Sıvılaşma

Doygun kohezyonsuz zeminlerde deprem sarsıntısı esnasında hakim olan drenajsız koşullarda, zeminin sıkılaşma eğilimi boşluk suyu basıncının artmasına ve efektif gerilmenin azalmasına sebep olarak sıvılaşma olarak tanımlanan olayı başlatmaktadır. Bu süreç sonucunda gelişen sıvılaşma olayları 1-akma sıvılaşması (statik kayma gerilmesi>zeminin sıvılaşmış haldeki kayma dayanımı) ve 2-devirsel hareketlilik (statik kayma gerilmesi<zeminin sıvılaşmış haldeki kayma dayanımı) olmak üzere iki ana guruba ayrılmıştır. Sıvılaşma terimi tarihsel olarak ilk kez Mogami ve Kubo, 1953 tarafından kullanılmış olup (Kramer, 1996); yakın zamanda oluşan depremlerdeki felaket boyutundaki yıkımlar, deprem sarsıntısının bir sonucu olarak dikkatleri kumlu zeminlerin sıvılaşması üzerine çekmiştir.

Tekrarlı Yükleme Boyunca Doygun Kumların Sıvılaşması (Seed ve Lee, 1966); Doygun Kumların Sıvılaşması Üzerine Deneysel Bir Çalışma (Yoshimi, 1967); Mino-Owari, Tohnankai ve Fukui Depremlerinde Sıvılaşmış Kumların Karakteristik- leri (Kishida, 1969) bu alanda yapılmış olan sayısız çalışmaların ilk örneklerindendir. 1964 Niigata ve Alaska depremlerini takiben Seed ve Idriss, 1971 zemin sıvılaşma potansiyelinin hesaplanabilmesi için “basitleştirilmiş yöntem” adı ile bir hesaplama yöntemi geliştirmişlerdir. Bunu takiben Seed ve ark., 1975a,1975b, 1983, 1985 ile Youd ve Idriss, 2001 yaptıkları çalışmalarla bu yönteme katkıda bulunmuşlardır.

Literatürde halen kullanılan yöntemler arasında Japon Yol Kurumu (JRA- Japan Road Association, 1991) tarafından geliştirilmiş olan kriter de sayılabilir. Ancak, sıvılaşmanın arazide tüm zemin tabakalarında oluşmadığı ve sıvılaşma potansiyeli analizi yapılmadan önce sıvılaşmanın meydana gelmesi için, gerekli koşulların oluşup

oluşmadığının incelenmesi gerektiği konusu literatürde önemle vurgulanmıştır. Başlangıçta temiz kumlu zeminler üzerinde yapılan sıvılaşma potansiyeli ile ilgili çalışmalar, daha sonraki yıllarda oluşan depremlerin çok sayıda veri ve hasar örnekleri sağlamasının ardından, siltli ve çakıllı zeminlerin de sıvılaşabilirliği konusuna yayılma göstermişlerdir. Günümüzde sıvılaşma olayı o kadar önemli hale gelmiştir ki, artık zemin sıvılaşma mühendisliği alanı uygulamada kendisine yer bulmuştur (Seed ve ark., 2003). 1970’li yıllardan itibaren dünya çapında oluşan depremlerin de gözlenmesi ile hem silt, killi silt gibi zeminlerde de sıvılaşmanın görülebildiği, hem de kohezyonlu zeminlerde deprem tarafından tetiklenen boşluk suyu basıncı yükselmesinin efektif gerilmeyi azaltarak zemin yumuşamasına ve yapı hasarına sebep olduğu yapılan araştırmalarla ispatlanmıştır.

Kishida, 1969 Mino-Owar, Tohankai ve Fukui depremlerinde %70’in üzerinde ince dane ve %10 kil içeriği olan zeminlerde sıvılaşmanın olduğunu; Wang (1979, 1981, 1984) ise birçok kohezyonlu zeminde depremlerin sıvılaşmaya sebep olduğunu çalışmalarında göstermişlerdir. Seed ve ark., 1983 sıvılaşmaya duyarlı bazı zeminleri bulmuşlardır. Depremlerde doğal zeminlerin stabilitesi (Isihara, 1985); siltli kumlarda sıvılaşma (Ansal ve Erken, 1987); periyodik kayma gerilmeleri altında killerin drenajsız davranışı (Ansal ve Erken, 1989); 1992 Erzincan Depreminde kumlu zeminlerin sıvılaşma potansiyeli (Erken ve Ansal, 1998); siltler ve silt-kil karışımlarında sıvılaşma (Guo ve Prakash, 1999); kohezyonlu zeminlerde sıvılaşma (Perlea, 2000); siltler ve silt-kil karışımlarında sıvılaşma (Prakash ve Puri, 2003)siltler ve killer için sıvılaşma duyarlılığı (Boulanger ve Idriss, 2006); periyodik yükleme altında killi zeminlerde sıvılaşma (Gratchev ve ark., 2006); ince daneli zeminlerin sıvılaşma duyarlılığının değerlendirilmesi (Bray ve Sancio, 2006) çalışmaları, bu alanın seçilmiş örnekleridir.

Modifiye Çin Kriteri (Finn ve ark., 1994), Andrews ve Martin, 2000; Seed ve ark., 2003; Bray ve ark., 2004; Önalp ve ark., 2006 silt ve kil içeren zeminlerin sıvılaşması konusunda geliştirilmiş ve halen yaygın olarak kullanılan kriterlerden bazılarıdır. Adapazarı siltlerinin sıvılaşabilirliği hakkında bir değerlendirme (Sancio ve ark.,

2003); Adapazarı silt ve kil karışımlarının tekrarlı davranışı (Pekcan ve ark., 2004); 1999 Kocaeli depreminde Adapazarı’nda sıvılaşma (Erken ve ark., 2004); zeminlerin dinamik üç eksenli ve burulmalı deney sistemlerindeki davranışı (Şener ve ark., 2007); 17 Ağustos 1999 Marmara Depreminden sonra Adapazarı şehrinde sıvılaşma hassasiyetinin değerlendirilmesi (Fırat ve ark., 2009) çalışmaları ise Adapazarı zemin örnekleri ile yapılmış olan çalışmalardan bazılarıdır.

Üzerinde yapı bulunmayan ve serbest saha koşulları olarak tanımlanan eğimsiz zemin profillerinde deprem yükleri altında sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesine ait literatürde çok sayıda çalışma yapılmış ve genel bir görüş birliği oluşmuştur. Ancak üst yapı etkisi altındaki temel zeminlerinin sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesi alanı henüz yeni olup, bu konuda farklı görüşler ortaya atan çalışmalar devam etmektedir. Literatürde serbest arazi şartlarındaki sıvılaşma potansiyeli analizinde çok kullanılan yöntem olan “Basitleştirilmiş Yöntem” i geliştiren araştırmacılardan olan Seed, eğimli sahalarda veya ağır yapılar altındaki tabakalarda başlangıç kayma gerilmeleri ve yüksek çevre basıncının etkisini dikkate almak üzere dinamik kayma gerilmesi oranı (DKGO) üzerinde K ve Kfaktörleri ile bir düzeltme yapılmasını önermiştir. Daha sonra literatürde konu incelenmeye devam edilmiş ve Seed ve Harder, 1990; Hynes ve Olsen, 1999; Seed ve ark., 2003; Idriss ve Boulanger, 2004 gibi birçok araştırmacı tarafından Kfaktörü için değişik bağıntılar geliştirilmiştir (Özaydın, 2007).

Zemin tabakalarının sıvılaşma potansiyeli üzerinde yapı yükünün etkisini araştıran son çalışmalardan biri de Unutmaz ve Çetin, 2007 tarafından geliştirilen “Basitleştirilmiş Analiz Yöntemi” dir. Bu yöntemde, üst yapı tarafından zemine iletilen ek düşey gerilmeleri ve statik kayma gerilmesi şartlarını da dikkate alan KKdüzeltme faktörleri kullanılmıştır. Kfaktörünün ise zeminin sıkılığına ve statik kayma gerilmesi/düşey efektif gerilme değerine bağlı olduğu gösterilmiş olup, literatürde Unutmaz ve Çetin, 2007 yaklaşımının sıklıkla kullanıldığı görülmüştür. Unutmaz ve Çetin, 2008; zemin-yapı-deprem etkileşiminde dinamik kayma gerilmesi oranı (CSRSSEI) terimini oluşturmuş ve sıvılaşma potansiyelinin üzerinde üst yapının etkisini belirlemek için de bu değerin serbest arazidekine oranlanması yolu ile bulunan

aşağıdaki bağıntı kullanılmıştır: SSEI FF CSR CSRR CSR  (2.1) Her geçen gün farklı verilerin elde edilmesi ile birlikte bu konudaki çalışmaların da yoğun bir şekilde devam etmekte olduğu literatürde görülmektedir.

2.4.2. Zeminlerde sıvılaşma ile ince daneli ve kohezyonlu zeminlerde