Sıvılaşma Etkisinin Değerlendirilmesi

40 50 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 w_n/w_L P la st is it e İn d is i

Şekil 3.25: Bray ve diğ. (2004a) Tarafından Önerilen Yöntemin Grafiksel Gösterimi (Bray ve diğ., 2004a)

3.7 Sıvılaşma Etkisinin Değerlendirilmesi

Mühendislik amaçları için sıvılaşmayı tahmin etmek önemlidir fakat sıvılaşmanın temel yapısına ve bitişik yapılara vereceği hasarlarda çok önemlidir. Burada sıvılaşmanın etkilerini değerlendirmek için iki yaklaşım açıklanmıştır.

3.7.1 Ishihara Yöntemi (1985)

Ishihara (1985) bir çok vaka analizine bağlı olarak, yüzey çatlakları ve kum kaynamalarından dolayı oluşacak hasarları (Şekil 3.26) önlemek amacıyla sıvılaşmayan zemin yüzey tabakasının kalınlığını (H1) belirlemede Şekil 3.27a’da gösterilen grafiğin kullanılmasını önermiştir. Şekil 3.27b’de ise kartın gelişimi için kullanılan üç farklı durum gösterilmiştir. Bu grafik sıvılaşma potansiyeli olan ve bu tabaka üzerinde sıvılaşmayan tabaka kalınlıklarına bağlı olarak hazırlanmıştır. Şekil 3.27a’da en büyük zemin ivmesi (amaks) ve H1 ile H2’e bağlı olarak zemin hasarı değerlendirilir. Bu grafikte H1 deprem boyunca sıvılaşmayan yüzey tabakasının kalınlığı, H2 ise sıvılaşabilir zemin tabakasının kalınlığını göstermektedir.

Sıvılaşmaya hassas Sıvılaşmaya kısmen hassas Deneysel çalışma gerekli Sıvılaşma olmaz

σ’m<100 kPa (N1)60<10 0.70<e<1.23

Şekil 3.26: Alt Zemin Tabakalarının Sıvılaşması Sonucunda Oluşan Zemin Hasarları (Orijinal Youd, 1984; Kramer, 1996 tarafından yeniden düzenlenmiştir)

Şekil 3.27’i kullanmak için H1 ve H2 tabaka kalınlıkları belirlenmelidir. Şekil 3.27b’de iki durum için sıvılaşmayan yüzey tabakası YASS’in yukarısında yer alan zemin kalınlığı olarak tanımlanmıştır. Bu durumlardan bir tanesinde ise tabakanın bir kısmı YASS altındadır. Vaka analizlerine dayalı olarak bu tabakayı sıvılaşmayan kohezyonlu zemin olarak düşünmüşlerdir. Pratik amaçlar için YASS altındaki sıvılaşmayan zemin tabakasını, H1 tabaka kalınlığını belirlemek için kullanmışlardır. H1 tabaka kalınlığına sahip zeminlerin güvenlik faktörü birden fazladır. Bununla beraber sıvılaşmaya karşı güvenlik faktörü bir değerini sadece biraz geçerse H2 tabakasından suyun yukarı doğru akışından dolayı sıvılaşabilir. Yani sıvılaşmayan tabakanın bir kısmı YASS altında kalırsa mühendislik tecrübesine göre H1 belirlenebilir.

Şekil 3.27b’deki üç durumda da sıvılaşan kum tabakası kalınlığında (H2) SPT-N değeri düzeltilmemiş olup N≤10’dur. H2 tabaka kalınlıklarında güvenlik faktörü bire eşit veya daha azdır.

Ayrıca bu yöntem sıvılaşmanın neden olduğu zemin hasarlarından (Şekil 3.26) dolayı oturma miktarını belirlemenin zor olduğu durumlarda Şekil 3.27’i kullanarak yüzeyde sıvılaşmayan yeterli bir yüzey tabakasının olmasını sağlamak amacıyla bir yaklaşım olarak önerilmiştir (Day, 2002).

Arazide yüzey tabakası sıvılaşmayacak kadar yeterli kalınlığa sahip değilse, zemin yüzeyinde dolgu yapımı, zemin iyileştirme veya derin temel yapımı şeklinde bir yöntem uygulanmalıdır.

Şekil 3.27: a. Sıvılaşmanın Oluşturduğu Zemin Hasarını Değerlendirmek İçin Kullanılacak Kart, b. Kartın Gelişimi İçin Kullanılan Üç Durum (Orijinal grafik Ishihara, 1985; Kramer, 1996 tarafından yeniden düzenlenmiştir)

3.7.2 Sıvılaşma Potansiyel İndeksi

Iwasaki ve diğ. (1982) sıvılaşma potansiyel indeksi (PL) olarak bilinen bir faktörle herhangi bir bölgede olabilecek bir sıvılaşmanın şiddetini aşağıdaki şekilde belirlemiştir.

∫

Burada z derinlik (m), F(z) sıvılaşma direnci faktörü (FL)’in fonksiyonu olup burada F(z)=1-FL’dir. FL>1.0 olursa F(z)=0 ve w(z)=10-0.5*z’dir. Denklem 3.51 PL’in 0-100 aralığında bir değerini vermektedir. Japonya’daki vaka analizlerine dayalı olarak PL>15 olursa şiddetli sıvılaşma etkilerine maruz kalır. Ancak PL<5 olursa arazide sıvılaşmanın etkileri çok az olur.

3.8 Sonuçlar

Kaba daneli zeminlerin sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesiyle ilgili yöntemler (SPT, CPT, Vs) üzerinde çok sayıda çalışmalar yapılmış olup bu yöntemler üzerindeki tartışmalar minimum düzeydedir. Ancak ince daneli zeminlerin sıvılaşma potansiyeli ile ilgili olarak çalışma sayısı, son yıllarda artmasına rağmen çok az olup tartışmalar devam etmektedir. Bu konuyla ilgili bazı araştırmacıların ince daneli zeminlerin sıvılaşma potansiyeliyle ilgili yaptıkları çalışmalar sonucunda ileri sürdükleri fikirleri aşağıda özetlenmeye çalışılmıştır.

Youd’un (1998) yaptığı çalışmada Çin kriteri ince daneli zeminlerin sıvılaşma potansiyelini tahmin etmek için güvenli ve genelde mantıklı olduğunu belirtmiştir. Bununla beraber bu kriterin hassas zeminler için uygun olmayabileceğini belirtmiştir (Bray ve Sancio, 2006; Durgunoğlu ve diğ., 2004). Ayrıca Adapazarında karşılaşılan silt-kil karışımları Çin kriterine göre kısmen sıvılaşmaya hassas olarak sınıflandırılmıştır (Sancio ve diğ., 2002; Karaca, 2001).

Bray ve diğ. (2001), Seed ve diğ. (2001), Bray ve Stewart (2000) ve Sancio ve diğ. (2002, 2003) dane çapının 5 µm’den küçük olan danelerin %15’den fazla bulunduğu kritik zemin tabakalarında zemin yumuşaması ve sıvılaşmanın meydana geldiğine dair çok sayıda gözlem mevcut olduğunu ifade ederek kil yüzdesi kriterinin kusurlu olduğunu belirtmişlerdir.

Bray ve diğ. (2004a) tarafından yapılan çalışmalarında ince daneli zeminlerin sıvılaşma potansiyelini belirlemek için yaptıkları dinamik deney sonuçlarına göre Çin kriterinin güvenli olmadığını belirtmişlerdir.

Sancio (2003b)’un yaptığı çalışmaya göre 5µm ve 2µm’den daha küçük dane miktarına dayalı şartların zemin davranışı ve sıvılaşma potansiyeli için kötü bir gösterge olduğunu söylemekte ve kullanılmaması gerektiğini belirtmiştir.

Seed ve diğ. (2001) ve Bray ve Sancio (2006) tarafından yapılan çalışmalarda 1994 Nortridge, 1999 yılındaki Kocaeli ve Chi-Chi (Taiwan) depremleri modifiye edilmiş Çin kriterini doğrulamayan sonuçlar ortaya koymuştur. Kocaeli depreminde Adapazarı merkezinde ve Chi-Chi depreminde Wu Feng, Yuan Lin ve Nantou şehirlerinde Çin kriterine göre sıvılaşmaması gereken zeminlerde sıvılaşma olayları gözlemlemişlerdir. Ayrıca sıvılaşma sonrası bu dört şehrin tamamında da sıvılaşmanın neden olduğu önemli hasarlar (oturmalar ve/veya kısmen veya tamamen taşıma gücü kayıpları) oluşmuştur.

Ayrıca Bray ve diğ. (2001) wL<35 şartının kullanımında çok dikkatli davranılması gerektiğini çünkü wL>35 olan çok sayıda zeminin orta derecede sıvılaşmaya hassas bulunduğunu ifade etmiştir. wn/wL şartının wn/wL≥0.85 olan zeminler için çok güvenli gördüklerini bunun nedenin ise sıvılaşma/çevrimsel devingenlik ve önemli deformasyonlara hassas olmalarından kaynaklandığını belirtmişlerdir.

Martin ve Lew (1999) killi zeminler, kil yüzdesi (dane boyutu<0.005 mm) %15’den fazla olan zemin demektir. Bu tanımlamaya göre arazi çalışmaları sırasında killi zeminle karşılaşırlırsa bu tür zeminler sıvılaşmaz olarak düşünülebilir olduğunu belirtmiştir.

Boulanger ve diğ. (1998) tarafından yapılan çalışmada kum kaynaması sonucu yüzeye çıkan siltli killi bir numunenin likit limit %38, plastisite indisi %17, ince dane yüzdesi ise %24 olarak belirlenmiştir. Klasik yöntemlere göre sıvılaşmaz olarak düşünülür. Siltli killi kısımların dinamik üç eksenli deney sistemindeki analizinde rezidüel aşırı boşluk suyu basıncı oranı (ru) %80-90 seviyelerinde gelişmiştir. Ayrıca önemli kayma şekil değiştirmeleri oluşmuş olup bunlar yanal deformasyonlara yol açmıştır.

Zeminlerde meydana gelebilecek sıvılaşma yukarıdaki yöntemlerden bazıları kullanılarak belirlendikten sonra sıvılaşmanın temel yapısına veya bitişik yapılara vereceği hasarları değerlendirmek için Ishihara (1985) yöntemi veya sıvılaşma potansiyel indeksi kullanılarak değerlendirilebilir.

Sonuç olarak Perlea (2000)’in çalışmasında, ince daneli zeminlerin tekrarlı yükleme sonrası drenajsız mukavemeti ve sıvılaşma potansiyelini değerlendirmenin en iyi yolunun laboratuvar deneyleri olduğu belirtilmiştir. Bu nedenle ya zemin dinamiğiyle ilgili laboratuvar imkanları kullanılmalı yada yukarıdaki dez avantajlar ve uyarılar dikkate alınarak sıvılaşma potansiyelini değerlendirme yoluna gidilmelidir.