ZEMİN
SIVILAŞMASI
Sıvılaşma Potansiyeli, Sıvılaşma Koşulları
ve
Gerekli Önlemler
ZEMİN SIVILAŞMASI
1964 yılında Nigita va Alaska’da oluşan yıkıcı depremlerde sıvılaşma olayının yoğun olarak görülmesi bilim adamlarının dikkatini bu konuya çekmiştir. 1995 yılında olan Kobe depremi ve ülkemizde gerçekleşen 17 Ağustos 1999 İzmit depremi, 12 Kasım 1999, Bolu-Düzce depremleri’de sıvılaşmanın oluşturduğu tahribatı bir kez daha ortaya koymuştur.
Zemin sıvılaşması, yeraltı su seviyesi altındaki tabakaların geçici olarak mukavemetlerini kaybederek, katı yerine viskoz sıvı gibi
davranmalarıdır.
Özellikle, kil bulunmayan kum ve siltler ve bazen çakıllar sıvılaşma potansiyeline sahiptirler. Deprem sırasında oluşan deprem dalgaları
suya doymuş daneli tabakalardan geçerken dane yerleşim düzenini değiştirir ve bu durum gevşek olarak bulunan danelerin göçerek
yerleşmesine ve sıkışmasına sebep olur.
Zemin Sıvılaşması Nedir?
Bu yerleşme sırasında daneler arasında su yol bulup kaçamazsa boşluk suyu basıncı yükselir. Eğer bu basınç üstte bulunan tabakaların ağırlığına yakın bir seviyeye ulaşırsa, daneli tabaka geçici olarak sıvı gibi davranarak sıvılaşma olayını ortaya çıkarır.
Katı zemin davranışını kaybeden malzeme, su ile birlikte toprak zemin içerisinde bulduğu çatlak ve fisürlerden yüzeye doğru hareket eder. Yüzeyde sıvılaşmanın gözlenmesi de, tek veya ard arda sıralanmış kum konileri, çatlaklar boyunca kum birikmeleri ve kum fışkırması şeklindedir.
Zemin Sıvılaşması Nedir?
Drenaj koşullarının olmadığı bir ortamda, boşluk suyu basıncının deprem dalgaları nedeniyle artması ve toplam basınca eşit olması veya toplam basıncı aşması sonucu sıvılaşma oluşur.
’ = - u
’=efektif gerilme
=toplam gerilme u=boşluk suyu basıncı
’=0 değerinin sıfır olması, toplam basıncın boşluk suyu basıncına eşit olmasını gösterir. Bu konumun anlamı, zemin üzerinde duran yapının deniz veya göl üzerinde durması gibidir.
Zemin Sıvılaşması
Zemin Sıvılaşmasının Sonuçları
Zeminin sıvılaşması sonucu yapı zemine batabilir veya hafif yapılarda yukarı doğru hareket gözlenebilir. Sıvılaşan zeminde,
küçük kayma gerilmeleri büyük şekil değiştirmelere sebep olur ve
yapılarda zemin göçmesi hasarları meydana gelir. Bir zeminin sıvılaşması esas olarak;
zeminin gevşekliğine, daneler arasındaki bağa, kil miktarına ve
boşluk suyunun drenajının engellenmesine bağlıdır.
Sıvılaşma Koşulları
1. Jeolojik Ortam
Genellikle aşağıda belirtilen, jeolojik anlamda genç ve gevşek olan çökeller, zemin türü açısından sıvılaşmanın gelişmesi için uygun ortamlardır;
* Temiz kumlar ve siltli kumlar özellikle güncel ve gevşek kumlar,
* Halosen’e (10000) yıl) ait delta, akarsu taşkın düzlüğü, alüvyal düzlük ve plaj ortamlarına özgü toprak zeminler,
* Gevşek dolgular ve maden atık barajlarında biriktirilen ince taneli malzemeler,
Sıvılaşma Koşulları
2. Yer altı Suyu
Sıvılaşma için yer altı suyu tablasının sığ olması gerekir. Bu derinlik genellikle 0 ile 10 m arasında değişmektedir.
Ender olmakla birlikte, su tablasının derinliğinin 20
m civarında olduğu yerlerde de sınırlı miktarda sıvılaşmanın
meydana geldiği bilinmektedir.
Sıvılaşma Koşulları
3. Sismik Aktivite
Sıvılaşmanın meydana gelmesinde rol oynayan tekrarlı gerilimlerin bir deprem (Sismik aktivite) aracılığıyla üretilmesi gerekir. Dolayısıyla deprem büyüklüğü ve odaktan uzaklık gibi parametreler, sıvılaşma olgusu açısından önem taşımaktadır.
Sıvılaşma Koşulları
3. Jeomorfolojik Özellikler
Jeomorfolojik açıdan aşağıda çizelgede belirtilen birimler, sıvılaşma potansiyeline göre sınıflandırılmışlardır.
Sıvılaşma Koşulları
4. Hidrojeolojik Özellikler
Sıvılaşma potansiyeli yüksek olan zemin koşulları ve şartlarını kısaca aşağıdaki gibi özetlenebilir;
(a)
Derinliği 15 metre ile 20 metre arasında bulunan, düşey basınç gerilmeleri
yüksek olmayan, suya doygun kumlu ve siltli
kumlu, killi kumlu
zeminler (ilk 10 m)
Sıvılaşma Koşulları
5. Zemin Özellikleri
Sıvılaşma potansiyeli yüksek olan zemin koşulları ve şartlarını kısaca aşağıdaki gibi özetlenebilir;
(b)
Dane çapı üniform dağılımlı olan silt-kum
cinsi ve özellikle, D
10değerinin 0.005 mm ile
0.15 mm arasında
olduğu zeminler
Sıvılaşma Koşulları
5. Zemin Özellikleri
Sıvılaşma potansiyeli yüksek olan zemin koşulları ve şartlarını kısaca aşağıdaki gibi özetlenebilir;
(c)
Standart penetrasyon değerinin (SPT) yüzeye
yakın yerlerde N<10 ve 20 metre derinliklerde
N<20 olduğu kumlu
zeminler
Sıvılaşma Koşulları
5. Zemin Özellikleri
Sıvılaşma potansiyeli yüksek olan zemin koşulları ve şartlarını kısaca aşağıdaki gibi özetlenebilir;
(d.1)
1. Elek analizinde 0.005 mm’den geçen kısmı ağırlıkça %15’den daha az
2. likit limit <0.35
3. su muhtevası >0.9LL olan
killi zeminler
Sıvılaşma Koşulları
5. Zemin Özellikleri
(d-2)
Kohezyonlu zeminler için;
- Su içeriği – likit limit (1) - Sıvılık indeksi (3) - İçsel sürtünme (4) - plastiklik indeksi (6) Bu koşullar sağlanıyorsa sıvılaşma potansiyeli vardır.
(1)
(3)
(4)
(6)
Sıvılaşma Koşulları
5. Zemin Özellikleri
(d-3)
Sıvılaşma Koşulları
5. Zemin Özellikleri
Sıvılaşma potansiyeli yüksek olan zemin koşulları ve şartlarını kısaca aşağıdaki gibi özetlenebilir;
(e)
Bağıl yoğunluk (Dr-Relatif Yoğunluk), taneli zeminlerde oturmanın ve/veya sıvılaşma riskinin tayininde dikkate alınan temel parametrelerden biridir.
Deprem sarsıntısı sırasında hem oturma, hem de boşluk suyu basınçları önemli ölçüde artar.
Sıvılaşma Analizi
Sıvılaşma koşulu, Seed and Idriss (1982), tarafından güvenlik katsayısı için aşağıda verilen aralıklara göre değerlendirilmektedir.
Potansiyel Sıvılaşma
30 25 20
15 Sıvılaşma
0 0
10 5
0.6
0.2 0.4 0.8 1 1.2
Sıvılaşma Yok
2.6 1.6
1.4 1.8 2 2.2 2.4 2.8 3
Derinlik (m)
Güvenlik Faktörü (GF)
GF 1 Sıvılaşma
1 < GF 1.2
Potansiyel Sıvılaşma GF > 1.2
Sıvılaşma gerçekleşmez
Sıvılaşma Analizi
Bir sondajda her seviye için ayrı ayrı hesaplanan I
Ldeğerleri toplanarak o lokasyona ait sıvılaşma potansiyeli indeksi belirlenir. Bu indeks aşağıdaki değişim aralıklarına göre
tanımlanmaktadır.
Sıvılaşma indeksi (IL) değerlerine göre sıvılaşma potansiyeli dereceleri (Iwasaki et al., 1984)
Sıvılaşma İndeksi IL
Sıvılaşma Potansiyeli Derecesi
0 Çok düşük
0 < IL < 5 Düşük
5 < IL < 15 Yüksek
15 < IL Çok yüksek
Gerekli Önlemler
vibroflotasyon kompaksiyon enjeksiyon
Zemin iyileştirilmesi
* Dinamik kompaksiyon
* Sıkıştırma enjeksiyonu
* Drenaj
* Vibroflotasyon
Sıvılaşmaya duyarlı zeminlerde yapı inşasının yapılmaması
Sıvılaşmaya dayanıklı yapı inşası yapılması gerekmektedir.
Gerekli Önlemler
Eğer yüzeysel temel yapılacaksa radye temel tipi seçilmelidir
.Temelin altında yerel olarak bulunan bir sıvılaşma zonundan kaynaklanacak
yükler, bu tür bir temel tarafından sıvılaşan zonun çevresindeki sıvılaşmayan zonlara aktarılarak, yapının görebileceği hasarlar en aza
indirilmekte veya önlenmektedir.
Gerekli Önlemler
Derin temellerde ise; zemin sıvılaşması derin temellerin üzerinde büyük yanal yüklerin etkimesine neden olur. Bu nedenle, zayıf ve sıvılaşmaya yatkın
zeminler içinde yapılan kazık temeller, sadece yapıdan gelen üst yükleri zemine aktarmakla kalmayacak, aynı zamanda zayıf zeminin sıvılaşması
halinde yatay yönde etkiyen yüklere ve eğilme momentlerine de karı koyacaktır. Sıvılaşmanın etkilerine karı yeterince direnç gösterebilmesi için
kazıkların daha büyük çaplı ve yeter donatılı yapılması gerekir. Kazık temel uygulamalarında dikkat edilmesi gereken önemli bir konu da, kazıklar ile yapı
tabanı arasındaki bağlantıların esnek bir şekilde yapılmasıdır
