SIVILAŞMAYA ETKİ EDEN DİĞER FAKTÖRLER

Sıvılaşmaya ikinci ve üçüncü derecede etki eden diğer faktörler aşağıda özetlenmiştir. 3.1 Sediment Tipi, Yaşı, Mineralojisi ve Taneler Arası Çimentolanma

Sedimentin tipi ve yaşı bir granüler zemin depozitinin yoğunluğunu, çimentolanma derecesini, deprem enerjisini transfer etme yeteneğini ve hidrolik geçirgenliği etkiler. Zemin tanelerinin boyutu, şekli, taneler arası yerleşim düzeni, yatay olarak devamlılığı ve hidrolik iletkenliği; sedimentin depolandığı çevresel etkilerin bir fonksiyondur. Tane boyutu, tane şekli, taneler arası yerleşim ve hidrolik iletkenlik sıvılaşma riskine tesir eden faktörlerdendir. Mesela gevşek, hidrolik iletkenliği az olan, çakıl boyutundan küçük ince kum ve silt zeminlerde sıvılaşma riski daha fazladır [10].

Zayıfça asitik (organik asitler gibi) olan, yeraltı su seviyesi yüksek yerlerde, yer altı suyu kuvars kaynaklı kumlarda çimentolanmayı önemli ölçüde engeller. Sıvılaşma riskinin zaman içerisinde değişimi; yeraltı suyu derinliğindeki dalgalanmalara ve suyun kimyasal özelliklerine oldukça bağlıdır. Yeraltı suyu derinliğinin çok fazla inip çıktığı yerlerde kimyasal reaksiyonlar oluşabilir. Ayrıca, kildeki hidrolik sızmaların sonucu olarak, zemin taneleri arasında bağlanmalar ve kilitlenmeler olabilir veya asidik ortamda çimentolanma zayıflayabilir. Bütün bu şartlar ise sıvılaşma riskini azaltır veya artırır [6].

Seed (1979), Youd ve Perkins (1978), ve Youd ve Hoose (1979), gibi araştırmacılar, depozitlerin jeolojik yaşı arttıkça, zemin yoğunluğun, taneler arası çimentolanmanın, kilitlenmenin ve sıvılaşma direncinin artacağını ifade etmişlerdir. Genellikle birkaç bin yaşında olan genç depozitlerin daha yaşlı olan Holosen sedimentlere göre sıvılaşma riski daha fazladır. Pleistosen Sedimentler ise Holosen Sedimentlere kıyasla sıvılaşmaya daha dirençlidir. Pliyosen öncesi depozitlerde ise hemen hemen sıvılaşma olmaz. Fakat jeolojik yaş arttıkça sıvılaşma direncinin mutlaka artacağı söylenemez. Bazı Holosen yaşlı genç depozitlerde sıvılaşma olmazken bazılarında sıvılaşma olduğu veya bazı daha genç depozitlerde sıvılaşma gözükmezken pliyosen gibi çok daha yaşlı depozitlerde sıvılaşma olduğu rapor edilmiştir. Bu sebeple basitleştirilmiş sıvılaşma potansiyeli

analizlerinde depozit yaşına bağlı olan bir düzeltme faktörü geliştirilmemiştir [14].

3.2 Yatay Toprak Basıncı Katsayısı ve Aşırı Konsolidasyon Oranı

Yatay toprak basıncı katsayısı ( Ko ) arttıkça, ön sıvılaşmaya yol açacak gerilme oranları daha fazla artmaktadır (Şekil 8). Ayrıca Şekil 9’da görüldüğü gibi aşırı konsolidasyon oranı, (A.K.O.)’nun artmasıyla da sıvılaşma direnci artmaktadır [15].

Şekil 8- Yatay Toprak Basıncı Katsayısının Sıvılaşmaya Etkisi [7].

Şekil 9- Aşırı Konsolidasyon Oranın Sıvılaşmaya Etkisi [16]

Tekrarlı yüklemeli laboratuvar test verileri; sıvılaşma direncinin, çevresel (yanal) basınç arttıkça arttığını göstermektedir. Fakat bu artış lineer olmayıp non-lineerdir. Yatay efektif toprak basıncının düşey efektif basınca veya toplam düşey toprak basıncına olan oranı arttıkça, sıvılaşma riski azalmaktadır [14, 17]. 3.3 Sıvılaşabilen Tabaka Kalınlığı

Kumlu zeminler, ince taneli silt ve kil zeminlere göre daha geçirimlidir. Ancak, geçirimli bir kum zemin tabakası kalın ve geniş ise bu durumda drenaj yolu uzayacağından, bir deprem anında oluşan ani yükleme altında, bu tür zeminler drenajsız zemin tabakası gibi davranabilir ve sıvılaşma riski artar [2, 18].

3.4 Sıvılaşmayacak Geçirimsiz Zemin Tabakası Mevcudiyeti ve Kalınlığı

33 Sıvılaşabilir bir zemin tabakası üstünde sıvılaşmaz kalın bir tabaka varsa, bu bir deprem anında oluşan aşırı boşluk suyu basıncının yukarı yönde boşalmasını engelleyeceğinden, sıvılaşma riskini artırır [6]. 3.5 Arazinin Eğimli/Eğimsiz Olması

Eğimli zemin tabakalarının sıvılaşma riski eğimsiz-düz zeminlere kıyasla daha fazla olmaktadır. Gevşek ve orta sıkılıktaki, yüksek yanal basınç altındaki eğimli (şevlere yakın) zemin elemanlarında statik kayma gerilmesi artmakta ve bu yüzden sıvılaşma direnci daha az olmaktadır [14].

3.6 Zeminin Geçmişinde Daha Önce Sıvılaşmış Olması

Şekil 10. da görüldüğü gibi, geçmişte deprem etkisi altında kalmış kum tabakalarının sıvılaşmaya karşı dirençleri artmaktadır [7, 15, 19].

Şekil 10 - Sismik geçmişin sıvılaşmaya etkisi [7]. 4 ZEMİN SIVILAŞMA RİSK ANALİZLERİ Bir zemin tabakasının sıvılaşma potansiyeli başlıca şu metotlarla belirlenebilir:

 Zemin tabakasında oluşacak tekrarlı dinamik kayma gerilmelerinin ve bu gerilmelerden önemli olanlarının tekrar sayısının hakim periyodu ve zamana bağlı yayılımının hesaplandığı, basitleştirilmiş metotlar.

 Zemin davranış modellemesi ile bir zemin depozitinde oluşacak tekrarlı kayma gerilmelerin hesaplandığı, ileri dinamik analiz metotları.

 Olasılık veya yumuşak hesaplama yöntemleri (Yapay sinir ağları, Bulanık mantık vs. gibi)

 Geçmiş depremlerde sıvılaşma olan veya olmayan yerlerin zemin ve deprem parametrelerinin karşılaştırılmasına dayanan ampirik metotlar.

1.ve 2. tür metotlarda, sıvılaşmaya neden olacak tekrarlı kayma gerilmelerinin elde edilmesi için, bozulmamış zemin numuneleri üzerinde laboratuvar veya arazi deneylerinin yapılması zorunludur. Bu veriler genellikle uygulanan tekrarlı kayma gerilmesinin, düşey efektif basınca olan oranı şeklinde verilmektedir. Bu oran, sıvılaşmayı oluşturacak gerekli kayma gerilmesi sayısı veya hakim olan tekrarlı birim deformasyon sayısı ile ilişkilendirilmektedir. Sonra bu tekrarlı kayma gerilme oranı değerleri, arazi deneyleri ile ilişkilendirilmektedir [20, 21].

4.1 Basitleştirilmiş Yöntemler

Basitleştirilmiş yöntemler ile sıvılaşmaya karşı güvenlik faktörü değerinin hesaplanması için önce sıvılaşmanın oluşması için gereken tekrarlı kayma gerilmesi değerleri, laboratuvar deneylerinden bulunur. Sonra bunlar, arazide, deprem anında oluşacak kayma gerilmeleri ile karşılaştırılır. Basitleştirilmiş yöntemlerde sıvılaşmaya neden olacak tekrarlı kayma gerilmesi oranı; genellikle, Standart Penetrasyon Deneyi (SPT), konik penetrasyon deneyi (CPT), kayma dalgası hızı yöntemi (Vs) ve Becker penetrasyon deneyi (BPT) verileri ile ilişkilendirilmektedir.

4.1.1 Standart penetrasyon testine dayalı metot

Standart penetrasyon testine dayalı sıvılaşma direnci değerlendirmesi, Şekil 11 deki grafik kullanılarak yapılmaktadır. SPT (N1)60 datası, yaklaşık M=7.5 büyüklüğündeki depremlerde sıvılaşma olan ve olmayan yerlerden elde edilen sonuçlar olup, bu sonuçlar önce yaklaşık 100 kpa lık düşey toprak basıncı ile normalize edilmiş sonra SPT enerjisi oranı %60’a göre düzeltilmiştir. Sonra, grafikteki tekrarlı gerilme oranı (CSR), % 60 enerji düzeltmesi yapılmış SPT (N1)60 verileri ile ilişkilendirilmiştir [22]. (1) denklemi kullanılarak veya zemin dinamik davranış modellemesi yapılarak CSR=

0.65

vo av







d vo vo max

r

g

a





(1)

elde edilebilir. Burada;

a_max: Maksimum deprem yüzey ivmesi, m/s2

τav: Ortalama dinamik kayma gerilmesi, kPa vo



: Düşey gerilme, kPa vo



: Düşey efektif gerilme, kPa g: Yerçekimi ivmesi, m/s2

34 Şekil 11’deki eğriler %5’e eşit veya daha az, %15 ve % 35 oranında ince tane içeren kum zeminler için geliştirilmiştir. Deprem magnitüdü 7.5’den farklı olan depremler için, tekrarlı kayma gerilmesi oranı (CSR), magnitüt

düzeltme faktörleri ile düzeltilmektedir. Magnitüt (M) düzeltme faktörleri, Şekil 12’den elde edilmiştir (Youd ve Idrıss, 2001)

Şekil 11- Sıvılaşma olayları datasından elde edilen M=7.5 olan depremler için SPT temiz kum eğrileri [22].

35 4.1.2 Konik penetrasyon testine dayalı metot

CPT deneyinin en önemli avantajı, stragrafik değerlendirme için penetrasyon direncinin sürekli profilini vermesidir. CPT, diğer penetrasyon deneyleri ile mukayese edilirse daha tutarlı olup ve tekrar edilebilirdir. Profil sürekliliği, zemin tabakalarının daha detaylı tanımlanmasına olanak verdiğinden, CPT yöntemi; sıvılaşma-direnç profillerinin çıkartılmasında daha avantajlı olmaktadır. Fakat CPT deneyinin, birkaç SPT deneyi ile doğrulanması gerekmektedir. (Youd ve Idrıss, 2001). Şekil 13 de temiz kumlar için (ince tane % si

%5

); CRR veya CSR nin CPT ile ilişkisi verilmektedir [23].

Şekil 13- CPT sıvılaşma verilerinin CSR veya CRR ile ilişkisi [23].

4.1.1 Kayma dalgası hızına dayalı metot Andrus ve Stokoe (1997-2000), arazi kayma dalgası hızı (Vs) ölçümlerinden “sıvılaşma direnci” kriterini geliştirmişlerdir. Vs’ nin sıvılaşma direnci indeksi olması gayet uygundur. Çünkü hem Vs hem de CRR, boşluk oranı (e), efektif çevre basıncı ( '

c



), gerilme geçmişi ve jeolojik yaşla ilişkilidir.

Vs yönteminin diğer penetrasyon testlerine göre üstünlükleri:

 Bir zemin kolonunda iri tanelerin var olması (çakıl, taş vs. gibi), SPT, CPT gibi yöntemlerin performansını etkilemektedir. Ancak Vs tekniğinde, penetrasyon yöntemi ile zemine dalmanın zor olduğu ve kuyu

açma imkânının güç olduğu bölgelerde çalışmak ve veri almak mümkün olmaktadır.  Vs, zemin malzemesinin temel bir mekanik özelliği olup direk olarak küçük-birim deformasyon kayma modülü (G) ile doğrudan ilişkilidir.

 Kayma modülü G, zemin-yapı etkileşim analizleri ile ileri dinamik zemin davranış analitik analizlerin kullanılan bir parametredir.

Vs tekniğinin dezavantajları:

 Sismik dalga hızı ölçümleri, küçük birim deformasyonlar da yapılmaktadır. Buna karşılık, boşluk suyu basıncı gelişimleri ve sıvılaşma deformasyonları büyük deformasyon olayıdır.

 Sismik Vs deneyi ile zeminlerin sınıflandırılabilmesi amacıyla numune almak mümkün değildir. Bu yüzden sıvılaşamayan yumuşak killi zeminlerin tespiti ve ayırt edilmesi mümkün değildir.  Vs yöntemi genelde geniş aralıklarla

yapılmakta olup, bu da ince düşük Vs

tabakasının tespit edilmesini zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, zayıfça çimentolanmış yüksek Vs hızlı zeminlerin tespiti için SPT ve CPT gibi testlerin yapılmasına ihtiyaç vardır. Şekil 14 de yedi tane CRR-Vs1 eğrisi karşılaştırılmaktadır.

36

Şekil 14 - a) Sıvılaşma direnci ve taneli

zeminler için kayma dalgası hızı ilişkileri ([14], b) Kayma dalgası hızı kullanarak farklı deprem büyüklükleri için zemin sıvılaşması değerlendirme

şeması [21].

5 BARAJLARIN ALÜVYON TEMELLERİNİN

Belgede BÜL TE Nİ TEKNİK DSİ NİSAN 2015 SAYI: 119 YIL : (sayfa 37-41)