sivilama (kaynak; analiz ve İyiletirme yöntemleri” m

BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi, B. Yağcı Bölüm-7 1

SIVILAŞMA

(Kaynak; “Zeminlerde Sıvılaşma, Analiz ve İyileştirme Yöntemleri” M. Mollamahmutoğlu, F. Babuçcu)

Sıvılaşma, geoteknik deprem mühendisliğinin en önemli ve karmaşık konularından biridir. Literatürde,

sıvılaşmanın bazı özel durumlarda statik şartlarda da meydana gelebileceğinden bahsedilse de, burada

sadece sismik koşullardaki sıvılaşma üzerinde durulacaktır. Sismik sıvılaşma, 29 Nisan 1964'de Alaska,

Good Friday, (MW=9.2) ve 16 Haziran 1964'de Japonya, Niigata, (MS=7.5) depremleri ardından, ilk kez

1965'de Arthur Cassagrande tarafından ortaya konulmuştur. Bu depremlerde birçok bina, temel zemininin

taşıma gücünü yitirmesinden dolayı, yan yatmış, devrilmiş veya batmıştır. İstinat duvarları oluşan aşırı

boşluk suyu basıncı nedeniyle ötelenmiş veya devrilmiştir. Eğimli alanlarda sıvılaşma kökenli akma

ve/veya yanal yayılmalar olmuş ve gömülü yapılar yüzeylenmiştir.

17 Ağustos 1999'da meydana gelen deprem, sıvılaşmayı bir kez daha en çarpıcı yönleriyle ortaya koymuş,

köprü ayakları ve bina temellerindeki yenilmeler büyük hasarlara yol açmıştır .

Sıvılaşma potansiyelinin değerlendirilmesi ile ilgili ilk detaylı çalışma 1970'li yıllarda yapılmıştır. Son otuz

yılda ise, sıvılaşma ile ilgili birçok araştırma yapılmış, konu hakkında kafa karıştırmaya kadar varan farklı

terimler ve analiz yöntemleri geliştirilmiştir. Bu durumun giderilmesi amacıyla, NCEER (1996) ve

NCEER/NSF (National Center for Earthquake Engineering Research)/(National Science Foundation) (1998)

tarafından yapılan çalışmalarda, sıvılaşma konusunda anlaşılabilir ve olabildiğince ortak terminoloji ve

yöntemler ortaya konulmaya çalışılmıştır. Özellikle analiz yöntemleri, elde edilen yeni veriler ışığında

tekrar gözden geçirilerek, modifiye edilmiştir.


SIVILAŞMANIN TANIMI

Sıvılaşma, deprem kökenli devirsel kayma gerilmelerine maruz kohezyonsuz zeminlerde hızlı kayma

mukavemeti kaybıdır. Bazen kayma dayanımı neredeyse tamamen kaybolurken (sıfıra düşerken), bazen de

normalden daha düşük bir değere iner. Her iki durumda da sıvılaşma çok çeşitli hasarlara yol açabilir. Bu

nedenle, değerlendirilmesi geoteknik deprem mühendisliğinin en önemli konularından biridir.

SIVILAŞMA OLGUSU (Fiziksel Süreç)

Bir deprem anında meydana gelen sekonder (kayma) dalga yayılımının neden olduğu devirsel kayma

gerilmeleri gevşek, suya doygun kohezyonsuz bir zeminde hacimsel büzülmeye neden olur. Bu büzülme

zemin tanelerini daha sıkı konumda olmaya zorlar ve taneden taneye yük aktarımına neden olur. Bu yük

transferi boşluk suyu basıncını arttırır. Sismik sarsıntı çok hızlı meydana geldiği için, kohezyonsuz zemin

drenajsız yüklemeye maruz kalır ve taneli yapı içinde aşırı boşluk suyu basıncı oluşur. Bu basınç, artmaya

devam ederse, öyle bir düzeye ulaşır ki, taneden taneye aktarılan temas basıncı (efektif gerilme) kaybolur.

Bu durumda, taneli zemin katıdan çok bir sıvı gibi davranır. Bu aşamada sıvılaşma denilen olay meydana

gelir.


Ayrıca, sıvılaşmanın fiziksel süreci aşağıdaki şekilde şematik halde sunulmuştur.

Zemin sıvılaştıktan sonra, aşırı boşluk suyu basıncı sönümlenmeye başlayacaktır.

Zeminin sıvılaşmış halde kalma süresi iki ana faktöre bağlıdır:

1. Depremden kaynaklanan sismik salınım süresine

2. Sıvılaşmış zeminin drenaj şartlarına

Sıvılaşmanın fiziksel süreci

Depremin neden olduğu

tekrarlı kayma gerilmeleri

yüklemesi ne kadar uzun ve

güçlü ise, sıvılaşma hali o

kadar kalıcı olacaktır.

Eğer sıvılaşmış zemin altta

ve üstte kil tabakası ile

sınırlanmış ise, sıvılaşmış

zeminden suyun akışı ile

aşırı boşluk suyu basıncının

sönümlenmesi de uzun süre

alacaktır. Sıvılaşma işleminin

tamamlanmasından sonra,

zemin daha sıkı konumda

olacaktır.


SIVILAŞMA TÜRLERİ

Neden olduğu hasar tipleri göz önüne

alındığında iki çeşit sıvılaşmadan

bahsedilebilir:

1. Akma türü sıvılaşma ve

2. Devirsel hareketlilik (mobilite).

Akma Türü Sıvılaşma

Akma türü sıvılaşma, büyük hasarların

gözlendiği akma yenilmelerini oluşturur.

Zeminin statik dengesi için gerekli kayma

gerilmelerinin, sıvılaşmış zeminin

dayanımından (rezidüel dayanım) büyük

olduğu durumlarda oluşur .

Suya doygun gevşek zeminin

drenajsız şartlarda davranışı


Genellikle büyük bir zemin kütlesinin onlarca metre deplasman yapması şeklinde oluşan akma türü

sıvılaşma, bir kez tetiklendikten (başladıktan) sonra, tamamen statik kayma gerilmeleri tarafından

sürdürülür. Bu durum bir benzeşimle açıklanabilir:

Şekil' deki kayakçının statik dengesi, kendisini başlangıç noktasından ileriye ittiğinde bozulmaktadır. Bu

küçük hareketten sonra yer çekimi kuvveti etkisiyle oluşan statik kuvvetler, kar ile kayakçı arasındaki

sürtünme kuvvetini aşarak kayakçının rampadan aşağıya doğru ivmelenmesine neden olmaktadır.

Kayakçıyı kararsız bir konuma sürükleyen durum ile akma türü sıvılaşmayı tetikleyen dinamik kuvvetler

benzeşim göstermektedir. Her iki durumda da, küçük rahatsızlıklar yerçekimi kuvvetinin harekete

geçmesine ve büyük, ani hareketler oluşturmasına neden olmaktadır.

Akma türü sıvılaşmanın tetiklenmesi ile

benzeşim gösteren kayakçının hareketi


Devirsel Hareketlilik (Mobilite)

Devirsel mobilite, kabul edilemeyecek kadar

büyük, kalıcı deformasyonlar üreten bir başka

sıvılaşma olayıdır. Zeminin statik dengesi için

gerekli kayma gerilmelerinin, sıvılaşmış zeminin

dayanımından (rezidüel dayanım) küçük olduğu

durumlarda oluşur. Devirsel mobilite nedeniyle

oluşan deformasyonlar, deprem sarsıntıları

süresince artarak devam eder. Yanal yayılma

olarak adlandırılan bu tür deformasyonlar, su

kütlelerinin yanındaki az eğimli veya hemen

hemen düz yüzeyli zeminlerde görülür.

Yapılaşmanın olduğu bölgelerde önemli

hasarlara neden olabilir.

Suya doygun sıkı zeminin

drenajsız şartlarda davranışı


Devirsel mobilitenin özel bir durumu da, düz yüzeyli zemin sıvılaşmasıdır. Düz yüzeyli zeminlerde, yanal

deformasyonları engelleyecek statik kayma gerilmelerinin bulunmayışı, dinamik kuvvetlere maruz kalan

zeminlerde yer salınımı olarak bilinen büyük, düzensiz hareketler oluşmasına neden olur. Yer salınımı

sonucu ise zeminde aşırı boşluk suyu basıncı üretilir. Bu salınım sonucu oluşan aşırı boşluk suyu

basıncının sönümlenme ihtiyacı, zemin içindeki suyun yukarı yönde hareket etmesine neden olur. Eğer

boşluk suyu yeteri kadar hızlı hareket ederse, zemindeki çatlaklar arasından yüzeye kum taneleri

taşınabilir. Bum kum taneleri kum tepecikleri veya kum kaynaması şeklinde birikir. Hidrolik denge için

gerekli süreye bağlı olarak, deformasyonlar deprem sona erdikten sonra da görülebilirler. Aşırı düşey

oturmalar ve kum kaynaması oluşumu, düz yüzeyli zemin sıvılaşmasının karakteristik belirtileridir.

Yorum

Sıvılaşma olayının oluşum mekanizması göz önüne alındığında görülmektedir ki akma türü sıvılaşmada,

zemin tanecikleri arasındaki temas kuvvetlerini ifade eden efektif gerilme değeri sıfıra eşitlenmektedir.

Devirsel mobilite de ise tanecikler arasındaki temas kuvvetleri azalmakta fakat tamamen yok

olmamaktadır. Bu tespit göz önüne alınarak, kitabın yazarları, akma türü sıvılaşma için tam sıvılaşma,

devirsel mobilite için ise kısmi sıvılaşma ifadelerini kullanmayı önermektedir.


SIVILAŞMA KÖKENLİ HASAR TİPLERİ

Sıvılaşma sonucunda, binalarda, köprülerde, boru hatlarında ve diğer yapılarda farklı şekilde hasarlar

oluşabilir. Sıvılaşma aynı zamanda zemin yüzeyi hareketinin oluşumunu da etkileyebilir.

Akma türü sıvılaşma sonucunda akma yenilmeleri oluşur. Buna ek olarak ağır yapıların batması veya

devrilmesi, hafif gömülü yapıların yüzmesi ve istinat yapılarının yıkılması da akma türü sıvılaşma olayı

sonucu görülebilecek hasarlardandır.

Devirsel hareketlilik (mobilite) sonucunda ise şev göçmesi, binalarda oturma, yanal yayılma ve istinat

duvarlarında yanal ve düşey deplasmanlar gibi hasarlar görülebilir.

Sıvılaşma kökenli hasarlar, iyi tutulmuş bir sıvılaşma arşivi ile daha net olarak belirlenebilir.

Kum Kaynaması

Sıvılaşma olayı genellikle kum kaynamasıyla

birlikte düşünülür. Sıvılaşma derinde

oluştuğu ve zemin yüzeyi yanal deplasmana

izin vermeyecek kadar hafif bir eğime sahip

olduğu zaman, sıvılaşma zonu üstündeki

zemin (sıvılaşmayan zemin) blokları

birbirinden ayrılabilir ve sıvılaşmış zon

üzerinde sallanır. Neden olunan zemin

salınımına açılan ve kapanan çatlaklar eşlik

edebilir. Deprem sırasında oluşan boşluk

suyu basıncının sönümlenme ihtiyacı, boşluk

suyunun yukarı yönde hareket etmesine

neden olur. Bu hareket, zemin taneciklerine

yukarı yönde etki eden kuvvetler oluşturur.

Bu kuvvetler, bazı partiküllerin su ile beraber

yüzeye kadar taşınmasına ve yüzeyde kum

konileri oluşmasına yol açar.


Kum kaynaması genellikle bir hat üzerinde gözlenir. Zemindeki çatlak veya yarıkları takip eder ve

çoğunlukla çökme ve nispeten küçük hasarlara yol açarlar .

1999 Chi-Chi depreminde oluşan kum kaynaması

2000 Tottori depreminde

oluşan kum kaynamaları

10

Akma Göçmesi

Akma göçmeleri çoğunlukla 3 dereceden daha fazla eğimlerde meydana gelirler. Sıvılaşmanın neden

olduğu en feci göçmelerdir. Ansızın ortaya çıkarlar. Çabuk gelişirler ve çoğu zaman bir zemin kütlesinin

oldukça geniş şev, aşağı hareketini içerirler.

Akma göçmeleri biçimi San Francisco'daki Merced Gölü kıyısı boyunca 1957 yılında gelişen bir akma kayması

1964 Alaska depreminde Turnagain tepelerinde görülen akma göçmesi

1971 depreminde The Lower San FernandoBarajında oluşan akma göçmesi

11

Yanal Yayılma

Genellikle çok az eğimli (0.3°-3°) yamaçlarda veya su kütlelerine komşu düzlüklerde gelişmektedir. Yanal

yayılımlar, altta bulunan zeminin sıvılaşmasını ve yüzeysel sediment blokların yanal deplasmanını ihtiva

eder. Bu yayılımlar, çoğunlukla birkaç metre ile sınırlıdır. Bu gibi hareketler, tipik olarak dolgulara, liman

tesislerine, boru hatlarına, köprülere ve yüzeysel temellere sahip diğer yapılara zarar vermektedir.

Yanal yayılma oluşum biçimi

2001 Nisqually, WA depreminde Pajaro Sunset Lake'de yanal yayılma

1989 Loma Prieta depreminde devlet parkı yakınında oluşan yanal yayılma

2001 Nisqually depremi Green River boyunca oluşan yanal yayılma

12

İstinat Yapısı Yenilmesi

Sıvılaşmış temel zemininin destek kaybından veya istinat yapısı arkasındaki sıvılaşmış zeminden oluşan

artan yanal yüklerden kaynaklanır. Bu etkiler sonucu istinat yapısı düşey ve/veya yatay yönde

deplasmanlara maruz kalır .

İstinat yapısı yenilme biçimi

2003 Tokachi-oki depreminde sıvılaşma sonucu oluşan istinat duvarı yenilmesi

1995 Kobe depreminde sıvılaşma sonucu oluşan istinat duvarı yenilmesi

1995 Kobe depreminde sıvılaşma sonucu oluşan istinat duvarı yenilmesi

13

Taşıma Gücü Kaybı

Temel zemini sıvılaşma sonucu dayanımını kaybeder. Bir başka deyişle, taşıma gücünü yitirir. Bunun

sonucu, üzerinde bulunan yapılar batar, döner, yan yatar veya devrilir

1964 Niigata depreminde sıvılaşma sonucu devrilen binalar

Taşıma gücü kaybı yenilme biçimi

1999 Türkiye depreminde Adapazarı ilinde sıvılaşma sonucu devrilen binalar1995 Kobe depreminde sıvılaşma sonucu yan yatan tank

14

Gömülü Yapı Yüzeylenmesi

Sıvılaşma esnasında kaldırma kuvveti etkisiyle, muayene bacası, tank, boru hatları ve benzeri hafif yapılar

zemin yüzeyine yükselir

Gömülü yapı yüzeylenmesi biçimi 2000 Tottori depreminde sıvılaşma sonucu muayene bacası yükselmesi

2003 Tokachi-oki depreminde sıvılaşma sonucu muayene bacası yükselmesi

2004 Nügata Chuetsu depreminde sıvılaşma sonucu muayene bacası yükselmesi


SIVILAŞMAYA ETKİ EDEN FAKTÖRLER

Zeminde sıvılaşma oluşumunu etkileyen birçok faktör vardır. Laboratuvar deney sonuçları yanında arazi

gözlemleri ve çalışmalarına dayalı olarak, sıvılaşmayı etkileyen en önemli faktörler aşağıda açıklanmıştır.

Deprem şiddeti ve süresi

Zeminde sıvılaşmanın gerçekleşmesi için bir yer sarsıntısına ihtiyaç vardır. Zeminin hacimsel büzülmesine

ve aşırı boşluk suyu basıncının gelişmesine neden olan kayma deformasyonlarını, yer hareketinin ivme ve

sarsıntı süresi gibi özellikleri belirler. Sıvılaşmanın en yaygın nedeni, deprem anında açığa çıkan sismik

enerjidir. Deprem şiddeti ve sarsıntı süresi artarken, sıvılaşma için potansiyel de artmaktadır. Yüksek

büyüklüklü depremler, hem büyük yer ivmesi hem de daha uzun süreli yer sarsıntı üretir .

Veriler az olsa da, sıvılaşmanın oluşması için gerekli eşik bir sarsıntı değerinin olduğu tahmin

edilmektedir. Bu eşik değerler, maksimum yatay yer ivmesi için yaklaşık 0.10 g ve yerel büyüklük için

yaklaşık olarak 5'dir. Bu nedenle, 0.10 g'den daha küçük bir maksimum yatay yer ivmesinin veya 5'den

daha küçük bir yerel büyüklüğün söz konusu olduğu yerler için, sıvılaşma analizine gerek yoktur.


Yeraltı su seviyesi

Sıvılaşma için en elverişli koşullar, yeraltı su seviyesinin yüzeye yakın olduğu zaman ortaya çıkmaktadır.

Yeraltı su seviyesi üzerinde yer alan ve suya doygun olmayan zeminlerin sıvılaşması söz konusu değildir.

Şu anda yeraltı su seviyesi üzerinde bulunan zeminler, hidrolojik rejim dikkate alındığında, gelecekte

büyük olasılıkla doygunluk oluşmayacağını gösteriyorsa, genellikle sıvılaşma potansiyeli için

değerlendirilmeye alınmaz.

Yeraltı su seviyesinin zaman içinde alçalıp yükseldiği yerlerde, sıvılaşma potansiyeli de paralel şekilde

artar ve düşer. Diğer bilgi kaynakları su seviyesinde daha yüksek veya daha düşük bir seviyeyi işaret

etmediği sürece, sıvılaşma analizinde geçmişte kaydedilmiş en yüksek yeraltı su seviyesi kullanılmalıdır.

Poulos vd. (1985) sıvılaşmanın, boşluklardan havanın kaçışını sınırlayacak kadar hızlı yüklenmiş kuru ve

gevşek, çok büyük kum veya silt kütlelerinde de oluşabileceğini belirtmektedir. Kuru ve gevşek kumların

böyle hareketinden akıcı kum veya akıcı zemin olarak söz edilir. Bu tip zeminler sıvılaşmış zemin gibi

akabilmelerine rağmen, bunlara ait zemin deformasyonları, burada sıvılaşma olarak tanımlanmayacaktır.

Doğru olanı, sıvılaşmanın yeraltı su seviyesi altında bulunan zeminler için oluşacağını göz önünde

bulundurmaktır.

Zemin Tipi

Ishihara (1985) sıvılaşmaya en duyarlı zemin türleri için şunu belirtmektedir: "Depremler esnasında zemin

sıvılaşması ile ilişkili tehlikenin ince ve orta kum ile düşük plastisiteli ince taneler içeren kum çökellerinde

karşılaşıldığı bilinmektedir. Bununla birlikte, sıvılaşmanın zaman zaman çakıllı zeminlerde de oluştuğu

durumlar rapor edilmiştir. "

Bu durumda, sıvılaşmaya duyarlı zemin türleri; plastik olmayan (kohezyonsuz) zeminlerdir. Kohezyonsuz

zeminlerin sıvılaşmaya karşı en az dirençliden en çok dirençliye kadar olan bir sıralaması kabaca; temiz

kumlar, plastik olmayan siltli kumlar, plastik olmayan siltler ve çakıllar olarak verilebilir. Bu sıralamanın

birçok istisnası olabilir. Örneğin, Ishihara (1985, 1993) madencilik endüstrisinden elde edilen, gerçekte

öğütülmüş kayalardan oluşan ve kaya unu olarak sınıflandırılan atıkların durumunu tanımlamıştır. Ishihara

(1993) kaya ununun suya doygun halde iken önemli bir kohezyona sahip olmadığını ve temiz bir kum gibi

davrandığını belirtmektedir. Bu maden atıklarının sıvılaşmaya karşı direncinin temiz kumdaki kadar düşük

olduğu gösterilmiştir.


Seed vd. (1983) laboratuvar deneyi ve arazi performansına dayalı olarak, kohezyonlu zeminlerin büyük

çoğunluğunun depremler esnasında sıvılaşmayacağını belirtmiştir. Başlangıçta Seed ve Idriss (1982)

tarafından açıklanan ve sonradan Youd ve Gilstrap (1999) tarafından pekiştirilen kriterler kullanılarak, ince

taneli zeminlerin (plastik siltlerin) sıvılaşması için, aşağıdaki üç kriterin tamamının karşılanması

gerekmektedir:

• 0.005 mm'den daha ince partiküllerin zemindeki kuru ağırlıkça yüzdesi 15'den daha az olmalıdır

(yani, 0.005 mm'den geçen yüzde <15).

• Likit limit değeri 35'den küçük olmalıdır (yani, LL<35).

• Zeminin su muhtevası (w) likit limitin 0.9'undan daha büyük olmalıdır [yani, w>0.9(LL)].

İnce taneli zeminin bu üç kriterin tümünü karşılamadığı durumda, zeminin genellikle sıvılaşmaya duyarlı

olmadığı düşünülür. Kohezyonlu zeminde sıvılaşma olmasa da, sismik sarsıntıdan dolayı önemli bir

drenajsız kayma direnci kaybı olabilir.

Zeminin Relatif Sıkılığı (Dr)

Zemini oluşturan tanelerin boyut, biçim ve dağılım gibi özellikleri, zeminin deformasyon özelliğini etkiler.

Deformasyon özelliği de aşırı boşluk suyu basıncı oluşumunda etkili olduğundan, sıvılaşma potansiyelinin

belirlenmesinde en önemli faktör zeminin sıkılık oranıdır. Relatif sıkılık oranı aşağıdaki şekilde ifade edilir:


Aşağıdaki Çizelge'de relatif sıkılık değerleri temel alınarak elde edilen zemin sınıflandırması gösterilmiştir.

Bu zemin sınıflaması göz önüne alındığında relatif sıkılık değeri %65'den büyük olan zeminlerde

sıvılaşmanın oluşmayacağı söylenebilir. Nitekim 1964 Niigata depreminde relatif sıkıfığı %50 olan kumlu

zeminlerde sıvılaşma oluşmuş fakat relatif sıkılığı yaklaşık %70 olan bölgelerde sıvılaşma oluşmamıştır

(Seed ve Idriss, 1971).

Aşağıdaki Çizelge'de ise zeminler, farklı ivme değerlerinde relatif sıkılıkları göz önüne alınarak sıvılaşma

riski açısından sınıflandırılmışlardır. İvme değeri arttıkça sıvılaşma riski sınıflamasına giren relatif sıkılık

değerleri de artmaktadır (Seed & Idriss, 1971).

Arazi çalışmalarından bilindiği kadarıyla, gevşek durumdaki kohezyonsuz zeminler sıvılaşmaya duyarlıdır.

Gevşek ve plastik olmayan zeminler, aşırı boşluk suyu basınçlarının gelişmesine neden olan sismik

salınım esnasında hacimsel olarak büzülür. Başlangıç sıvılaşmasına erişildiğinde gevşek kumlar için

kayma deformasyonunda ani ve anormal bir artış olur.


Sıkı kumlarda, başlangıç sıvılaşma durumu, devirsel kayma gerilmesi tersine çevrildiği zaman, kumun

hacimsel artış eğiliminde olmasından dolayı, büyük deformasyonlara neden olmaz. Poulos vd. (1985)

arazideki zeminde hacimsel artış olduğu gösterilebildiği takdirde, sıvılaşmaya duyarlı olmayacağı için,

zeminin sıvılaşma açısından değerlendirilmesine gerek olmadığını belirtmektedir. Esasen, hacimsel artışlı

zeminler sıvılaşmaya duyarlı değildir. Çünkü bunların drenajsız kayma direnci, drenajlı kayma direncinden

büyüktür.

Tane Boyu Dağılımı

Üniform derecelenmiş plastik olmayan zeminler, dengesiz tane dizilimi oluşturma eğilimindedirler ve

bunların sıvılaşmaya duyarlılığı iyi derecelenmiş zeminlerden daha fazladır. İyi derecelenmiş zeminlerde,

büyük taneler arasındaki boşlukları dolduran küçük taneler de vardır. Bu durum, deprem esnasında oluşan

aşırı boşluk suyu basıncında daha az artışa neden olmak suretiyle, zeminin potansiyel hacimsel

büzülmesini azaltma eğilimindedir. Sıvılaşma yenilmelerinin çoğunun üniform derecelenmiş granüle

zeminlerde geliştiğini gösteren arazi kanıtları vardır

Zeminlerde sıvılaşabilir

granülometri aralığı

(Handbook on liquefaction

Remediation on

Reclaimed Land, 1997)


Yerleştirme ve Çökelme Ortamı

Hidrolik dolgular (su altında yerleştirilmiş dolgu), su içinde düşen zemin partikülleri ile oluşturulan gevşek

ve dağınık zemin yapısı nedeniyle sıvılaşmaya oldukça duyarlı olma eğilimindedir. Göllerde, nehirlerde

veya denizlerde oluşan doğal çökeller, gevşek ve dağınık zemin yapısı oluşturma eğiliminde olup,

sıvılaşmaya daha duyarlıdır. Sıvılaşmaya duyarlı zeminler gölsel, alüvyal ve denizel çökelme ortamlarında

oluşur.

Drenaj Şartları

Aşırı boşluk suyu basıncının hızlı sönümlenmesi durumunda zemin sıvılaşmayabilir. Böylece, çok yüksek

geçirimli çakıl drenler veya çakıl tabakalara bitişik zeminlerde sıvılaşma potansiyeli azalır.

Çevre Basınçları

Çevre basıncı ne kadar büyükse, zeminin sıvılaşmaya karşı hassaslığı da o kadar azdır. Daha yüksek çevre

basıncı oluşturan koşullar; daha derin bir yeraltı su seviyesi, zemin yüzeyinden oldukça derinde yer alan

zemin tabakası ve zemin yüzeyine uygulanmış bir sürşarjdır. Arazi incelemeleri, olası sıvılaşma bölgesinin

genellikle zemin yüzeyinden yaklaşık 15 m'lik bir derinliğe indiğini göstermektedir. Daha derinde yer alan

zeminler, genellikle daha yüksek çevre basınçlarından dolayı sıvılaşmaz. Bu durum, 15 m'den daha

derindeki zeminlerde sıvılaşma analizi yapılmayacağı anlamına gelmez. Birçok durumda, 15 m'den daha

derin zeminler için bir sıvılaşma analizi yapmak gerekebilir. Ayrıca, su içine gevşekçe dökülmüş herhangi

bir zemin çökeli için bir sıvılaşma analizi yapılmalıdır (yani, kalınlığı 15 m'yi aşsa bile, su içine gevşekçe

dökülmüş dolgunun tüm kalınlığı için sıvılaşma analizi yapılmalıdır). Benzer şekilde, alüvyonun hızlıca

çökeldiği bir saha için de 15 m'den derin seviyeler için sıvılaşma analizi gerekebilir. Bir sıvılaşma

analizinin hangi derinlikte sonlandırılması konusunda büyük tecrübe ve mühendislik yargısı gereklidir.

Tane Şekli

Zeminin tane şekli de sıvılaşma potansiyelini etkileyebilir. Örneğin, yuvarlak taneli zeminler, köşeli zemin

tanelerinden daha kolay sıkışma eğilimindedirler. Dolayısıyla, yuvarlak zemin partikülleri içeren bir zemin,

sıvılaşmaya karşı köşeli zemin partikülleri içeren bir zeminden daha duyarlıdır.

21

Yaş ve Çimentolanma

Yeni çökelmiş zeminlerin sıvılaşmaya karşı duyarlılığı, eski zemin çökellerinden daha fazladır. Yoshimi vd.

(1989), uzun süre çevre basıncına maruz kalan zeminlerin sıvılaşma direncinin, süreyle birlikte arttığını

göstermişlerdir. Aşağıdaki Çizelge'de çökellerin jeolojik yaşına göre tahmini bir sıvılaşma duyarlılığı

verilmiştir.

Sıvılaşma direncinde zamanla meydana gelen artış, deformasyon veya zemin partiküllerinin daha duraylı

dizilimde sıkışmasından ileri gelebilir. Tanelerin temasında zaman içinde çimentolaşma gelişimi de olabilir.


Tarihsel Ortam

Zeminin tarihsel ortamının sıvılaşma potansiyelini etkileyebileceği de belirlenmiştir. Örneğin, daha önce

sismik sarsıntıya maruz kalmış eski zemin çökelleri, yeni oluşturulmuş aynı sıkılığa sahip aynı zemin

numunesine kıyasla artan bir sıvılaşma direncine sahiptir (Seed vd., 1975).

Aşırı konsolidasyon oranında (OCR) ve sükûnetteki zemin yanal basınç katsayısındaki artış da sıvılaşma

direncinin artmasına yol açar (Ishihara vd., 1978). Buna örnek olarak, erozyon nedeniyle zeminin üst

tabakasının aşınması gösterilebilir. Alttaki zemin ön yüklemeye maruz kaldığından dolayı, aşırı

konsolidasyon oranı ve sükûnetteki zemin yanal basınç katsayısı yüksek olacaktır. Ön yüklemeye maruz

kalan böyle bir zeminin sıvılaşmaya direnci, ön yüklemeye maruz kalmamış aynı zeminden daha fazla

olacaktır.

Bina Yükü

Bir kum çökeli üstüne ağır bir binanın inşası, zeminin sıvılaşma direncini azaltabilir. Örneğin, zemin

yüzeyinde bir radyenin ağır bir binayı desteklediğini varsayalım. Radye altındaki zemin, bina yükünün

neden olduğu kayma gerilmelerine maruz kalır. Bina yükünün zeminde neden olduğu bu kayma gerilmeleri

zemini sıvılaşmaya karşı daha duyarlı yapabilir. Bunun nedeni; zeminin hacimsel büzülmesi ve dolayısıyla

sıvılaşması için gerekli deprem kökenli ilave kayma gerilmesinin daha küçük olmasıdır.

Özetle, sıvılaşmaya en çok duyarlı saha koşulları ve zemin türü aşağıdaki gibidir:

Saha koşulları:

• Dışmerkeze veya büyük bir depremin fay yırtılma yerine yakın saha

• Yeraltı su seviyesinin yer yüzeyine yakın olduğu saha

Belirli saha koşulları için sıvılaşmaya en duyarlı zemin türü:

• Çok gevşek veya gevşek halde, zemin taneleri arasında çimentolaşma olmayan, evvelce ön yüklemeye

veya sismik sarsıntıya maruz kalmamış, yakın zamanda çökelmiş, üniform gradasyonlu ve taneleri

yuvarlak kumdan oluşan zemin.

sivilama (kaynak; analiz ve İyiletirme yöntemleri” m

Documents