Kayma dalgası hızının bulunması ile ilgili deneyler

Deprem riski taşıyan bölgelerde zemin ve yapı etkileşimini inceleyebilmek için dinamik davranış özelliklerini bilmek gerekmektedir. Dinamik davranışı belirleyen en önemli özellik ise kayma modülüdür ve arazi sismik deneyleri ile ölçülen kayma dalgası hızından doğrudan hesaplanabilmektedir. Nitekim araştırmacılar bir zemin tabakasının yüzey kesiminde elde edilen kayma dalgası hızının söz konusu zeminin büyütme seviyelerinin belirlenmesi için oldukça önemli bir zemin özelliği olduğunu belirtmişlerdir. Arazi sismik yöntemleri bu amaçla elastik davranış sergileyen düşük deformasyon genliklerinde sismik dalga üretilmesini ve dalga varış zamanlarından bulunmasını içermektedir. Dalga yayılma hızı ortamın fiziksel özelliklerine bağlı olduğundan, zemin hakkında önemli bilgiler içermekte ve kayma modülü gibi zemin davranışını gösteren özellikler dalga hızlarından elde edilmektedir, [74].

Geoteknik mühendisliğinde dinamik zemin özelliklerini belirlemek için yaygın olarak kullanılan deney teknikleri karşıt kuyu ve aşağı kuyu yöntemleridir. Zemin kesitinde yer alan tabakaların hız profillerini belirlemede kullanılan diğer bir yöntem de asılı, kuyu içi PS-Logging yöntemidir. Sistem genel olarak bir kuyu içerisinde bulunan dalga kaynağı ve alıcıların sıvı içerisinde birlikte hareket ederek ve kuyu etrafında yer alan istenilen kalınlıkta bir zemin kolonunun kayma ve basınç dalgası hızlarının doğrudan belirlenmesi için oldukça faydalıdır.

3.1.3.1.Sismik karşıt kuyu deneyi

Sismik karşıt kuyu deneyinde, deneyin yapıldığı derinlikteki kayma dalgası ölçülür. Deneyde iki ya da daha fazla sondaj kuyusu kullanılır. En basit karşıt kuyu deney düzeneği bir alıcı ve bir verici görevi yapan iki sondaj kuyusunun kullanıldığı durumdur. Her bir kuyudaki kaynak ve verici aynı derinliğe indirilerek zeminin o derinlikteki kayma dalgası hızı ölçülür. Çeşitli derinliklerde ölçümler yapılarak bir hız profili elde edilir. Bazı durumlarda tetikleme zamanı ölçümü, kaplama ve dolgu malzemesi etkileri ve arazi anizotropisi gibi farklılıkları en aza indirmek amacıyla ikiden fazla kuyu kullanılabilir. Komşu çift kuyulara gelen hızlar varış zamanı

farklılıklarından hesaplanabilir. Vuruş kaynakları kuyunun içinde olduğu için, P-dalgası/S-dalgası içeriğinin değişimi yüzeyde uygulanan metotlara göre daha karmaşıktır.

Tabaka sınırları yataya yakın olduğundan karşıt kuyu deneyi zemin tabakalarının ayrı ayrı test edilmesini sağlar. Ayrıca sismik rafraksiyon araştırmalarında gözden kaçabilen tabakalarında tespit edilmesine olanak tanır. Mekanik vuruş kaynağı kullanılarak 30-60 m. derinlikler arasında güvenilir ölçümler yapılabilir. Daha derinde ölçüm için patlayıcı kaynaklar kullanılmalıdır.

3.1.3.2.Sismik aşağı kuyu (yukarı kuyu) deneyi

Tek sondaj kuyusunda gerçekleştirilebilen bu deneyde vuruş kaynağı kuyuya komşu zemin yüzeyine yerleştirilir. Ya tek alıcı farklı derinliklerde kullanılır ya da belirli aralılarla kuyu duvarına sabitlenmiş birçok alıcı kullanılır. Bir adet de tetikleyici alıcı enerji kaynağında bulunur. Bütün alıcıların çıktıları zamanın bir fonksiyonu olacak şekilde yüksek hızlı bir kayıt sistemine bağlıdır. Yukarı kuyu deneyinde hareket eden bir enerji kaynağı kuyunun içine yerleştirilir, zemin yüzeyinde kuyuya komşu bir alıcı bulunur. Bu deneylerin amacı enerji kaynağındaki alıcılara P veya S dalgalarının ulaşma zamanlarını saptamaktır. Ulaşma zamanının derinlikle olan grafiği çizilir. Bu eğrinin herhangi bir noktasındaki eğim o derinliğe denk gelen dalga hızını verir.

S dalgaları aşağı kuyu deneyinde daha kolay tespit edilir. Bu nedenle aşağı kuyu deneyi daha sık kullanılmaktadır.

3.1.3.3.PS-Logging deneyi

Sismik yöntemler uygulanırken dalga kaynağına, alıcılara ve kayıt sistemine gerek duyulmaktadır. PS-Logging yönteminde farklı olarak diğer yöntemlerde kaynak ve alıcılar ayrı kuyularda veya ayrı yerlerde bulunmaktayken, burada aynı kuyuda bir sıvı içerisinde beraberce hareket etmektedirler. Yani kaynak ve alıcılar kuyu duvarına temasları olmadan aynı birimde, bir kuyu sondasında yer almakta ve kuyu içinde birlikte ilerlemektedirler. Şekil 3.5’te görülebilecek sistemde kaynak seviyesinde kuyu duvarında meydana getirilen deformasyonlar ilerleyerek alıcı seviyesine ulaştığında, kuyu içerisindeki su ile birlikte alıcılar da sarsılmakta ve hareket algılanmaktadır. Yöntem sayesinde alıcılar arasında kalan 0,5 m'ye kadar iyi hassasiyette bir zemin kolonunun hızı doğrudan elde edilebilmektedir.

Kuyu içi PS-Logging sisteminin arazi uygulaması bir sondaj kuyusu içinde istenilen derinliklerde S ve P dalgası kayıtlarının alınması esasına dayanır. Şekil 3.6'da tipik bir kayıt örneği verilmiştir. Şekilden görüleceği üzere her ölçüm derinliğinde iki yatay bir düşey bileşende üç ayrı kayıt alınmaktadır. Birincisi kaynak tetikleme sisteminin bir yönde harekete geçirilmesi ile üretilen S dalgası, yakın ve uzak alıcıların yatay bileşenlerinde kaydedilmektedir (HN). İkinci olarak, kaynağın ilk hareketin ters yönünde ürettiği dalgalar alıcıların yine aynı bileşenlerinde kayıt edilmekte ve böylece S dalgası ölçümleri tamamlanmış olmaktadır (HR). Üçüncü kayıtta ise kaynak son olarak darbe yönünde tekrar tetiklenmekte ve bu defa alıcıların düşey bileşenlerinde P dalgası kayıtlan alınmaktadır.

Şekil 3.6.Kuyu içi PS-Logging yöntemi ile alınan kayıtlara bir örnek

Kaynağa yakın ve uzak alıcıların düşey bileşenlerinde kaydedilmiş dalga formundaki ilk titreşim P dalgası varışını göstermektedir. Varış zamanları arasındaki fark, dalganın 1 m mesafede bulunan iki alıcı arasındaki hareket süresine karşı gelmekte ve P dalgası hızını hesaplamada kullanılmaktadır. Aynı kaynak alıcı konumunda kayıtların kaynağın tersine çevrilerek de alınması ve karşılaştırılması, S dalgasını

tanımada kolaylık sağlamaktadır. Bu durumda S dalgası darbe yönüne bağlı olarak yön değiştirmekte yani polarize olmaktadır. Yatay alıcılardaki kayıtlardan belirlenen zamanlar kullanılarak hem normal hem de ters yönde S dalgası hızı hesaplanmaktadır.

Diğer yaygın yöntemlerden biri olan aşağı kuyu yöntemi ile karşılaştırıldığında kuyu içi PS-Logging yönteminde, deneyler kısa bir süre içerisinde tamamlanabilmekte, kesitte yer alan düşük hızlı ince tabakalar belirlenebilmekte, 300 m gibi derin kuyularda ölçüm yapılabilmekte, kaplamalı veya kaplamasız kuyularda uygulanabilmektedir.

3.2.Sıvılaşma Analizinde Kullanılan Laboratuar Deneyleri