İnce Daneli Zeminlerin Sıvılaşma Potansiyelinin Belirlenmesi

Genelde fazla plastisiteli zeminler sıvılaşmaya karşı hassas değildir, ancak bazı killi zeminlerin son depremlerde Çin’de sıvılaştığı gözlenmiştir (Rauch, 1997). Çin

bulgularına dayanarak Seed ve Idriss (1982) ve Seed ve diğ. (1983a) fazla plastik zeminlerin kıvam limitlerine göre olası sıvılaşmasının değerlendirilmesi gerektiğini önermiştir.

Sıvılaşabilir ince daneli zeminleri belirlemek için mevcut yöntemler kıvam limitleri, dane çapı dağılımı ve doğal su muhtevası gibi özelliklere bağlı olarak geliştirilmişlerdir. Kıvam limitlerinin ince daneli zemin özellikleriyle (sıkışabilirlik ve kayma mukavemeti gibi) ilgili korelasyonları mevcuttur.

Bu kapsamda öncelikle ince daneli zeminler ile kumun plastisite kartındaki durumlarını ele almak gerekir.

Kil ve kum benzeri davranış ile ikisi arasında kalan bir davranış sergileyen ince daneli zeminlerin plastisite kartındaki yerleri Şekil 3.21’de gösterilmiştir. Kil benzeri davranış sergileyen zeminler plastisite indisi 9’a kadar düşük olan bazı ML zeminler ve plastisite indisi 4’e kadar düşük olan bazı CL-ML zeminleri içermektedir. Kil ve kum arası davranış sergileyen zeminler plastisite indisi %4-5 değerleri olan CL-ML ve ML numunelerde gözlemlemişlerdir. Kum benzeri davranış ML zeminlerde (A hattının altında) gözlenmiştir (Boulanger ve Idriss, 2004).

Kil ve kum benzeri davranışlar arası geçiş kıvam limitlerinin belirli bir aralığına denk gelmektedir. Bu geçiş plastisite indisi yaklaşık olarak 3’den 8’e kadar artarken zeminin dinamik mukavemetinin nasıl uygun bir geçiş yaptığı Şekil 3.22’de şematik olarak gösterilmiştir. Pratik amaçlar için IP≥7 olan ince daneli zeminler kile benzer davranış, IP<7 olan zeminler kuma benzer davranış gösterebileceği düşünülebilir (Boulanger ve Idriss, 2004).

Gratchev ve diğ. (2006) boşluk sularında yüksek iyon yoğunluğuna sahip olmayan killi zeminlerin sıvılaşma potansiyeli, IP artarken sıvılaşma potansiyelinin azalması nedeniyle plastisite indisinin önemli olduğunu ifade etmişlerdir. Bu çalışma sonucuna göre IP>15 olan zeminler sıvılaşmazlar.

Şekil 3.21: Farklı İnce Daneli Zeminlerin Plastisite Kartındaki Yeri, a. Kil Benzeri Davranış, b. Kil-Kum Arası Davranış, c. Kum Benzeri Davranış (Boulanger ve Idriss, 2004)

Şekil 3.22: Kum Benzeri Davranıştan Kil Benzeri Davranışa Geçişin Şematik Gösterimi Ve Pratik Amaçlar İçin Önerilen Kılavuz Çizgisi (Boulanger ve Idriss, 2004)

Bununla beraber, wn/wL kriteri ince daneli zeminlerin sıvılaşma potansiyelini değerlendirmek için çok uygun bulunmuştur. Benzer çevre basınçlarındaki ince daneli zeminler için düşük wn/wL oranı daha yüksek AKO ve daha yüksek drenajsız kayma mukavemeti anlamına gelir. wn/wL<0.80 olan plastik ince daneli zeminlerin sıvılaşması olası değildir ve özellikle zemin düşük plastisiteli ise yüksek wn/wL oranı (örneğin >1) olanlar sıvılaşmaya ilk uğrayacak zeminlerdir. IP kriteri sıvılaşma potansiyelinin iyi bir göstergesidir. Ayrıca IP<12 olan zeminler sıvılaşmayabilir çünkü zemin minerolojisi, boşluk oranı, AKO, yaş gibi bir çok etken olabilir. Yüksek wn/wL (>0.85) oranlarında, düşük plastisiteli (IP<12) genç, sığ, plastik olmayan silt ve killi siltler, önemli dinamik yüklemeler altında sıvılaşabilir. wn/wL>0.80 ve 12<IP<18 olan killi silt, siltli killer orta derecede sıvılaşmaya maruz kalabilir, IP>18 olan zeminler önemli mukavemet kayıplarına uğrayabilir (Bray ve Sancio, 2006). Düşük plastisiteli silt ve killer gevşek ve doygun durumdayken sıvılaşmaya maruz kalabilmesine karşın sıvılaşmanın sonuçları gevşek, doygun kumlarınkinden çok farklı olabilir. Çünkü Adapazarı’dan alınmış ve dinamik yük uygulanmış düşük plastisiteli siltler sıvılaşma başlar başlamaz kayma boyunca önemli derecede genişleyebilir. Bu tür zeminler kayma mukavemetinin sürekli kaybı (örneğin sınırlı akma deformasyonu oluşturan çevrimsel devingenlik) yerine kayma mukavemetinin geçici olarak kaybına neden olabilir. Bu nedenle bu tür zeminlerin dinamik davranışı doygun, gevşek temiz kumlarda meydana gelen sıvılaşmanın oluşturduğu yanal yayılmalardaki gibi büyük deformasyonların oluşmasına muhtemelen daha az neden olacaktır (Bray ve Sancio, 2006).

İnce daneli zeminlerin sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesinde plastisite indisinin önemli rol oynadığı bu güne kadar yapılan çalışmalardan anlaşılmaktadır. Bu kapsamda plastisite indisine dayalı yöntemler hakkında kısa bilgiler aşağıda verilmiştir.

3.6.1 Çin Kriteri

Günümüze kadar Çin kriteri silt ve killerin sıvılaşma potansiyelini değerlendirmek için geniş çapta kullanılmaktadır. Wang (1979) Çin’de meydana gelen çok büyük depremler sırasında değişik bölgelerdeki ince daneli zeminlerde gözlenen sıvılaşmalara dayanarak Çin kriterini geliştirmiştir. Şekil 3.23’de sıvılaşmanın meydana geldiği CL, CL-ML ve ML zeminlerine ait Wang’ın çizimini göstermektedir.

Şekil 3.23: Çinde Sıvılaşan CL, CL-ML ve ML Zeminlerinin Plastisite Kartındaki Yeri (Orijinal:Wang, 1979; Boulanger ve Idriss, 2004)

Wang (1979) tarafından geliştirilen Çin kriterinin şartları aşağıda verilmiştir. 1. 0.005 mm’den geçen (%) < %15-20

2. Likit limit (wL) < %35 3. Su Muhtevası (%) > 0.9*LL 4. Likitide İndeksi ≤ 0.75

Bu kriterleri sağlayan zeminler sıvılaşır. Bu özellikteki zeminler plastisite kartında A hattı üzerinde yer alıyorsa, bu tür zeminlerin dinamik davranışlarını belirlemek için dinamik deneylere tabi tutmak gerekir. Dinamik deney yapacak imkanlar yoksa killi zeminler sıvılaşmaz olarak kabul edilebilir. Bu durumda bu tür killi zeminlerin büyük bir çoğunluğunun mukavemet kayıplarına uğrayacağı beklenebilir.

Polito (1999) tarafından yapılan çalışmada ifade edilen Çin kriterine göre plastisite indisi>10, kil (<0.005 mm) yüzdesi>%10, ortalama dane çapı (D50) 0.2-1.0 mm arasında olan, relatif sıkılığı (Dr)>%75 ve boşluk oranı (e)<0.80 olan zeminler sıvılaşmayan zeminler olarak düşünülür.

3.6.2 Seed ve Diğ.’in Kriteri (1982)

Seed ve Idriss (1982) standart Çin kriterindeki şartları modifiye ederek geliştirdikleri yöntemde killi zeminler aşağıdaki üç şartı sağlarsa sıvılaşmaya hassas olarak düşünülebileceğini belirtmişlerdir.

1. Kil yüzdesi (5µm’den geçen) < %15

2. wL < %35

3. wn/wL ≥ 0.90

Seed ve diğ. (2001) wL<%30 ve IP<%10 olan zeminler sıvılaşabilir. Bununla beraber %30<wL<%40 ve %10<IP<%12 olan zeminler belirsiz aralığa düşmekte olup laboratuvar deneylerinin yapılması gerekmektedir.

3.6.3 Finn, Ledbetter ve Wu’nun Kriteri (1994)

Finn, Ledbetter ve Wu (1994) ASTM ve Çin standartları arasındaki likit limitin belirlenmesindeki belirsizlik ve farkları dikkate alarak Çin kriterinde yapılacak değişiklikleri önermişlerdir. Finn ve diğ. (1994)’de belirtilen şekli ile aşağıda özetlenmiştir (Polito, 1999; Sanin ve Wijewickreme, 2006).

• 0.005 mm’den daha küçük çaplı olanların yüzdesi ≤ %10 • (Likit Limit+%1) ≤ %35

• (Su Muhtevası+%2) ≥ 0.9* (Likit Limit+%1)

• Likidite İndeksi (Likit Limit+%1 ve Su Muhtevası+%2) ≤ 0.75

Ölçülen endeks özellikleri bu sınırlar içerisine düşerse plastik ince daneli zeminlerin depremler sırasında sıvılaşmaya ve önemli derecede mukavemet kaybına hassas olduklarının düşünülmesi gerekir.

3.6.4 Koester’in Kriteri (1992)

Koester (1992) Casagrande deney aleti (ABD’deki uygulamalar) kullanılarak belirlenen likit limit değerlerinin, düşen koni deney aleti (Çin’deki uygulamalar) kullanılarak belirlenen değerlerden yaklaşık olarak %4 daha büyük olduğunu belirtmiştir.

Koester (1994) ASTM ve Çin kriteri arasındaki likit limitin belirlenmesindeki farklılıkları dikkate alarak Finn, Ledbetter ve Wu’un kriterinde bazı değişiklikler önermiştir. Kil yüzdesi>%15, likit limit>%36 ve su muhtevası <0.9*LL-2 kriterlerini sağlayan zeminleri sıvılaşmaz olarak kabul etmişlerdir (Polito 1999).

3.6.5 Youd Kriteri (1998)

Ayrıca Youd (1998) aşağıdaki sıvılaşma kriterini önermiştir (Bray ve Sancio, 2006). A. C tanımlayıcısı içeren CH, CL, SC, GC zeminleri sıvılaşmaz.

B. 1. wL<35

2. A hattı altı veya IP<7

1 ve 2 koşulunu sağlayan zeminler sıvılaşır.

Youd (1998) dinamik yüklemeden dolayı mukavemet kaybı için hassaslığıda dikkate alan bir kriter önermiştir (Durgunoğlu ve diğ., 2004). Bu kriterde zeminin cinsi CL veya ML, hassaslık>4, likidite indeksi>0.6, su muhtevası>0.9*wL ve penetrasyon direnci (N1)60<5 veya qc1<1 MPa olan zeminlerin mukavemet kaybına uğrayabileceğini belirtmişlerdir (Durgunoğlu ve diğ., 2004).

3.6.6 Andrews ve Martin Kriteri (2000)

Andrews ve Martin (2000), Wang (1979)’ın veri tabanındaki sıvılaşmayla ilgili arazi vakalarını yeniden değerlendirerek bir çok yeni deprem ilavesiyle beraber A. B. D. Standartlarına göre ( kil, dane çapı 0.002 mm’den daha küçük olan zeminler olarak tanımlanır) modifiye edilmiş Çin kriterini değiştirmiştir.

Andrews ve Martin’e göre 1. Kil yüzdesinin %10’dan az olduğu ve likit limit değerinin %32’den az olduğu zeminler potansiyel olarak sıvılaşabilir olarak düşünülür, 2. kil yüzdesinin %10’dan fazla olduğu (≥%10) ve likit limitin ≥%32 olduğu zeminler sıvılaşma ihtimalinin olmadığı zeminler, 3. potansiyel olarak sıvılaşıp sıvılaşmayacağını değerlendirmek için numune alıp laboratuvarda üzerinde deney yapılması gereken ara zeminlerdir (Bray ve diğ., 2001; Sancio ve diğ., 2003a; Bray ve Sancio, 2006; Seed ve diğ., 2001). Ayrıca Andrews ve Martin (2000) sıvılaşma potansiyelini değerlendirmek için likit limit (Casagrande deney aletiyle belirlenmiş) ve 2 µm’den geçen yüzdeye bağlı olarak önerdiği yöntem Tablo 3.8’de verilmiştir.

Tablo 3.8: Siltli ve Killi Kumların Sıvılaşma Potansiyeli (Andrews ve Martin, 2000)

LL<32 LL≥32

2 µm’den

geçen<%10 ^{Sıvılaşmaya hassas}

İlave çalışmalar gerekli (plastik kil olmayan büyüklükteki daneleri düşünün)

2 µm’den geçen ≥%10

İlave çalışmalar gerekli (plastik kil olmayan büyüklükteki daneleri düşünün)

Sıvılaşma potansiyeli yok

3.6.7 Polito ve diğ. Kriteri (2001)

Polito (2001) tarafından ince daneli zeminler için önerdiği sıvılaşma kriteri aşağıda verilmiştir.

1. wL<25 ve IP<7 olan zeminler sıvılaşır.

2. 25<wL<35 ve 7<IP<10 olan zeminlerin sıvılaşması mümkündür.

3. 35<wL<50 ve 10<IP<15 olan zeminler çevrimsel devingenliğe maruzdur. 3.6.8 Seed ve diğ. Kriteri (2003)

Seed ve diğ. (2003) tarafından önerilen çalışmada önemli derecede ince dane içeriğine sahip zeminlerin sıvılaşabilirliği Şekil 3.20’de gösterilmiştir. Bu grafikte plastisite kartında üç bölge tanımlanmıştır: A Bölgesi zeminleri su muhtevası likit limitin %80’inden daha büyükse “klasik tekrarlı yüklemenin neden olduğu sıvılaşma” ’ya muhtemelen hassas olduğu düşünülebilir. B bölgesi zeminleri ise su muhtevası likit limitin %85’inden büyükse detaylı laboratuvar çalışmasıyla muhtemel olarak sıvılaşabileceği düşünülür. C bölgesi zeminleri (A ve B Bölgesi dışındaki zeminler) genellikle sıvılaşma potansiyelinin olmadığı düşünülür.

Şekil 3.24’deki grafiğin iyi anlaşılması bakımından ilave olarak aşağıdaki bilgilerde verilmiştir.

A. 1. wL<37 2. IP<12

B. 37<wL<47 ve 12<IP<20 olanlar laboratuvar deneyleri gerektirir.

Şekil 3.24: Sıvılaşabilir Zemin Cinslerinin Değerlendirilmesiyle İlgili Öneriler (Seed ve diğ., 2003)

3.6.9 Bray ve diğ. Kriteri (2004)

Bu çalışmanın sonuçlarına göre IP≤12 ve wn/wL≥0.85 olan bir zemin zemin tabakası sıvılaşma veya çevrimsel devingenliğe hassas olarak düşünülür.

12<IP≤20 ve wc/wL≥0.80 ise sıvılaşma ve çevrimsel devingenliğe orta derecede hassas demektir ve arazideki mevcut olan yükleme şartlarında deformasyon potansiyeli ve sıvılaşma potansiyelini değerlendirmek için laboratuvar deneyleri yapılmalıdır. IP>20 ise sıvılaşmayacak kadar çok killi olarak düşünülür (Şekil 3.25). Bununla beraber bu zeminler üzerinde bulunan yapılar, dinamik yükler zeminin dinamik mukavemetine yaklaşır veya aşarsa önemli deformasyonlar meydana getirebilir (Bray ve diğ., 2004a).

0 10 20