde irdelenecektir. Bilindiği gibi, zemin sıvılaşması genel olarak suya doygun kumlu zeminlerin tekrarlı yada dinamik etkiler yada yükler karşısında sergilediği davranış biçimidir. Zemin sıvılaşması zemin türünün mukavemet karekteristikleri ile dinamik (deprem) yükü özeliklerine (büyüklük ve ivme) bağlı olarak yapılar için önemli hasarlara neden olmaktadırlar. Zemin sıvılaşması, geçmiş depremlerde, önemli mühendislik yapıları ve konut tipi binaların temelleri için hasarın temel nedenlerinden birini oluşturmuştur ve gelecekteki depremler sırasında bu tip yapılarda önemli etkiye sahip olacaktır. Örneğin, statik etkiler nedeniyle oluşan oturmaların mm lerle ölçüldüğü dikkate alındığında deprem etkisi ile gelişen zemin sıvılaşması nedeniyle (zemin koşulları ve deprem özelliklerine bağlı olarak) gelişen onlarca cm lere varan oturmalar binalar için önemli zararların nedeni olmaktadır. Bu çalışmada Yalovadaki alüvyonal zeminlerin sıvılaşma tehlikesi çağdaş mikrobölgeleme yaklaşımı ile incelenmiştir. Yalova da sıvılaşma davranışı incelirken, proje depremi olarak 6.5, 7.0 ve 7.5 büyüklükleri ile 0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45 ve 0.50 g lik proje ivmeleri kullanarak zeminlerdeki sıvılaşma analizleri yapılmıştır. 1. Giriş ve Mikro Bölgelemenin Kapsamı Kent / Bölge planlaması insanların içinde yaşadığı fiziksel çevrenin formal ya da fonksiyonel amaçlarla düzene sokulması ve bu hedef doğrultusunda yapılan tasarım, kaynak sağlama, donatım, alt yapı ve inşaat çalışmalarının örgütlenmesi olarak tanımlanabilir. Günümüz kent / bölge planlamasının hedeflerinden en önemlisi insanlara sağlıklı ve güvenli bir yaşam sağlamaktır ( Aydemir, 1999). Sherif (1982) tarafından mikro bölgeleme oldukça geniş kapsamlı bir şekilde aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır: Mikrobölgeleme deprem hasarlarını azaltmak için düzenli arazi kullanımını amaçlayan bir işlemdir. Arazilerin bir plan içerisinde düzenli olarak kullanımını gerçekleştirmek için mikrobölgeleme deprem etkisi karşısında jeolojik, jeofizik ve geoteknik faktörleri birleştirerek ekonomik, sosyal ve politik açıdan uyumlu ve kullanılabilir bölgelerin oluşturulması ile ilgilenir. Finn (1991) mikrobölgelemeyi, yerel zemin koşullarını dikkate alarak yapı tasarımı için sismik tehlikelere karşı hesapların geliştirmesini içeren prosedürler olarak tanımlamıştır yılında, Uluslararası Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Birliği (ISSMFE) nin Deprem Geoteknik Mühendisliği Komitesi üyeleri tarafından üç temel olay olan zemin büyütmesi, yamaç duraylılığı ve sıvılaşma için mikrobölgeleme ilkelerinin anlatıldığı bir rehber çalışma yapılmıştır (ISSMFE, 1993). 1 İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Avcılar, İstanbul 2 İstanbul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, Avcılar, İstanbul 3 Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü, İzmir 1130

2 Bölgeleme amaçlı değerlendirmeler; yerel zemin tepkisi (büyütme), yamaç duraylılığı ve sıvılaşma gibi üç tur olgu için yapılmaktadır. Bu üç tür olgunun her biri için, mikrobölgeleme çalışmaları amacıyla üç aşama yada üç kategoride çalışmalar kabul edilmektedir (Özçep ve diğ., 2003b; Ceyhan ve diğ., 2004) Birinci Aşama ya da Birinci Kategori : Genel Bölgeleme Bölgelemenin ilk seviyesi; tarihsel kaynaklardan, yayınlanmış raporlardan, diğer mevcut veri kaynaklarından elde edilen varolan bilginin derlenmesi ve yorumlanmasına dayanmaktadır. Bu yaklaşım; ülke, bölge, kent, kasaba gibi alanları kapsayacak şekilde göreceli olarak en genel ve en düşük maliyette bir yaklaşımdır. Yer hareketlerinin etkilerine dayalı bölgeleme için, aletsel olarak kaydedilmiş depremleri içeren kataloglar kullanılabilir. Bu kataloglar, hemen hemen dünyanın tüm bölgeleri için mevcuttur ve yakın zamanlarda olmuş büyük depremler için lokasyon, magnitüd; odak mekanizması vb. gibi bilgileri içermektedirler. Çeşitli hasar türleri üzerine tarihsel deprem verisi, bir çok alan için mevcuttur ve bu veri tarihsel depremler sırasında sarsıntı şiddetinin alansal dağılımının bir görüntüsünü elde etmede kullanılabilir. Ayrıca geçmiş depremler üzerine bilgi sismik kaynak zonlarının doğru değerlendirilmesini ve gelecek depremlerin sıklığının ve büyüklüğünün kestirilmesinin oluşturulması amacıyla da kullanılabilir. Varolan yer hareketi azalım ilişkileri kullanılarak, yer hareketleri için ilksel haritalar derlenebilir. Varolan jeolojik ve jeomorfolojik haritalar, zeminin yenilme (failure) potansiyelinin değerlendirilmesi için genelde çok önemli bilgi kaynaklarıdır ancak bunlar bir alandan diğerine ayrıntıda ve uygulanabilirlikte oldukça önemli oranda değişmektedir. Böyle haritalar Kuvaterner yaşlı sedimentlerin jeolojik karakteristikleri üzerine yararlı bilgiler sağlamaktadır. Bölgedeki büyük inşaat projeleri için yapılmış zemin araştırma raporları ayrıca jeoloji ve zemin koşulları üzerine kullanışlı bilgi verebilmektedir. Farklı tehlike düzeyleri ile bölgesel jeoloji yada jeomorfolojinin korelasyonu ile; yamaç duraylılığı ve sıvılaşma tehlikesi için haritalar hazırlanabilir. Bölgeleme haritasının kalitesi veri kalitesine önemli oranda bağlı olarak değişmektedir. Bölgelemenin bu seviyesinde haritalama 1: dan 1:50000 ölçeği aralığında yapılır. 1.2 İkinci Aşama ya da İkinci Kategori : Ayrıntılı Bölgeleme Birinci aşama bölgeleme haritasının kalitesi, ek veri kaynakları kullanılarak orta seviyede bir maliyetle oldukça önemli oranda geliştirilebilir. Örneğin, hava fotoğrafları; fay yapılarını ve jeolojik koşulları daha iyi tanımlamada yardımcı olabilir bazı durumlarda, daha eski fotoğraflar, kent gelişiminin öncesinde, lokal jeolojik birimlerin yapısının anlaşılmasında daha yararlı olabilir. Ek saha çalışmaları; lokal yer hareketi büyütmesinin, yamaç duraysızlığı potansiyelinin ve sıvılaşma amacıyla jeolojik birimleri yerinde haritalamak için yapılabilir. Resmi kurumlardan, belediyeler ya da özel şirketlerden elde edilen geoteknik raporları; ek arazi ve laboratuar test verilerini de oluşturabilir. Bölge sakinleri geçmiş depremler sırasında oluşmuş yamaç duraysızlıkları ve sıvılaşma üzerine ayrıntılı tarihsel bilgi sağlayabilir. Mikrotremor ölçümleri ayrıca, yer titreşim özellikleri (yerin hakim periyodu) ya da yer hareketinin büyütme karakteristikleri üzerine daha ayrıntılı bilgi elde etmede kullanılabilir. Bu yaklaşım genelde, makul bir maliyette uygulanabilir ve 1: ile 1:10000 arasındaki ölçeklerde bölgeleme haritasının daha ileri gelişmiş formunun oluşmasına izin verir. 1.3 Üçüncü Aşama ya da Üçüncü Kategori: Çok Ayrıntılı Bölgeleme Çok yüksek ve çok ayrıntılı bir bölgeleme seviyesine (örneğin 1:25000 ile 1:5000 arasında bir ölçekte ) ihtiyaç duyulduğunda, ek yapıyeri (site) araştırma verisine, yani sorun olan zemin/kaya ortamına özel olmak üzere gereksinim duyulacaktır. Böyle araştırmalardan elde edilen bulgular; zemin büyütmesi, yamaç duraysızlığı davranışı ya da sıvılaşma potansiyelinin bilgisayar destekli analiziyle biçimlendirilebilir. Ayrıntılı saha bazlı spesifik bilgiye gereksinim duyulan bu bölgeleme seviyesi genelde pahalıdır. Fakat tehlike potansiyelinin çok yüksek olarak düşünüldüğü ya da varolan / önerilen gelişmenin kritik / yüksek değerleri olduğunun hesaba katıldığı alanlar için bu yatırım düzeyi yapılmalıdır. 2. Zemin Sıvılaşması Bazlı Mikrobölgeleme Zemin sıvılaşması; geçmiş depremlerde zemin yapıları, yaşamsal yapılar ve bina temelleri için hasarın temel bir nedeni olmaktadır ve açıkça gelecekteki depremler sırasında da bu, yapılar için önemli etkiye sahip olacaktır. Bundan dolayı, sıvılaşma için mikrobölgeleme önemli bir amaç olmaktadır. Deprem süresince sismik dalgalar, özellikle kayma dalgaların etkisi ile genellikle drenajsız suya doygun ve gevşek zeminler içinde yayılırken birbirine göre kayma 1131

3 kuvvetleri yaratarak zemin partiküllerinin yerdeğiştirmesine neden olurlar. Bu koşullar altında doygun ve gevşek zemin partikülleri birbirine yakınlaşma eğilimi gösterirler. Bu durumdaki partiküllerin temas noktalarındaki gerilim partikülleri çevreleyen suya iletilir. Deprem süresince sismik dalgalar ani ve çok kısa süreli hareketlere neden olmasından dolayı, partiküller arası suyun drene olması için gereken yeterli süreye olanak tanımamaktadır. Dolayısıyla ortamdan uzaklaşamayan gözenek suyunun basıncı aniden artmaktadır. Gözenek suyundaki bu ani artış, zemin partiküllerini bir arada tutan temas kuvvetlerini yok ederek partikülleri birbirinden uzaklaştırır.böylece zemin dayanımını yitirir. Efektif düşey basıncın sıfır olduğu bu koşullar altında zemin, deprem öncesinde gösterdiği katı zemin davranışı yerine, bir sıvı gibi davranarak suyla birlikte yüzeye doğru hareket eder ve yüzeyden fışkırmaya başlar. Zeminin dinamik yükler sonucunda ortaya koyduğu bu davranış biçimi sıvılaşma olarak tanımlanır. Gerek sıvılaşma teorisi gerekse arazi bazlı sıvılaşma analiz örnekleri ülkemiz ve dünyanın diğer ülkelerinden çeşitli araştırmacıların oldukça yoğun ilgi odağı olmuştur (ör; Uyanık, 2001; Kramer, 1996, Seed ve diğ., 2001; Özçep ve diğ., 2003a; Asçı ve diğ., 2003, 2004, Zarif ve diğ., 2004) Sıvılaşma potansiyeli iki faktöre bağlıdır; titreşimin doğası (şiddet ve süre) ve sıvılaşmaya karşı zemin malzemesinin duyarlılığı. Çeşitli yöntemler, sıvılaşma potansiyelinin kestirilmesinde önerilmektedir. Bu bölümde, bu yöntemler mikrobölgeleme konsepti içinde birinci, ikinci ve üçüncü aşama çalışmaları olarak verilecektir Birinci Aşama Yöntemleri Yer hareketi ve yamaç duraylılığı için yapılan mikrobölgeleme yaklaşımlarında olduğu gibi, sıvılaşma değerlendirmeleri için de birinci aşama yöntemleri, standart yayınlanmış kaynaklardan daha önce yayınlanmış varolan verilere dayanmaktadır. Bu amaçla aşağıdaki prosedürler uygulanmaktadır. (1) Sıvılaşmaya Uygun Alanın Maksimum Genişliğinin Değerlendirilmesi a)magnitüd- Maksimum Uzaklık Kriteri Bir alanda deprem aktivitesi tarihsel verilerden biliniyorsa, sıvılaşmaya uygun alanın maksimum genişliği öngörülen depremin büyüklüğünden direkt olarak kestirilebilir. Çeşitli araştırmacılar, geçmiş depremler sırasında sıvılaşmanın dağılımını analiz etmişler ve deprem magnitudü M ile, episantrdan en uzak sıvılaşmış alana uzaklık R yi karşılaştırmışlardır. Örneğin; Kuribayashi ve Tatsvoka (1975), 32 tarihsel Japon depremi için, km olarak sıvılaşmış alan için en uzak episantral uzaklık R ile magnitüd arasında aşağıdaki ilişkiyi bulmuştur: Log R= 0.77 M j 3.6 (1) Burada M j, Japon Meteoroloji Ajansı nın magnitüd ölçeği ile tanımlanan deprem magnitüdüdür. Liu ve Xie (1984), Çin in sıvılaşma verisine dayalı ortalama bir sınır geliştirmiştir: R = (M L -5) (2) Burada M L, Richter (1935) tarafından tanımlanan deprem magnitüdü ve R ise km olarak sıvılaşma alanına en uzak episantral mesafedir. Ambraseys (1988) moment magnitüd için; M W = *10-3 Re log Re (3) bağıntısını geliştirmiştir. Burada Re, km olarak en uzak episantral uzaklıktır. Burada tanımlanan ilişkiler Şekil 1 de episantral uzaklık ( R ) ye bağlı olarak çizilmiştir. Ayrıca Fay uzaklığı Rf (km)ye bağlı olarak magnitüdün değişimi Şekil 2 de verilmiştir. Şiddet Kriteri Sıvılaşmaya uygun alanın maksimum genişliği ayrıca sismik şiddete dayalı olarak da yapılabilir. Kuribayashi ve Tatsvoka (1975) ve Wakamatsu(1993) geçmişteki sıvılaşmış alanlardaki sismik şiddetleri analiz etmiş ve göstermiştir ki sıvılaşma genellikle, Japon Meteoroloji Ajansının (JMA) şiddet ölçeği V i (yada M.Mercalli ölçeğinde VIII i) aşan bir şiddet değerine ulaşan bir sismik sarsıntıyla tetiklenebilir. Bununla birlikte, birkaç sıvılaşma olgusu JMA nın V şiddet değerinin altında da oluşmaktadır. 1132

4 Şekil 1. Ms YüzeyDalgası Magnitüdünün En Uzak Sıvılaşmış Alanlara Episantral Uzaklık (R) ye Bağlı Olarak Değişimi (ISSMFE, 1993). Şekil 2. Ms Yüzey Dalgası Magnitüdünün Fay Düzleminin En Uzak Sıvılaşmış Alanlara Uzaklığı (Rf) ye Bağlı Olarak Değişimi (ISSMFE, 1993). 1133

5 (2) Varolan Veriye Dayalı Sıvılaşmanın Kestirilmesi Mikrobölgeleme bazlı sıvılaşmanın belirlenmesi amacıyla varolan veriye bağlı olarak; a) Jeolojik ve Jeomorfolojik Kriterler b) Sıvılaşma Ağırlık İndeksi (LSI) araştırılmaktadır (Kurubayashi ve Tatsuoke, 1975; Wakamatsu, 1993; Iwasaki ve diğ., 1982; Youd ve Perkins, 1987). 2.2 İkinci Aşama Yöntemleri Sıvılaşma amacıyla mikrobölgeleme yapmak için ikinci aşama yaklaşımları, resmi ve özel kaynaklardan elde edilen mevcut fakat yayınlanmamış verileri değerlendirdiği için birinci aşama çalışmalarında farklılık arz etmektedir. Jeoloji ve/veya jeomorfolojik kriterler ile geoteknik özellikler arasında tekil bir ilişkinin olmaması nedeniyle, birinci aşama kriterlerine dayanan duyarlılık haritaları genel olarak arazi bazlı değerlendirmeler için tanımlayıcı bilgi sağlayamazlar. Mevcut olan diğer veriler şunlardır (Youd ve Perkins, 1978; Wakamatsu, 1993; Oya ve diğ., 1982; Katodo ve diğ., 1988): Ayrıntılı jeomorfolojik ve jeolojik birimleri tanımlayan hava fotoğraflarının yorumu Sıvılaşmaya müsait birimlerin sınıflandırılmasına yönelik saha çalışmaları Su baskını ve sediment birikim zonlarını işaret eden temel su baskını olgularından kısa bir süre sonra çekilmiş hava fotoğraflarının analizi Geçmiş depremler sırasında sıvılaşma oluşumları üzerine tarihsel bilgi sağlayacak şekilde yöre insanları ile yapılan mülakatlar. 2.3 Üçüncü Aşama Çalışmaları Üçüncü aşama çalışmaları ek olarak ayrıntılı zemin/saha bazlı veriye ve analizine ihtiyaç gösterir. Bu da yeni zemin araştırmalarını ve testlerini gerektirmektedir. Bununla birlikte, sıvılaşma değerlendirmeleri için üçüncü aşama yöntemleri genellikle yeni özel yeraltı araştırmalarını ve arazi ile laboratuar testlerinin önemli ölçüde daha büyük bir maliyette yapılmasını kapsamaktadır. Saha bazlı sıvılaşma analizinde önemli yaklaşımlardan biri devirsel kayma gerilmesi yaklaşımıdır Devirsel Kayma Gerilmesi Yaklaşımı Sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesine yönelik üçüncü aşama çalışmaları aşağıdaki aşamalardan oluşmaktadır: a) Zeminin sıvılaşma direncinin yada duyarlılığının kestirilmesi (CRR, Cyclic Resistance Ratio) b) Bir deprem sırasında zeminde tetiklenmesi muhtemel olan maksimum ya da eşdeğer devirsel kayma gerilmesinin kestirilmesi (CSR, Cyclic Stress Ratio) c)zeminin sıvılaşma potansiyelinin yada güvenlik katsayısının (GK) belirlenmesi Zeminin sıvılaşma direnci, bozulmamış örnekler üzerinde laboratuar testleri ve yerinde (in-situ) yapılan testler kullanılarak kestirilebilir. Pratikte, yerinde (in-situ) test prosedürü çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Laboratuar testleri, doğru biçimde bozulmamış örnekler almanın zorluğu ve ölçümlerin maliyeti nedeniyle sorunlu ve masraflı olabilmektedir. Mevcut yerinde yapılan testlerden, standart penetrasyon testi (SPT) ve konik penetrasyon testi (CPT) zeminin sıvılaşma direncinin değerlendirmesi için çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Son zamanlarda zeminde yapılan Jeofizik S dalga hız ölçüm değerleri de bu değerlendirmede kullanılmaktadır (Dobry ve diğ., 1981, Kayen ve diğ., 1992; Stokoe ve diğ., 1988; Tokimatsu, 1991, Andrus ve diğ., 1999; Andrus ve Stokoe, 1996, 1997; 1999, Andrus ve diğ., 1999) SPT den elde edilen verileri kullanarak yapılan değerlendirme teknikleri Seed ve Idriss (1971), Seed ve diğ. (1985), Iwasaki ve diğ. (1982) ve Iai ve diğ. (1989) tarafından geliştirilmiştir. CPT kullanılarak, Seed ve De Alba (1986), Ishiara (1985), Shibata ve Teparaksa (1988) tarafından yöntemler geliştirilmiştir. İlk olarak sıvılaşma eğilimi olan zeminlerde sıvılaşmaya neden olacak depremin devirsel (cyclic) kayma gerilmesi hesaplanır. Youd ve Idriss (1997) tarafından önerilen yaklaşımda, zemin kesitinde bir deprem nedeniyle oluşacak devirsel kayma gerilmesi oranı : 1134

6 CSR (cyclic stress ratio) = 0.65 (a max /g) (σ o / σ o ) r d (4) bağıntısı ile hesaplanabilmektedir. Bu bağıntıda (a max /g) yüzeyde oluşan en büyük yatay ivme değerini (g) cinsinden, (σ o ) incelenen derinlikteki toplam düşey gerilmeyi (overburden stress) ve (σ o ) ise efektif düşey gerilmeyi göstermektedir. (r d ) katsayısı ise derinlikle meydana gelen kayma gerilmesi azalmasını gösteren bir düzeltme katsayısı olmaktadır. Bu katsayı üst 9.15 m için (r d = z) ve 9.15m ile 23m derinlikler arasında ise (r d = z) bağıntıları kullanılarak hesaplanabilir. Burada z metre cinsinden derinlikleri göstermektedir. Bu kayma gerilmesi oranına ayrıca tasarım depremi magnitüdüne göre bir MSF (Magnitud Scaling Factor) düzeltmesi yapılması gerekir. İkinci aşamada ise, zemin tabakalarının sıvılaşmaya karşı gösterdiği dayanım/direnç Standard Penetrasyon deneyinde bulunan SPT-N darbe sayısına yada kayma dalgası (S) hızına göre hazırlanmış amprik bağıntılardan/grafiklerden hesaplanabilmekte yada belirlenebilmektedir (Şekil 3 ve Şekil 4). Bu hesaplarda N darbe sayısında enerji, derinlik ve ince dane yüzdesine göre düzeltmeler yapılmakta ve hesaplanan bu değere karşı gelen zeminin devirsel direnç oranı yada zeminin sıvılaşma direnci (CRR (cyclic resistance ratio) ) bir gerilme oranı cinsinden belirlenebilmektedir. Sıvılaşmaya karşı güvenlik katsayısı (GK) aşağıdaki biçimde GK sıv = CRR(zemin) / CSR(deprem) (5) belirlenmektedir. Ayrıca CPT deneylerinden bulunan uç mukavemeti ve sürtünme oranlarına bağlı olarak sıvılaşma olasılıkları değerlendirilebilmektedir. Bu değerlendirmede zemin kesitinde tasarım depremi sırasında oluşacak kayma gerilmesi oranı (4) numaralı bağıntı kullanılarak hesaplanır. Zemin tabakalarının sıvılaşmaya karşı direnci ise CPT deneyinde bulunan (q c ) uç mukavemetinin düşey gerilmeye ve ince dane oranına göre düzeltilmesi gerekmektedir. Bu düzeltmeler yapıldıktan sonra sıvılaşmaya karşı dayanım, kayma gerilmesi oranı cinsinden (CRR) deney sırasında ölçülen sürtünme oranı da esas alınarak Youd ve Idriss (1997) tarafından hazırlanan yararlanarak hesaplanabilir. Sonuç olarak Çizelge 1 de güvenlik faktörüne göre risk seviyeleri tanımlanmıştır Çizelge 1. Güvenlik Katsayısına Göre Sıvılaşma Risk Seviyeleri GK Risk Seviyesi >1,2 Risk Yok 0,8 <GK < 1,2 Kritik Risk 0,8 < Yüksek Risk Sıvılaşmanın Etkilerinin Değerlendirilmesi Mühendislik amaçları için, sıvılaşma oluşumunun kendisi değil yer ya da yakınındaki yapılara verdiği zarara yönelik sonuçlarının kestirilmesi önemli olmaktadır. Burada, arazi bazlı incelemelerden elde edilen verilere dayalı olarak sıvılaşmanın etkilerini tanımlamak için yaklaşımlar ortaya konulmuştur. Bunlardan biri Iwasaki ve diğ. (1982) tarafından sıvılaşma Potansiyeli indeksi P L adında bir faktörün ortaya konmasıyla herhangi bir alanda olası sıvılaşmanın ağırlığını nicelleştirmiştir. P L aşağıdaki gibi tanımlanabilir. P L = 20 0 F( Z) W ( Z) d z Burada Z yer yüzeyinden aşağıya doğru metre olarak derinlik, F(Z) sıvılaşma direnci faktörü Gk nin bir fonksiyonudur. Burada F(Z) = 1- Gk dir. Fakat Gk>1.0 ise; F(Z) =0 ve W(Z) = Z dir. 1135

7 Şekil 3. Büyüklüğü 7,5 Deprem için Temiz ve Siltli Kumlar için SPT (N)60 - CSR Abağı (Youd ve Diğ., 2001) Şekil 4. Büyüklüğü 7,5 Deprem İçin Temiz ve Siltli Kumlar için Düzeltilmiş Vs - CSR Abağı (Andrus ve Stokoe, 1999) 1136

8 Yukardaki denklem, P L değerlerinin 0 dan 100 arası değişimi vermektedir. Çizelge 2 de PL değerine göre sıvılaşma olasılıkları verilmiştir. Çizelge 2. Mikrobölgeleme için Sıvılaşma Kriterleri Olasılık Değerleri Simge Değer Aralığı Yüksek Olasılık A L PL > 15 Orta Olasılık B L 5<=PL<=15 Düşük Olasılık C L PL < 5 3. YALOVA UYGULAMALARI Yalova da açılmış olan 216 zemin araştırma sondajından elde edilen SPT(N) değeri ve bu sondajlardan elde edilen yeraltısuyu verileri ile laboratuar deneyi amaçlı alınan örneklerden elde edilen birim hacim ağrılık verileri ve ince oranları verileri bu çalışmada kullanılmak üzere hazırlanmıştır. Yalova nın sıvılaşma tehlikesinde deprem ivmesi ve büyüklüğünün etkileri araştırılırken opsiyonlu olarak çeşitli ivme ve büyüklük değeri proje/tasarım değeri olarak seçilmiştir. Sıvılaşma davranışı incelirken, 6.5, 7.0 ve 7.5 büyüklüğünde depremler ile 0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45 ve 0.50 ivmeleri kullanarak depremin devirsel kayma gerilmesi oranları, CSR değerleri (1) denklemi uyarınca belirlenmiştir. Zemininin sıvılaşmaya direncini simgeleyen parametre olan zeminin devirsel kayma mukavemeti yada devirsel direnç oranı (CRR) Şekil 3 de verilen abağın sayısal hale dönüştürülmesi ile elde edilmiştir. Arazide elde edilen SPT(N) değerleri çeşitli düzeltmeler ile (efektif gerilme düzeltmesi, enerji oranı düzeltmesi, kuyu çapı, numune alma yöntemi ve tij boyu düzeltmesi) N1(60) değerine dönüştürülmüştür. N1(60) değeri kullanılarak numunenin ince tane oranına göre ilgili eğri ile CRR değeri belirlenmiştir. Bu abaklar 7,5 depremi için hazırlanmış olup bunun dışında kullanılan proje depremi büyüklükleri için ilgili düzeltme MSF yapılmıştır. Bu işlemler 0-15 metre için sıvılaşmaya müsait tüm uygun örnekler ve ortamlar için tüm sondaj değerleri için yapılmıştır. Sonuç olarak her sıvılaşabilir zemin için sondaj derinliğine bağlı olarak GK (güvenlik katsayısı) (2) nolu denklem kullanılarak belirlenmiştir. Derinliğe bağlı değişen güvenlik katsayısı her bir sondaj noktası için incelenmiş, o ortamı temsil edeceğine karar verilen bir GK değeri o nokta için atanmıştır. Sonuçta tüm bölgede her sıvılaşabilir nokta için atanan GK değeri çeşitli tasarım ivme ve büyüklük değeri için haritalar Çizelge 1 deki ölçüte uygun olarak üç farklı risk seviyesine temsil edecek biçimde hazırlanmıştır. Bu haritalardan mikrobölgeleme için kriter oluşturan temel bir harita örnek olarak Şekil 5 da verilmiştir. Ms : 7,5 a: 0,50 M ARMARA DENÝZÝ YALO VA Va pur Ýsekelesi ÝDO Ýskelesi Ýzm it e G özte pe 76 m Atatürk D. Ü. Ç iftliði Qal Ku va terne r AÇ IKLAMALAR Qal Alüvyon Ty Sa m anlý Te rm a l e Te rm a l Qal Sel im a nd ýra D. Tk Kamerbaba T m 36 Ba b a T 133 m Ty Qal E y re k D. Ka ra T. 102 m Bursa Bala b an D. Tk Çiftlik T. 84 m K ör D. Qal Ka ra ka þ T 113 m Te rs iy e r Ty Tk Yüksek Risk Kritik Risk Risk Yok Ya la kd e re Fo rm a s yo nu Kýlýnç Formasyonu 1000 m m. 500 Şekil Büyüklüğü ve 0.5g lik Tasarım Deprem Büyüklüğü ve İvmesi için Bölgenin Sıvılaşma Tehlike Haritası 1137

9 4. Sonuçlar Yalova merkezinde açılmış olan 216 zemin araştırma sondajı ile Yalova nın sıvılaşma riski değerlendirmesi çalışması yapılmıştır. Sondajlarda yapılan SPT den elde edilen verileri kullanarak yapılan değerlendirme teknikleri ile Yalova da sıvılaşma davranışı incelirken, 6.5, 7.0 ve 7.5 büyüklüğünde depremler ile 0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45 ve 0.50 ivmeleri kullanarak zeminlerdeki sıvılaşma analizleri yapılmıştır. Özellikle 7.0 büyüklüğü ve 0.30g.lik ivme değerlerinin aşılması durumunda, kıyı kesiminin büyük kısmı sıvılaşma tehlikesi yüksek alanlar olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, mikrobölgeleme için kriter oluşturan temel bir harita örnek olarak hazırlanmıştır. 5. KAYNAKLAR 1. ASÇI, M., ÖZÇEP, F., ALPASLAN, N., KARABULUT, S., YAS, T., 2003, Evaluation of Liquefaction Potantial by different approaches in some points of Northern part of Golcuk, Turkey, The 3 rd International Conference on Earth Sciences and Electronics, Proceedings, ed. By O.N.Uçan and A. M. Albora, pp , October, Istanbul, Turkey. 2. AŞÇI, M., ÖZÇEP, F., ERHAN, A., YAS, T., ALPASLAN, N., 2004, İzmit-Saraybahçe Zeminlerin Sıvılaşma Potansiyeli; 16. Uluslararası Jeofizik Kongresi; Ankara. 3. ANDRUS, R. D.; STOKOE, K. H., II; CHUNG, R. M. 1999, Draft Guidelines for Evaluating Liquefaction Resistance Using Shear Wave Velocity Measurements and Simplified Procedures. NISTIR 6277; 134 p. 4. ANDRUS, R. D.; STOKOE, K. H., II, 1999, Liquefaction Evaluation Procedure Based on Shear Wave Velocity, in Wind and Seismic Effects. U.S./Japan Natural Resources Development Program (UJNR). Joint Meeting, 31 st. Technical Memorandum of PWRI Proceedings. May 11-14, 1999, Tsukuba, Japan, pp. 5. ANDRUS, R. D.; STOKOE, K. H., II, 1997, Liquefaction Resistance Based on Shear Wave Velocity, in Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils. National Center for Earthquake Engineering Research (NCEER) Workshop. Proceedings. January 5-6, 1996, Salt Lake, UT, Youd, T. L.; Idriss, I. M., Editors, pp. 6. ANDRUS, R. D.; STOKOE, K. H., II, 1996, Preliminary Guidelines for Liquefaction Assessment Using Shear Wave Velocity, U.S./Japan Natural Resources Development Program (UJNR). Wind and Seismic Effects. Joint Meeting of the U.S./Japan Cooperative Program in Natural Resources Panel on Wind and Seismic Effects, 28 th. May 14-17, 1996, Gaithersburg, MD, Raufaste, N. J., Jr., Editor, pp. 7. AYDEMİR, S.E., 1999, Türkiye de İmar Kurumu, Kentsel Alanların Planlanması ve Tasarımı Kitabında, (Ş.Aydemir, S.E. Aydemir, N.Ökten, A.M. Öksüz, C.Sancar, M.Özyaba), Karadeniz Teknik Üniveristesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Ders Notları, No: 54, Trabzon. 8. CEYHAN, U. KARABULUT, S, ÖZÇEP, F., GÜNDOĞDU, O., 2004, Kayma Dalgası Hızı Kullanılarak Mikrobölgeleme Çalışmaları: Büyükçekmece ( İstanbul) Bölgesi; 16. Uluslararası Jeofizik Kongresi; Ankara. 9. DOBRY, R., STOKE, K.H., LAND, R.S., YOUD, T.L., 1981, Liquefaction for S wave, Preprint , ASCE National Convention, St Lois, Missouri. 10. FINN, W.D.L, Geotechnical Engineering Aspect of Microzonation, Proc. Fourth Intern l. Conf. On Seismic Zonation, Vol.1, pp ISSMFE, 1993, Manual for Zonation on Seismic Geotechnical Hazards, published by Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Enginering. 12. IWASAKI, T. TOKIDA, K. TATSUOKA, F. WATANABE, S. YASUDA, S. AND SATO, H, Microzonation for Soil Liquefaction Potential Using Simplified Methods, Proc., 3 rd Int. Conf. on Microzonation, Seattle, Vol.3, pp IAI, S., TSUCHIDA, H. KOIZUMI, K, A Liquefaction Criterion Based on Field Performance around Seismograph Stations, Soils and Foundations, Vol.29, No.2, pp ISHIHARA, K, Stability of Natural Deposits during Earthquakes, Proc., 11 th Int. Conf on Soil Mechanics and Foundation Engineering, San Francisco, Vol.1, pp KATODA, K. WAKAMATSU, K. AND OYA. M, Mapping Liquefaction Potential Based on Geomorphological Land Classification, Proc., 9 th World Conf. Earthquake Engineering, Tokyo, Vol, Vol.3, pp KAYEN, R.E., MITCHEL, J.K., SEED, R.B., LODGE, A., NISHIO, S., COTINHO,R., 1992, Evaluation of SPT- CPT and Shear wave based method for liquefaction potantial assesmentusing Loma Prieta data, Proceedings, 4 th US 1138

10 - Japon Workshop on Earthquake Resistant design of lifeline facilities and countermeasures for Soil Liquefaction, Vol.1, pp KRAMER, S.L., 1996, Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall, USA 18. KURIBAYASHI, E. AND TATSUOKA, F, Brief Review of Soil Liquefaction During Earthquakes in Japan, Soils and Foundations, Vol,.15, No.4, pp SEED, H.B. IDRIS, I.M., Simplified Procedure for Evaluating Soil Liquefaction Potential, J.SFMD, ASCE, Vol.97, No.9, pp SEED, H.B. TOKIMATSU, K. HARDER, L.F. AND CHUNG, R.M, Influence of SPT Procedures in Soil Liquefaction Resistance Evaluation, J. GED, ASCE, Vol. 111, No.12, pp SEED, H.B., DE ALBA, P, Use of SPT and CPT Tests for Evaluating Soil Liquefaction Resistance of Sands, Proc., In Situ 86, ASCE, PP SEED, H. B. CETİN, K. O. MOSS, R. E. S., 2001, Recent Advances in Soil Liquefaction Engineering and Seismic Site Response Evaluation, Proceedings: Fourth International Conference On Recent Advances In Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics and Symposium In Honor Of Professor W.D. Liam Finn San Diego, California, March SHIBATA, T., TEPARAKSA, W, Evaluation of Liquefaction Potential of Soils Using Cone Penetration Tests, Soils and Foundations, Vol.28, No.2,pp STOKOE, K.H., ROESET, J.M., BIERSCHWALLE, J.G., AOUAD, M., 1988, Liquefaction potantial of sands from shear wave velocity, Proceedings, 9 nd World Conference on Earthquake, Vol.13 pp OYA, M. KOTODA, K. WAKAMATSU, K., KUBO,S, Geomorphological Land Classification Map of the Shonai Plain Illustrating Features of Flooding and Soil Liquefaction Sakata Work Office, Ministry of Construction, Japan. 26. ÖZÇEP, F., AŞÇI, M., KARABULUT, S., ALPASLAN, N., YAS, T., 2003a, Zeminlerin Sıvılaşma Potansiyelinin Farklı Yöntemlerle Değerlendirilmesi, Uygulamalı Yerbilimleri, Cilt:3, Sayı:2, Sayfa: ÖZÇEP, F., KARABULUT, S., ALPASLAN, N., CEYHAN, U., GÜNDOĞDU, O., 2003b, Deprem Zararlarının Azaltılması için Kent / Bölge Planlama Sürecinde Mikrobölgeleme Çalışmaları, Kocaeli 2003 Deprem Sempozyumu, Bildiri Özetleri Kitabı, Sayfa: 134, Kocaeli Üniversitesi, Mart 2003, Kocaeli. 28. SHERIF, M.A., 1982, Introductory Statement of 3 th International Earthquake Microzonation Proceedindgs, June 28-July1, Seattle, USA. 29. TOKIMATSU, K., KUWAYAMA, S., TAMURA, S., 1991, Liquefaction Potantial evaluation based on Rayleigh wave investigation and its comparesion with field behaviour, Proceedings, 2 nd International Conference on Recent Advenced Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics, Vol.1, PP UYANIK, O., 2002, Kayma Dalgası Hızına bağlı Potansiyel Sıvılaşma Analizi, Doktora Tezi, Dokuz Eykül Ünivesitesi, Jeofizik Müh. Böl., İzmir. 31. WAKAMATSU, K History of Soil Liquefaction in Japan and Assessment of Liquefaction Potential Based on Geomorphology, A. Thesis in the Department of Architecture Presented in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Engineering, Waseda Univ. Tokyo, Japan, 245pp. 32. YOUD, T.L., PERKINS, D.M., Mapping of Liquefaction Induced Ground Failure Potential, J. GED, ASCE, Vol. 104, No.4, pp YOUD, T.L. VE IDRISS, I.M., 1997, Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils, Proceedings of the NCEER Workshop, Technical Report NCEER , National Center for Earthquake Engineering Research. 34. YOUD VE DİĞ., 2001, Liquefaction resistance of soils : summary report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF workshops on evaluation of Liquefaction resistance of soils, Journal of Geotech. Eng., ASCE, 127, 10: ZARİF, İ.H., ÖZÇEP, F., SEYYAR, T., 2004, Yalova daki Alüvyon Zeminlerin Sıvılaşma Tehlike Analizi, Türkiye, 16. Uluslararası Jeofizik Kongresi; Ankara. 1139