Zemin SıvılaĢması Ġçin Gerekli KoĢullar

Bazı araĢtırmacılar tarafından yapılmıĢ olan arazi ve laboratuvar çalıĢmalarına göre zemin tiplerinin hepsi sıvılaĢmaya karĢı hassas değildir. SıvılaĢma durumunun meydana gelebilmesi için gerekli olan Ģartların oluĢması gerekmektedir. Zemin sıvılaĢmasını etkileyen faktörler aĢağıda detaylı olarak açıklanmıĢtır.

Depremin büyüklüğü ve süresi

Deprem sırasında oluĢan sismik enerjinin de etkisi ile oluĢan tekrarlı kayma gerilmeleri neticesinde boĢluk suyu basıncının artmasıyla birlikte sıvılaĢma durumu oluĢmaktadır. Depremin süresi ve büyüklüğü arttıkça, meydana gelen sismik enerjinin de artıĢ göstermesine bağlı olarak zeminde deformasyonlara yol açacak yer sarsıntısı ve büyük yer ivmesi meydana gelmektedir. Yer sarsıntısının da etkisiyle artan yer ivmesiyle meydana gelen kayma değiĢimleri, zemin içerisindeki tanelerin aralarında yer değiĢtirmesi, boĢluk suyunun da artmasına bağlı olarak sıvılaĢma olayı meydana gelmektedir. Netice olarak, depremin büyüklüğünün ve süresinin artmasına da bağlı olarak zeminde belirli tabakalarda sıvılaĢma potansiyelini de artıracaktır (Mert 2018).

Yeraltı su seviyesi

SıvılaĢma olayı, suya doygun halde bulunan kohezyonsuz zeminlerde meydana gelmektedir. Bu sebepten dolayı bölgedeki yeraltı su seviyesinin yüzeye yakın olması sıvılaĢma tehlikesini daha da artırmaktadır. Obermeier (1996)‟ya göre yeraltı su düzeyinin zemin yüzeyinden itibaren birkaç metre derinlikte olduğu durumda sıvılaĢma olabileceğini ve buna ek olarak sıvılaĢma için uygun olan derinliğin zeminden itibaren yaklaĢık 2 ile 4 metre arasında olduğunu ifade etmiĢtir (Tosun 2002). Yeraltı su seviyesinin üstünde kalan, zemin içerisinde su bulunmayan veya suya doygun olmayan zeminlerde sıvılaĢma olayı mümkün olmadığından, literatüre göre bu tür zeminler genelde sıvılaĢma durumu için değerlendirmeye alınmamaktadır (Mollamahmutoğlu ve Babuçcu 2006).

Zeminin tipi

Kohezyonsuz (plastik olmayan) zeminler, sıvılaĢma potansiyeli yüksek zemin türleridir. Bu tür zemin profiline örnek olarak; plastik olmayan siltli kumlar, plastik olmayan siltler, temiz kumlar ve çakıllar verilebilir (Mollamahmutoğlu ve Babuçcu 2006). Siltli ve killi zeminlerde ise, permeabilite katsayısı düĢük olduğundan genel hatlarıyla ön sıvılaĢma durumunun oluĢmadığı kabul edilmektedir (Mert 2018).

Literatür çalıĢmalarına da baktığımızda ince taneli, kohezyonlu kil ve siltli zeminlerinin sıvılaĢıp sıvılaĢmadığı konusunda tartıĢmalar hala devam etmektedir. Fakat yapılan çalıĢmalar neticesinde geliĢtirilen kriterlerden biri olan Çin kriterlerine (Wang 1979) göre; düĢük plastisiteye sahip ince taneli halde bulunan zeminlerin sıvılaĢabilirliği konusunda genel anlamda zeminin kil içeriği yüzdesinin (< 0.005mm‟den küçük tane yüzdesi) < %15, likit limit değerinin (LL) < %35 ve su muhtevasının (w) likit limit değerinin %90‟ına eĢit veya daha fazla olması halinde zeminlerin sıvılaĢabileceği ifade edilmektedir. ġimdiye kadar tarif edilmeye çalıĢılan sıvılaĢma kriterleri, tüm zemin türlerinin sıvılaĢma potansiyelinin belirlenmesi için yeterli değildir. Örneğin, 2004 yılında Bray ve arkadaĢları tarafından 1999 yılında meydana gelen Kocaeli Depremi sonrasında Adapazarı‟nda yapılan bir araĢtırmanın neticesinde, Çin kriterlerince sıvılaĢmaz diye tahmin edilen zeminlerin de sıvılaĢabileceği ġekil 2.5‟de gösterilmiĢtir (Çetin ve Unutmaz 2004).

ġekil 2.5 1999 Kocaeli Depremi sonucunda Adapazarı‟nda elde edilmiĢ deney sonuçları (Bray

vd. 2004, (a) Seed ve Idriss (1982), Wang (1979), (b) Andrews ve Martin (2000) (c) Seed vd. (2003).

Zeminin sıkılık derecesi

Zemin tanelerinin yerleĢme Ģekli; boĢluk suyu basıncı üzerinde, oluĢumunda ve zeminin sıvılaĢabilirliği noktasında çok büyük etkisi vardır. Tekrarlı yüklere maruz kalan kohezyonsuz zeminlerin dinamik davranıĢını etkiyen en önemli faktörlerden birisi de zeminin sıkılık derecesi oranıdır. Bu çalıĢmalar neticesinde Seed ve Idriss (1971) tarafından önerilen relatif sıkılık oranının zemin sınıflandırılması arasındaki iliĢki Çizelge 2.3‟de verilmiĢtir.

Çizelge 2.3 Relatif sıkılık oranının (Dr) zemin sınıflandırılması arasındaki iliĢki.

Relatif Sıkılık (Dr) Açıklama 0-15 Çok GevĢek 15-35 GevĢek 35-65 Orta Sıkı 65-85 Sıkı 85-100 Çok Sıkı

Zeminin tane boyutu ve dağılımı

Literatür çalıĢmalarına göre kohezyonsuz (plastik olmayan) zeminlerin, dinamik yükler etkisi altındaki davranıĢı üzerinde tane dağılımının ve boyutunun önemli derecede etkin olduğunu göstermiĢtir. GevĢek halde bulunan temiz (kil, silt veya farklı bağlayıcı madde içermeyen) ve kohezyonsuz kum zeminler, sıvılaĢma açısından en uygun zeminler olarak gösterilebilir. ġekil 2.6'da, zeminler için potansiyel olarak sıvılaĢabilir ve kolay sıvılaĢabilir durumdaki tane boyutu aralıkları sunulmaktadır. Bu Ģekle detaylı olarak baktığımızda, orta ve ince boyutlu kum zeminler hızlı ve kolayca sıvılaĢabilir olduğu görülmektedir. Ayrıca; Evans ve Zhou tarafından 1995 yılında yapılan çalıĢma neticesinde, kum-çakıl karıĢımlarının sıvılaĢmaya karĢı direncin, zeminde çakıl oranının artması ile birlikte olumlu yönde artıĢ gösterdiği görülmüĢtür (Tosun, 2002).

ġekil 2.6 SıvılaĢma açısından duyarlı tane boyutu aralığı (Iwasaki 1986).

Tabakalanma özellikleri ve drenaj Ģartları

Suya doygun halde bulunan, kohezyonsuz ve gevĢek zeminlerde sıvılaĢmaya sebep olan etkenlerden birisi de drenajsız koĢullar altında boĢluk suyu basıncının artmasına iliĢkin olarak taneler arası efektif gerilmenin azalmasıdır. Zemin tabakalarının üstünde daha az geçirime sahip baĢka bir zemin tabakası olması halinde, deprem sırasında meydana gelen boĢluk suyu basıncı etkisinin sönümlenmesi için ihtiyaç olan gerekli drenaj süresi uzamasından kaynaklı sıvılaĢma potansiyeli artmıĢ olacaktır (ÇavuĢ 2015).

Zeminde boĢluk suyu basınç artıĢının sönümlenmesi halinde ise zemin tabakasında sıvılaĢma meydana gelmeme ihtimali söz konusudur (Mollamahmutoğlu ve Babuçcu 2006).

Çevre basıncı

Zemin yüzeyinden itibaren daha derinlere gidildikçe, yükselen çevre basıncına bağlı olarak, zeminin tabakalarının sıvılaĢmaya karĢı hassasiyeti azalmaktadır. Yapılan çalıĢmalar neticesinde, sıvılaĢmanın olayının zemin yüzeyinden itibaren yaklaĢık olarak

15 metre derinliğe kadar etkilediği bölgelerde oluĢabileceğini, 15 metreden sonraki derin bölgelerde ise, zemin tabakalarının daha yüksek bir çevre basıncına maruz kalacağı düĢünülerek genellikle bu derinliklerde bulunan zeminlerde sıvılaĢma olayının olmayacağını araĢtırmalar göstermektedir. Bu duruma ek olarak sıvılaĢmayacağı düĢünülen zemin veya bölgelerde birçok durum için sıvılaĢma analizi yapılması gerekebilmektedir (Mert 2018).

Zeminin tane Ģekli

Yuvarlak Ģekle sahip zemin tanelerinden meydana gelen zeminler, köĢeli haldeki zemin tanelerinden oluĢmuĢ olan zeminlere istinaden daha kolay sıkıĢabilme eğilimi gösterdiğinden bu tür zeminler sıvılaĢmaya tehlikesine karĢı daha hassas özellik göstermektedir (Mollamahmutoğlu ve Babuçcu 2006). 2014 yılında yapılan Wei ve Yang‟ın çalıĢmalarında, temiz kum içerisine yuvarlak Ģekle sahip toz katkılar katılması, daha açısal, köĢeli Ģekilde bulunan tozların eklenmesi haline göre, sıvılaĢma riskini etkin bir Ģekilde artırmıĢ olduğunu ve bu deneysel farklılığın ise eklenen katkı tanelerinin sertliğinden daha çok Ģeklinden dolayı olduğunu belirtmiĢlerdir.

YaĢ ve taneler arası çimentolanma

SıvılaĢma olayının meydana gelebilmesi açısından en uygun jeolojik ortamlar, gevĢek ve genç çökellerin bulunduğu alanladır. Holosen yaĢlı diye ifade edilen on bin yıldan daha genç olan çökeller, sıvılaĢma potoniyeli yüksek olan çökellerdir. Son dönemlerde ülkemizde meydana gelen depremler esnasında sıvılaĢma durumunun çoğunlukla bu tip çökellerin olduğu alanlarda meydana geldiği tespit edilmiĢtir (Ulusay 2000). Zemin taneleri arasında sıklıkla görülen çimentolanma olayı poroziteyi (gözenekliği) azalttığından dolayı, zemin tanelerinin yerleĢmesine, sıkıĢmasıyle iliĢkili olarak zeminin sıvılaĢma mukavemetinde artıĢ meydana getirmektedir. Yer altı suyu seviyesi derinliğinde sismik dalgalanmaların olduğu asidik ortamlarda (örneğin organik asitler) meydana gelen kimyasal reaksiyonlar nedeniyle taneler arası çimentolanmanın zayıflaması buna bağlı olarak da sıvılaĢma direncini de azaltmaktadır (ÇavuĢ 2015).

AĢırı konsolidasyon oranı

Zemin tabakalarının sıvılaĢma olayında önemli etkenlerden birisi de konsolidasyon derecesidir. Ishihara ve Takatsu‟nun 1979 yılında yapmıĢ olduğu çalıĢmada, nehir kumu kullanarak yapmıĢ oldukları üç eksenli burulmalı kesme deneyi neticesinde, aĢırı konsolide oranının (OCR) artmasına bağlı olarak zemin sıvılaĢma direncinin doğrusal olmayan bir Ģekilde arttığını tespit etmiĢlerdir (ġekil 2.7).

ġekil 2.7 AĢırı konsolidasyon oranının sıvılaĢma direncine etkisi (Ishihara ve Takatsu 1979).