SIVILAŞMA VE TAŞIMA GÜCÜ KAYBI SONUCU OLUŞAN OTURMALARI KAPSAYAN VAKA ANALİZİ

Transkript

1 Altıncı Ulusal Deprem Mühendisliği Konferansı, Ekim 2007, İstanbul Sixth National Conference on Earthquake Engineering, October 2007, Istanbul, Turkey SIVILAŞMA VE TAŞIMA GÜCÜ KAYBI SONUCU OLUŞAN OTURMALARI KAPSAYAN VAKA ANALİZİ A CASE STUDY ON THE GROUND SETTLEMENTS DUE TO LIQUEFACTION AND BEARING CAPACITY FAILURES Z. Nil1TAYLAN 1 Hüsnü2UYSAL 2 M. Ayşen3LAV 3 Ayfer4ERKEN 4 ÖZET 17 Ağustos 1999 tarihinde merkez üssü Kocaeli nin Gölcük ilçesi olan M w = 7.4 büyüklüğündeki depremden etkilenen bazı bölgelerde sıvılaşma ve taşıma gücü kayıpları meydana gelmiştir. Özellikle Adapazarı ve çevresindeki birçok yapıda, ileri derecede oturma, dönme, ötelenme ve göçme gözlenmiştir. Bu çalışma kapsamında, belirtilen yapı hasarlarına örnek teşkil edecek şekilde vaka analizi gerçekleştirilmiştir. Deprem odak noktasına yaklaşık 35 km mesafedeki Adapazarı na bağlı Erenler Bölgesi içerisinde ele alınan konut alanındaki mevcut zemin koşullarının deprem yükü altındaki dinamik davranışları incelenmiştir. Bölgede yapılmış olan arazi deneyleri ve sondajlar kullanılarak yerel zemin koşulları belirlenmiş ve ciddi hasarların kaynağı olduğu bilinen sıvılaşma etkisi analizlerle ortaya konmuştur. Kum ve kum benzeri davranış gösteren zeminlerde sıvılaşma sonucu ortaya çıkan yapı-temel sisteminde meydana gelen deformasyonların belirlenmesinde Ishihara veyoshimine (1992) tarafından geliştirilen ampirik yaklaşım kullanılmıştır. Diğer yandan kil ve benzer özellik gösteren zeminlerde ise dinamik yüklerle ve oluşan sınırlı boşluk suyu basıncı oluşumu ile ilişkili olarak taşıma gücünde oluşacak azalma miktarları belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar kendi içlerinde, yapılan çalışmalarla ve deprem sonrası gözlenen gerçek değerlerle karşılaştırılarak bölgedeki zemine ait sıvılaşma potansiyeli ve taşıma gücü problemleri açıklanmıştır. Anahtar Kelimeler: Sıvılaşma, taşıma gücü kaybı, oturma ABSTRACT Liquefaction and bearing capacity failures have occured in most of the effected regions during the 1999 Kocaeli earthquake (M w =7.4) that has the epicenter located in Gölcük. Adapazarı was one of those seriously effected sites. In the center and the neigbouring areas, most of the structures have been damaged significantly with excessive settlements. Within the scope of this study, a case study was given to investigate and examplify the ground settlement problem occured after the earthquake. A residential area located in Erenler in Adapazarı approximately 35km away from the epicenter was choosen to study dynamic behaviour of local soils under the earthquake loading. Borehole data and in-situ test results were used to be able to build up the local soil profile. Thereby, liquefaction potential is evaluated by performing analyses. Ground settlements due to liquefaction have been calculated depending on the empirical equation by Ishihara and Yoshimine (1992) for sandy like soils. On the other hand, reduction in bearing capacity, has been determined for clay like soils, related to limited pore water pressure generation due to dynamic loading. The results obtained have been compared with other related studies and with field observations to support the accuracy. Keywords: Liquefaction, bearing capacity failure, settlement 1 Araş. Gör., İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, taylanz@itu.edu.tr 2 İnş. Yük. Müh., İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, husnu_uysal@yahoo.com 3 Doç. Dr., İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, aysen.lav@itu.edu.tr 4 Doç. Dr., İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, erken@itu.edu.tr 471

2 472 Sıvılaşma ve Taşıma Gücü Kaybı Sonucu Oluşan Oturmaları Kapsayan Vaka Analizi GİRİŞ 1999 Kocaeli Depremi, büyüklüğü (M w =7.4) nedeni ile meydana getirdiği ciddi yapısal hasarlar ve bunların neden olduğu can ve mal kayıpları ile dünyadaki önemli depremler arasında yerini almıştır. Gölcük merkezli Kocaeli depreminde en büyük hasara uğrayan ve önemli nüfus yoğunluğuna sahip illerden birisi Adapazarı dır. Adapazarı, Sakarya Havzası içerisinde büyük kesimi ovaya kurulmuş bir yerleşim merkezidir. Sakarya Nehri nin taşıdığı alüvyon malzemeler, bölgenin hakim zemin formasyonunu oluşturmuştur. Bölgede yüzeyden başlayarak yer yer kum veya kil ile düşük plastisiteli silt ardalanmalı bir zemin profili gözlemlenebilmektedir. Dinamik yükler altında kum ve kum benzeri davranış gösteren düşük plastisiteli siltlerde sıvılaşma, bunun yanısıra kil ve kil benzeri davranış gösteren yumuşak plastik siltlerde taşıma gücü kayıpları meydana geleceği bilinmektedir. Adapazarı örneğinde de tariflenen zemin özellikleri, anakayanın derinde bulunması ve bölgenin faya yakın yeralmasından dolayı sismik yük altında benzeri ve beklenen davranışları göstermiştir. Bunun sonucunda zeminden kaynaklanan yapısal hasarlarda sıvılaşma sonucu aşırı oturmalar, çatlaklar, dönmeler, taşıma gücü kayıpları ve toptan göçmeler meydana gelmiştir. Bu çalışmada Adapazarı merkeze yakın Erenler Bölgesi nde tanımlanan sıvılaşma ve taşıma gücü kaybı problemleri ile bunlara bağlı oturmalar incelenecektir. İlk aşamada, öncelikle suya doygun kum ve düşük plastisiteli siltli zeminlerde sıvılaşma analizi yapılacak ve sonucunda meydana gelmiş oturmalar ampirik yöntemler kullanılarak hesaplanacaktır. Sıvılaşma analizine ait temel literatür bilgileri kısaca özetlenecek ve her aşamanın yapılan vaka analizi ile bağlantısı belirtilecektir. İkinci aşamada, yapılardaki aşırı oturmaların bir diğer kaynağı olan plastik siltler ve killer taşıma gücü kaybı bakımından değerlendirilecek ve buna ilişkin sonuçlar sunulacaktır. BÖLGESEL ZEMİN ÖZELLİKLERİ Çalışmada incelenecek arazi, Erenler Belediyesi sınırları içerisinde depremde hasar görmüş bir toplu konut alanıdır. İnceleme alanında 5 katlı 7 farklı blok bulunmaktadır. Bölge Adapazarı merkeze yakın olup doğu tarafında Sakarya Nehri bulunmaktadır. Toplu konut alanı içerisindeki binalarda deprem sonrasında görülen oturmaların incelenmesi ve zemin profilini ortaya koyabilmek amacı ile bölgede açılmış olan sondajlardan yararlanılmıştır. Konut alanın konumu, krokisi, bina yerleşimleri ve sondaj kuyularının (SK) yerleri Şekil 1 de verilmiştir. Şekil 1. İnceleme alanı ve sondaj vaziyet planı

3 Z.N.Taylan H.Uysal M.A.Lav A.Erken 473 Şekil 1 de verilen beş farklı sondaj kuyusunda gerçekleştirilen SPT deney sonuçlarından yararlanılarak bölgeye ait zemin kesitleri elde edilmiştir. Arazi SPT deney sonuçları (N ar ), jeolojik yük, enerji, tij boyu, sondaj kuyusu çapı, numune alıcı tipi ve son olarak yeraltı suyu düzeltmeleri kullanılarak (N 1 ) 60 düzeltilmiş SPT değerleri elde edilmiştir. SK1, SK2, SK3, SK4 sondaj kuyularına ait SPT değerleri 20m derinliğe kadar mevcuttur. SK5 kuyusu için ise bu değer 10m dir. 10 ve 20m den daha derin zemin tabakalarının dinamik davranışa etkisinin de yaklaşık olarak dikkate alınabilmesi için inceleme alanına yakın 30m derinlikteki sondaj kuyusunun verileri kullanılarak tüm beş ayrı sondaj bu derinliğe kadar tamamlanmıştır. Bölgedeki zemin şartları genel olarak metre derinlikte kum tabakası bunu takip eden düşük plastisiteli silt, siltli kum, devamında kil veya yumuşak silt yeralmaktadır m arası derinlikte ise kum tabakasının yer aldığı kabulu yapılmıştır. Tüm bu ifadeler herbir sondaj için SPT (N 1 ) 60 -derinlik ve zemin kesiti olmak üzere Şekil 2 de özetlenmiştir. Şekil 2. Sondajlara ait düzeltilmiş SPT değerleri ve zemin kesitleri En Büyük Yer İvmesinin Hesaplanması SIVILAŞMA ANALİZİ 1999 Kocaeli depremi odak noktasında ana kaya üzerinde kayıt edilmiş olan en büyük ivme değeri 0.407g dir. Bu değer, odak noktasından ve ana faydan uzaklaştıkça azalım gösterdiği gibi deprem dalgalarının içerisinde yol aldığı zemin kesitindeki tabakaların özelliklerine (kalınlık, kayma dalgası hızı, birim hacim ağırlık vs.) bağlı olarak da zemin yüzeyinde farklılıklar göstermektedir. İncelemekte olduğumuz Adapazarı Erenler Bölgesi nde sıvılaşma analizlerinde kullanılmak üzere çeşitli araştırmacılar tarafından geliştirilen ivme azalım bağıntıları kullanılarak (Joyner ve Boore, 1981; Fukushima ve Tanaka, ; Ansal, 1999; Gülkan ve Kalkan, 2003) incelenen bölge için anakayaya ait maksimum ivme değerleri hesaplanmıştır. Zemin tabakalarının etkisi ise, profil boyunca çeşitli derinliklerdeki ivme-zaman grafiğinin ve zemin yüzeyi en büyük yatay ivme değerinin ProSHAKE analizleri sonucunda hesaplanmasıyla dikkate alınmıştır. Ampirik bağıntılar ortak olarak, depremin moment (M w ) ya da yüzey dalgası (M s ) büyüklüğüne, bölgenin faya olan en yakın mesafesine, anakaya üzerinde ölçülmüş olan depremi tanımlayan en büyük ivme değerine ve deprem odak derinliğine bağlıdır. Herbiri farklı ancak benzer özellikler gösteren deprem kayıtlarının istatistiksel sonuçlarından ortaya çıkarılmışlardır. Bu nedenle farklı yaklaşımların incelenmesi ve karşılaştırılması, incelenen deprem ve bölge için en yakın sonucun daha iyi şekilde bulunmasına olanak sağlar. Bu çalışma için, M w = 7.4, faya en kısa mesafe R = 6.5km olarak alınmıştır. Dikkate alınan bölge için anakayada maksimum yüzey ivmesi

4 474 Sıvılaşma ve Taşıma Gücü Kaybı Sonucu Oluşan Oturmaları Kapsayan Vaka Analizi bağıntılardan belirlenmiş ve daha sonra ProSHAKE ile anakaya kaydı zemin yüzeyine taşınmıştır. Deprem odak noktasında 0.407g olan anakaya ivmesi uzaklık etkisiyle 0.39g mertebelerine düşmüştür (Tablo 1). ProSHAKE programının kullanımı ile zemin tabakalarının deprem sırasında maruz kaldığı ivme, hız ve yerdeğiştirmelerin derinlikle değişimi hesaplanabilmektedir. Bu sonuçların elde edilebilmesi için programa zemin tabakalarını tanımlamak amacıyla kayma dalgası hızı ya da kayma modülü değerinin girilmesi gerekmektedir. Zemin profillerine ait kayma dalgası hızı girişinin tercih edilmesi halinde ya direk ölçümlerden ya da dolaylı hesap yöntemlerinden yararlanmak gerekmektedir. Çalışılan bölge için, zemin araştırma yöntemlerinden olan Standart Penetrasyon Deneyi (SPT) verileri üzerinde çalışıldığından dolaylı kayma dalgası hızı hesabı yapılmıştır. SPT vuruş sayısından kayma dalgası hızına geçişi sağlayan birçok farklı yaklaşımı ifade eden bağıntılar bulunmaktadır (Ohsaki ve Iwasaki, 1973; Imai ve Yoshimura, 1975; Ohta ve Goto, 1978; Seed ve Idriss, 1982; İyisan, 1996 ve Kiku, 2001). Bağıntılar en genel hali ile aşağıdaki şekilde verilebilmektedir: b V s = a N (1) V s : kayma dalgası hızı N : SPT vuruş sayısı a,b : korelasyon katsayıları Adı verilen bağıntılara ait grafikler elde edildiğinde herbirinin ortalama bir değer etrafında dağılım gösterdiği görülmüştür. Bu dağılımı en iyi şekilde Ohta ve Goto (1978), Seed ve Idriss (1982) ile İyisan (1996) ın ifade ettiği görüldüğünden bu bağıntılar (2) temel alınarak zemin kesitinde derinlik boyunca ortalama kayma dalgası hız profili elde edilmiştir Vs = 85.3 N Ohta ve Goto (1978) (2) 0.5 V 56.4N Seed ve Idriss(1982) V s = s = 51.5N İyisan (1996) Şekil 3. Sondajlara ait kayma dalgası hızlarının derinliğe bağlı değişimi

5 Z.N.Taylan H.Uysal M.A.Lav A.Erken 475 Şekil 3 te beş ayrı sondaj kuyusu için ortalama kayma dalgası hızı - derinlik değişimi elde edilmiştir. Daha önce de belirtildiği gibi sondaj kesitleri 20m ile 30m derinliklerde eksik veri olan kısımlar bölgeye yakın sondaj verilerinin yardımıyla tamamlanmıştır. Bu nedenle belirtilen derinliklerde her beş sondaj için de aynı kayma dalgası hızı değeri hesaplanmıştır. Anakaya derinliği ve kayma dalgası hızı 50m ve 700m/s olarak seçilmiştir. Şekil 3 te görüldüğü gibi kayma dalgası hızları sondaj kuyularına göre m/s değerleri arasında dağılım göstermektedir. Hesaplanan kayma dalgası hızları dinamik analiz programında girdi olarak kullanılarak her bir sondaj kesiti için yatay maksimum yüzey ivmesi değerleri elde edilmiştir (Şekil 4). Zemin yüzeyinde en büyük yatay ivme değerlerinin g aralığında kaldığı, zemin tarafından büyütülmek yerine bir miktar azaltıldığı, sönümlenmenin gerçekleştiği görülmektedir (Şekil 4). Değerler Tablo 1 de azalım bağıntılarından elde edilen sonuçlarla birlikte toplu olarak gösterilmiştir. Şekil 4. Bölgedeki beş ayrı sondaj için ProSHAKE analizinden elde edilen yatay ivme değerlerinin derinlikle değişimi Tablo 1. İvme azalım bağıntıları hesap değerleri ve dinamik analiz ivme sonuçları İvme Azalım Bağıntları En Büyük İvme (g) Ansal (1999) 0.42 Fukushima&Tanaka (1990) 0.34 Fukushima&Tanaka (1999) 0.39 Gülkan&Kalkan(2003) 0.38 Joyner&Boore(1981) 0.37 ProSHAKE Zeminlerde sıvılaşmaya karşı direnç hesabı, tüm dünyada da yaygın olarak kullanılan 1971 yılında Seed ve Idriss tarafından geliştirilmiş Basitleştirilmiş Yöntem kullanılarak yapılmıştır. Yöntem, zeminin sismik yüklemeler altındaki davranışını temsil eden Dinamik Kayma Gerilmesi Oranı (DKGO) ve Standart Penetrasyon Deneyi (SPT) vuruş sayısı değerlerinden belirlenen dinamik kayma direnç oranlarının karşılaştırılmasıyla bir sonuç ortaya koymaktadır.

6 476 Sıvılaşma ve Taşıma Gücü Kaybı Sonucu Oluşan Oturmaları Kapsayan Vaka Analizi Dinamik Kayma Gerilmesi Oranı ve Dinamik Kayma Direnç Oranı Dinamik kayma gerilme oranı (DKGO), belirli bir zemin tabakası için; derinliğe, deprem sırasında yüzeyde meydana gelecek yatay ivme değerine bağlı olan ve düşey efektif gerilmeye göre normalize edilmiş bir parametredir. Bu oran aşağıdaki şekilde tanımlanmaktadır (Seed ve Idriss, 1971): DKGO τ a σ av max v = 0.65 rd σ v ' = g (3) σ v ' Bağıntı temel olarak, deprem esnasında zemin içerisinde belirli bir derinlikte meydana gelen ortalama eşdeğer dinamik kayma gerilmesi ile aynı derinlikteki efektif düşey gerilmenin oranına eşittir. Bağıntıda, a max depremin oluşturduğu en büyük yatay yer ivmesi, g yerçekimi ivmesi, r d kayma gerilmesi azaltma katsayısı, σ v ' ve σ v ise sırasıyla incelenen derinlikteki efektif ve toplam düşey gerilme değerleridir. Dinamik Kayma Direnci Oranı (DKDO), zeminlerin içerdiği ince dane oranı (İDO %) ve SPT arazi deneyi (N 1 ) 60 sonuçlarına bağlı olarak hesaplanan ve farklı deprem büyüklükleri için olması beklenen tahmini dinamik kayma gerilmesi oranı değeridir. DKDO değeri, Seed ve diğ. (1985) nin gerçekleştirdikleri çalışmalar sonucunda elde ettikleri grafik bağıntılardan okunmaktadır. Zemin Tabakalarının Sıvılaşabilirliğinin İncelenmesi Deprem yükleri altında tariflenmiş zeminde gerçekleşmesi beklenen dinamik kayma direnci oranı ile deprem esnasında meydana gelen dinamik kayma gerilmesi oranı değerlerinin karşılaştırılması ile sıvılaşmaya karşı güvenlik faktörü (GF) hesaplanmaktadır. GF 1 olması durumunda suya doygun kum ve silt hakim zemin tabakalarında sıvılaşabilme riski gündeme gelmektedir. İncelenen bölge içerisindeki beş sondaj için de yüzeyden itibaren m derinlik değerleri arasındaki tabakaların büyüklüğü 7.5 olan bir deprem yükü altında sıvılaşma özelliği gösterdikleri gözlenmiştir (Şekil 5). Şekil 5 te dinamik analiz (ProSHAKE) sonucu elde edilen güvenlik faktörü değerleri ile Seed ve diğ. (1985) nin geliştirdiği yöntemden hesaplanan değerler karşılaştırılmalı olarak verilmiştir. 15m derinlikten sonra yeralan kum ve silt tabakalarının sıvılaşmaya karşı direçleri yüksek olduğundan bu derinlikte hesaplama yapılmamıştır. Şekil 6 da ise, üzerinde çalışılan beş sondaj kuyusuna ait SPT (N 1 ) 60 ile dinamik kayma gerilme oranı arasındaki ilişki içerdikleri İDO da dikkate alınarak Seed ve diğ. (1985) tarafından geliştirilen grafik üzerinde verilmiştir. Şekil 5. Herbir sondaj kuyusu için güvenlik faktörü GF değerlerinin derinlikle değişimi

7 Z.N.Taylan H.Uysal M.A.Lav A.Erken 477 Bu yönde değerlendirildiğinde, Şekil 6 da görüldüğü gibi depremde meydana gelmiş olan dinamik kayma gerilmesi oranı arasında değişmektedir ve tüm noktalar ince dane oranı %5 eğrisinin iç tarafında sıvılaşma özelliği gösteren alan içerisinde yeralmaktadır. Erken ve diğ. (2004) nin Adapazarı Bölgesi için yaptıkları detaylı bir çalışmada hesaplanmış olan dinamik kayma gerilmesi oranları değerleri arasında değişmektedir. Yapılan çalışma kapsamında daha spesifik küçük bir alan incelendiğinden DKGO değerleri daha dar bir aralıkta dağılım göstermektedir. Şekil 6. Sondajlara ait düzeltilmiş SPT değerlerinin dinamik gerilme oranları dağılımı SIVILAŞMA SONUCU OLUŞAN OTURMALARIN BELİRLENMESİ Suya doygun plastik olmayan kum ve düşük plastisiteli silt zeminlerde, üzerlerindeki yapılarda oturmalara neden olan sıvılaşmaya bağlı deformasyonlar meydana gelmektedir. Bu çalışmada incelenen bölgedeki binaların oturmalara dayalı hasarları gözönünde bulundurularak ampirik yöntemle meydana gelen deformasyon değerleri hesaplanmıştır. Ampirik yöntem olarak Isihara ve Yoshimine (1992) nin çalışmaları temel alınmıştır. Bu ampirik yöntemle deprem sırasında sıvılaşan kum tabakalarından kaynaklanan yüzey oturmaları, derinlik boyunca güvenlik faktörü ve rölatif sıkılık değerlerinin bilinmesiyle hesaplanabilmektedir. Rölatif sıkılık değeri ise, Standart Penetrasyon Deneyi (SPT) veya Koni Penetrasyon Deney (CPT) sonuçlarından yararlanılarak hesaplanabilir. Bölgeye ait SPT-N değerleri ile hesaplar devam ettirildiğinden rölatif sıkılık hesabı için aşağıda verilen bağıntı kullanılmıştır. D r N = 21 (4) ' σ v Rölatif sıkılığın derinlik boyunca hesaplanmasının ardından, rölatif sıkılık ve sıvılaşmaya karşı güvenlik faktörüne bağlı verilmiş grafiklerden sıvılaşma sonrası hacimsel deformasyon değeri ε v (%) okunmaktadır (Ishihara ve Yoshimine, 1992). Bu hesaplamalar sonucunda çalıştığımız beş sondaj için derinlik boyunca hacimsel deformasyon değeri değişimi Şekil 7 de verilmiştir. Herbir derinlik için elde edilen hacimsel deformasyon değerinin ε v (%) bulunduğu derinlikle çarpılarak entegre edilmesi ve sonuçların üstüste toplanması ile fazla boşluk suyu basıncının

8 478 Sıvılaşma ve Taşıma Gücü Kaybı Sonucu Oluşan Oturmaları Kapsayan Vaka Analizi sönümlenmesinin ardından düşey yönde oluşacak deformasyonlardan kaynaklanan yüzey oturma miktarları hesaplanmıştır. Sıvılaşma özelliği gösteren zemin 6.5m derinliğe kadar devam ettiğinden, sıvılaşma kaynaklı oturma hesabı da gene aynı derinlikteki zemin katmanları için yapılmıştır. Tüm adımların uygulanmasıyla elde edilen sonuçlardan cm arasında değişim gösteren oturma değerleri hesaplanmıştır. Değerlerdeki bu farklılık kum tabakasının kalınlığı ile ilgilidir. Şekil 7. Sıvılaşma özelliği gösteren zemin tabakalarında meydana gelen hacimsel deformasyon değerinin derinlikle değişimi PLASTİK SİLT VE KİLLERDE TAŞIMA GÜCÜ KAYBI 1999 Kocali depreminde karşılaşılmış olan bir diğer önemli problem ise taşıma gücü kaybına bağlı zemin göçmeleridir. Dinamik yükler altında zemin yumuşaması sonucu zeminin mukavemetinde meydana gelen azalma taşıma gücü kayıplarına neden olmaktadır. Bu nedenle deprem etkisinden sonra zeminlerin statik mukavemetlerinin incelenmesi gerekmektedir. Önceki bölümlerde de detaylı olarak anlatıldığı gibi, kum ve düşük plastisiteli siltlerde dinamik kuvvetler altında aşırı boşluk suyu basınçları oluşmakta ve zemin taşıma gücünü tamamen kaybetmektedir. Yumuşak kıvamlı plastik silt ve kil zeminlerde ise, tekrarlı yükler altında deformasyonlar hızla artabilmekte buna karşılık boşluk suyu basınçları artarak belirli bir değerde sınırlı kalmaktadır. Bu sayede efektif gerilme değeri diğer tür zeminlerden farklı olarak sıfıra düşmemekle beraber başlangıç statik drenajsız kayma mukavemeti ile deprem sonrası mukavemeti arasında önemli bir azalma gözlenmektedir. Her iki durumun detaylı incelenip karşılaştırılması deprem öncesinde, sırasında ve sonrasında zeminlerde oluşabilecek gerilme oturma ilişkisini ortaya koyabilmektedir. Yumuşak kıvamlı suya doygun örselenmemiş killerin, doğal su muhtevası ile likit limit değerlerinin oranlanması sonucunda (w n /w l ) dinamik yükler altındaki davranışı hakkında bilgi sahibi olunabilir. w n /w l oranı 1 e yaklaştıkça dinamik etki altında killerin deformasyonlarında önemli artışlar meydana gelmektedir. Tablo2. Yumuşak kil zeminlerde doğal su muhtevasının likit limit değerine oranı SK2 SK3 SK5 Derinlik Derinlik Derinlik w (m) n /w l PI w (m) n /w l PI (m) w n /w l PI

9 Z.N.Taylan H.Uysal M.A.Lav A.Erken 479 İnce daneli zeminlerin tekrarlı yükler altında ve sonrasında davranışlarının incelenmesi için yapılan deneylerde (Erken ve Ülker, 2007) birçok farklı yüklemelere ek olarak 7.5 büyüklüğünde depreme denk gelecek kuvvet etkisi de uygulanmıştır. Bunun sonucunda, dinamik kayma gerilmesi oranının (DKGO) N=20 tekrar sayısına karşılık geldiği ve istenilen büyüklükteki depremi tarifleyebildiği kabulü yapılmıştır. Dinamik deneylerde ± %2.5 deformasyon değeri göçme sınırı olarak kabul edilmektedir. Plastisite indisleri arasında değişim gösteren ince daneli zeminler üzerinde yapılan deneyler sonucunda N=20 tekrar sayısında göçme sınırına ulaşıldığı ve zeminin su muhtevasına da bağlı olarak bu değerin kimi yerlerde aşılabileceği sonucuna varılmıştır. Çalışılan bölge içerisinde SK 2 SK 3 ve SK 5 sondajlarında yaklaşık 3m derinlikten başlayan kil tabakaların (Şekil. 2) deprem etkisi sonrasında taşıma gücü kapasitelerindeki değişim incelenmiştir. Tablo 2 de üç ayrı sondaj verilerindeki kil tabası için w n /w l oranı incelendiğinde 0.9 a çok yakın değerler olduğu ve kimi bölgelerde ise bu değerin 1 i aştığı görülmektedir. Bu nedenle zeminin likit davranış gösterme eğilimi olacağından taşıma gücünde kayıplar olması beklenmektedir. Çalışma kapsamında ele alınan bölgenin 7.4 büyüklüğünde bir depreme maruz kaldığı gözönünde bulundurulursa ve bu dinamik yükler altında minimum ± %2.5 deformasyon değerine ulaştığı kabulü yapılırsa, aynı deformasyon seviyesi için minimum taşıma gücü kaybı hesaplanabilmektedir (Şekil 7). Şekil 7 de Erken ve Ülker (2007) tarafından hazırlanan çalışmanın sonucunda elde edilmiş olan deprem sonrası ve öncesi statik mukavemet oranı ile yüzde deformasyon ilişkisi verilmiştir. Adapazarı bölgesine ait plastisite indisi 18 olan örselenmiş numuneler üzerinde yapılan deneyler sonucu elde edilen dağılım idealize bir şekilde grafik olarak ifade edilmiştir. Çalışılan bölge için kabul edilen minimum deformasyon seviyesi eğri üzerine işaretlendiğinde, minimum % 40 a yakın bir mukavemet kaybının olduğu görülmektedir. Bununla paralel olarak da % 40 taşıma gücü kaybı olduğu sonucuna varılabilmektedir. Şekil 8 de ise, aynı deney setine ait numunelerde tekrarlı yüklemeler sonucunda oluşan ve oluşması beklenen boşluk suyu basını değerleri görülebilmektedir. Yapılan çalışma, Adapazarı Bölgesi nde yapılmış olan deneysel çalışma sonuçları ile de uyum göstermektedir. Bunun sonucunda %40 - %50 arasında boşluk suyu basıncı oranı oluşumu meydana gelmektedir. Şekil 7. Tekrarlı yüklemeden kaynaklanan statik kayma mukavemeti kaybı (Erken ve Ülker, 2007) Şekil 8. ±%2.5 deformasyon seviyesinde oluşan boşluk suyu basıncı davranışı (Erken ve Ülker, 2007)

10 480 Sıvılaşma ve Taşıma Gücü Kaybı Sonucu Oluşan Oturmaları Kapsayan Vaka Analizi SONUÇLAR Yapılan çalışma içerisinde, 1999 Kocaeli depreminde gerek uygunsuz zemin koşulları gerekse yetersiz üst yapı problemlerinden dolayı ciddi hasarlara maruz kalmış Adapazarı ili Erenler Bölgesi nde bir toplu konut alanı ele alınmıştır. Bölgeye hakim kum ve kil ardalanmalı zemin profillerinin yaratması beklenen en temel iki konu vaka analizi olarak ele alınmıştır. Bu kapsamda, dinamik yükler altında düşük plastisiteli silt ve kumlara ait sıvılaşma ile kil zeminlere ait taşıma gücü kaybı problemleri incelenmiştir. İlk aşamada, arazi SPT deney sonuçları kullanılarak kayma dalgası hız değerleri elde edilmiş ve buna bağlı olarak yüzeyde en yüksek yatay ivme değeri hesaplanmıştır. Hesap yöntemleri olarak ampirik ve nümerik yaklaşımlar karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Yüzey ivmelerinin kullanılması ile sondajların temsil ettiği zeminlerdeki sıvılaşma riski incelenmiştir. İkinci aşamada sıvılaşmadan kaynaklanan oturmalar hesaplamış ve en fazla oturma miktarı olarak 20-26cm değerleri elde edilmiştir. Arazide deprem sonrası yapılmış olan incelemelerde SK1 bölgesinde yoğun olarak sıvılaşma belirtisi gözlenmiştir. Elde edilen sonuçların arazi gözlemleri ile olan uyumu hesapların doğruluğunu desteklemektedir. Son aşamada ise, ince daneli malzemelerin deprem etkisi altındaki davranışları, önceki yıllarda yapılmış detaylı çalışmalardan yararlanılarak incelenmiştir. Bunun sonucunda ise sondaj loglarında 3.5-5m derinlikteki kil ve plastik silt tabakası olan bölgelerde dinamik yüklenme öncesi ve sonrası statik mukavemet değerlerinde azımsanmayacak ölçüde azalmalar olduğu gösterilmiştir. Sayısal bir ifadeyle deprem esnasında boşluk suyu basıncı oranları aratarak %40 - %50 civarlarında değerlere ulaştığı bununla beraber taşıma gücünde %40 lara varan azalmaların meydana geldiği görülmüştür. Taşıma gücü kaybı beraberinde aşırı oturmalara ve kimi bölgelerde zemin göçmelerine neden olmuştur. Teşekkür Çalışmamız esnasında yardımlarını ve imkanlarını bizden esirgemeyen Araş. Gör. Zülküf KAYA ya teşekkürlerimizi sunarız. KAYNAKLAR Abrahamson N. A, Litehiser J. J, (1989) Attenuation of Vertical Peak Acceleration, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 79, No. 3, Ambraseys N. N, (1995) The Prediction of Earthquake Peak Ground Acceleration In Europe, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 24, Ambraseys N. N, Bommer J.J, (1991) The Attenuation of Ground Acceleration In Europe, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 20, Ansal, A. M (1999) Strong Ground Motions and Site Amplification, Theme Lecture, 2 nd Int. Conf. on Earthquake Geotechnical Engineering, Vol.3, Lisbon, Portugal Ansal, A. M. (1999) Geotechnical Factors during 17 August 1999 Kocaeli Earthquake, European Association Earthquake Engineering Task Group 8, Asymmetric and Irregular Structures, Istanbul, Turkey, Vol. 2, Balkaya M, Kaya Z, Hatipoğlu M, Erken A (2005) Adapazarı nda Yerel Zemin Koşullarının Yapısal Davranışa Etkisi Üzerine Bir Vaka Analizi, Antalya Yöresinin İnşaat Mühendisliği Sorunları Kongresi, Antalya, Turkey, Campbell W. K, Bozorgnia Y, (2003) Updated Near-Source Ground Motion (Attenuation) Relations for the Horizontal and Vertical Components of Peak Ground Acceleration and Acceleration Response Spectra, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 93, No. 1,

11 Z.N.Taylan H.Uysal M.A.Lav A.Erken 481 Durgunoğlu H. T, Sancio R. B, Bray J.D, Karadayılar T, Önalp A. (2000) Sıvılaşmış Zeminlerde Zemin Davranışı Modellemesinde Kullanılan Zemin Araştırma Yöntemleri, 8. Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Ulusal Kongresi, İstanbul, Türkiye Erken A, Ülker C. B. M., (2004) Effect of Cyclic Loading on Monotonic Shear Strength of Fine-grained Soils, Engineering Geology, Vol Erken A, Kaya Z, Ülker M.B.C. (2004) Liquefaction in Adapazari during 1999 Kocaeli Earthquake, 6 th International Congress on Advances in Civil Engineering, Bogazici University, Istanbul, Turkey, 6-8 October, Erken A, Gülerce Ü, Balkaya M, Hatipoğlu M, Dündar S, Kaya Z (2004) An Example for the Effects of Local Soil Conditions on Structural Behaviour in Adapazari, 6 th International Congress on Advances in Civil Engineering, Bogazici University, Istanbul, Turkey, 6-8 October, Erken A, Özay R, Kaya Z, Ülker C. M. B, Elibol B (2004) Depremler Sırasında Zeminlerin Sıvılaşması ve Taşıma Gücü Kayıpları, Türkiye Mühendislik Haberleri, İnşaat Mühendisleri Odası, Sayı : 4311 sayfa Fukushima Y, Tanaka T, (1990) A New Attenuation Relation For Peak Horizontal Acceleration of Strong Earthquake Ground Motion In Japan, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 80, No. 4, Gülkan P, Kalkan E (2002) Attenuation Characteristics of Turkey Based on Recent Strong Motion Data, 5 th International Congress on Advanced in Civil Engineering, İstanbul Technical University, Istanbul, Turkey, Ishihara K, Yoshimine M (1992) Evaluation of Settlements in Sand Deposits Following Liquefaction During Earthquakes, Soils and Foundations Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol. 32, No. 1, Mar. 1992, Iyisan R, Zeminlerde Kayma Dalgası Hızı ile Penetrasyon Deney Sonuçları Arasındaki Bağıntılar, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası Teknik Dergi, Cilt:7, Sayı: 1, Ocak 1996 Joyner W. B, Boore D.M, (1981) Peak Horizontal Acceleration and Velocity from Strong-Motion Records Including Records from the 1979 Imperial Valley, California, Earthquake, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 71, No. 6, Ohta Y, Goto N, (1978) Empirical Shear Wave Velocity Equations in Terms of Characteristic Soil Indexes, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 6, Schrabel, P.B, Lysmer J, Seed, H.B (1972) SHAKE: A computer program for earthquake response analysis of horizontally layered sites Report No: EERC 72-12, Earthquake Engineering Research Centre, University of California, Berkley, California. Seed H. B, Wong R.T, Idriss I.M, Tokimatsu K (1986) Moduli and Damping factors for dynamic analyses of cohesionless soils, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 112, No. 11, Seed H. B, Tokimatsu K (1985) Influence of SPT Procedure in Soil Liquefaction Resistance Evaluation, Journal of the Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 111, No. 12, Vucetic M., Dobry R, (1991) Effects of Soil Plasticity on Cyclic Response, Journal of the Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 117, No. 1,

12 482 Sıvılaşma ve Taşıma Gücü Kaybı Sonucu Oluşan Oturmaları Kapsayan Vaka Analizi