SIVILAŞMA

• Sıvılaşma Nedir?

• Sıvılaşma hangi ortamlarda gerçekleşir?

• Sıvılaşmaya etki eden faktörler nelerdir?

• Sıvılaşmanın Etkileri

• Geçmiş Depremlerden Örnekler

• Arazide tahkik; SPT, CPT, Vs çalışmaları

• Sıvılaşma Analizi

Sıvılaşma nedir?• Sıvılaşma, deprem gibi hızlı • yüklemeler altında, daneli • zeminlerde (Siltli,kumlu zeminler) • görülen bir olaydır.

• Sıvılaşma, ani yükleme sonucunda suya doygun daneli zeminin yapısının bozulması ile oluşur. Ayrık taneler arasındaki temas kuvvetinin azalması boşluk suyu basıncının yükselmesi ve zeminin direncini kaybetmesiyle oluşur.

Sıvılaşma hangi ortamlarda gerçekleşir

• Daneli yapıların olması (Siltli,kumlu birim)

• Daneler arası boşlukta su olması,

• Daneler arası bağın kuvvetli olmaması,

• Deprem gibi ani bir kuvvetin bulunması

Sıvılaşma

• Gözeneklerin suyla dolgun olması danecikler üzerinde basınç oluşturur (boşluk suyu basıncı).

• Basınç, danecikler arası bağı denetler.

• Normal koşullarda denge söz konusudur ve “iç” basınç düşüktür.

• Depremin neden olduğu yük dengeyi bozar ve iç basıncı artırır.

SıvılaşmaDaneler arası dengenin bozulması, suyun dışarı

atılmasına yol açar,

• Su hareketi daneler arası bağı ortadan kaldırır,

• Bağımsız kalan dane suyla birlikte dışarı atılır ,

• Ortamdan ayrılan daneler ortamın taşıma gücünü azaltır,

• Mühendislik yapılarının ek yükleri karşısında yerin taşıma gücü ortadan kalktığından yapı döner, eğilir veya yere batar.

Sıvılaşmaya etki eden faktörler

• ÇEVRESEL FAKTÖRLER

• ZEMİN ÖZELLİKLERİ

ÇEVRESEL FAKTÖRLER

• Maksimum odak uzaklığı

• Deprem eşik şiddeti

• Sıvılaşabilir zemin derinliği

• Yeraltı su seviyesi

ZEMİN ÖZELLİKLERİ

• Relatif sıkılık

• İnce dane oranı ve plastisite

• Sismik geçmişin etkisi

• Yatay toprak basıncı ve aşırı konsalidasyon oranı

• Kumların fiziksel özelliklerinin etkisi

• Oturma

• Yanal Yayılma

• Yanal Akış

• Yanal desteklerin kaybı

• Taşıma gücü kaybı

Sıvılaşmanın Etkileri

Geçmiş Depremlerden Örnekler

Taşıma gücü kapasitesi kaybından dolayı meydana gelen yapı hasarları (Bin-Lin Chu vd., 2003)

Sıvılaşma meydana geldiğinde zeminin gücü azalır ve bina ya da köprü

temellerini taşıyan zeminin taşıma gücü kaybolur ve binalar yan yatar (Niigata,

1964)

Kum kaynamaları ve yanal yayılma (Bin-Lin Chu vd., 2003)

Niigata Depreminde meydana gelen kum çukurları (Tezcan and Özdemir, 2004)

• Zemin taşıma gücü kaybı Adapazarı,Türkiye

Arazi İncelemeri

• SPT-(Standart Penetrasyon Testi)

• CPT-(Konik Penetrasyon Testi)

• Vs- (Kayma Dalga Hızı Ölçümü)

• Sıvılaşma dayanımı genellikle arazi performansının

incelenmesi temeline dayanarak tanımlanır.

• Sıvılaşma potansiyeli hesaplanmasında; SPT ve CPT

tabanlı sıvılaşma değerlendirme grafikleri en çok

tercih edilenlerdir.

• SPT ve CPT en güvenilir deneylerdir, çünkü

sıvılaşmayla ilgili çok geniş veritabanları

bulunmaktadır.

SPT-(Standart Penetrasyon Testi)

•SPT ile zemin numunesi

alınabilmekte ve bu sayede zemin

tipi belirlenmektedir. Bu şekilde

SPT-N değerine bağlı birçok

ampirik bağıntı geliştirilmiştir.

CPT-(Konik Penetrasyon Testi)

•CPT, zemin profilini çok iyi

göstermektedir ve CPT’ye de

dayalı birçok bağıntı

bulunmaktadır.

Vs- (Kayma Dalga Hızı Ölçümü)

Özellikle Vs ‘de, direkt kayma

dalga hızı ölçülebilmektedir.

Böylelikle dinamik ve statik

analizler yapılabilmektedir.

Sıvılaşma Analiz Yöntemleri

• Eşik İvme Kriteri (Dobry vd., 1981)

• Periyodik kayma gerilmesi kriteri

• Japon şartnamesi kayıtları

• Çin Kriteri

• Kayma dalga hızı kullanılarak sıvılaşma riskinin belirlenmesi

• Amprik Yöntem(Iwasaki,1974)

Eşik İvme Kriteri (Dobry vd., 1981)

• Eşik ivme kriterinde emniyet katsayısı (Fa) için

• Fa = 1.6 at / amax

• tanımı yapılır.

• Burada, • at = sıvılaşmanın gerçekleşebilmesi için gerekli başlangıç

(eşik) ivmesi, • amax = depremin meydana getireceği en büyük yer

ivmesidir.

• Eğer,• Fa < 1 sıvılaşma potansiyeli yüksek• Fa > 1 sıvılaşma potansiyeli düşüktür

Eşik İvme Kriteri (Dobry vd., 1981)• Kayma dalgası hızı kullanılarak sıvılaşma potansiyelininin

belirlenmesi

• Eşik ivmesi, Vs ’ ye bağlı olarak, kabul edilen bir “eşik kayma şekil değiştirmesi (t)” ve çeşitli zemin derinlikleri için aşağıdaki formülle verilmektedir.

• (at/g) = (t (G/Gmax)t (Vs)2 ) / g z rd

• Burada rd = yerin derinlikle artan sıvılaşmaya karşı direncini temsil eden bir azaltma katsayısıdır.

• rd = 1-0.015 z

• bağıntısı ile hesaplanır, z = derinlik (metre)’ dir.• denklemde t = 0.0001 alınmış olup, buna karşılık gelen

G/Gmax = 0.8 dir. •• Buradan at/g oranı hesaplanabilir.

Periyodik kayma gerilmesi kriteri

• Bu yöntemde, zemin tabakalarının sıvılaşma emniyet faktörü (Fs),

• Fs=τs/τ0

• şeklinde ifade edilir.

• Burada,

• τS : Belli bir zeminde sıvılaşmanın başlayabilmesi için gerekli periyodik sınır

• kayma gerilmesi,

• τO : Aynı zeminde belli bir depremin meydana getireceği ortalama

• kayma gerilmesidir. :

• Fs < l ise sıvılaşma potansiyeli yüksek,

• Fs> l ise sıvılaşma potansiyeli yoktur.

Periyodik kayma gerilmesi

• τ0=0.65*(amax/g)*σv*rd

• bağıntısından hesaplanabilir.Burada,

• amax : Yüzeydeki maksimum ivme

• σv Kum tabakasına etkiyen toplam düşey gerilme (t/m2)

• σ' : Kum tabakasına etkiyen efektif düşey gerilme (t/m2 )

• rd : Gerilme indirgeme faktörüdür.

• rd=1.0–0.00765 z (z ≤ 9.15 m)

• rd=1.174–0.0267 z (9.15 m < z ≤ 23 m)

Japon Karayolları Köprü Şartnamesi Yöntemi (JSHE, 1990)

• FS=CRR/CSR

• CRR = R 1 +R 2+ R3

• R1= 0,0882* Karekök(N/ ’v + 0,7)

• R2= 0.19 ; (0.02 mm < D50 < 0.05)

• R3= 0.004FC -0.16 ; (%40 < FC < %100)

Kayma dalga hızı kullanılarak sıvılaşma riskinin belirlenmesi

• Bu parametre bir arazi indisi olarak, (siltler ve

• kumlar gibi) numune alınması veya

• (çakıllar gibi) penetrasyonu zor olan zeminlerde,

• sıvılaşma olasılığının belirlenmesi

• çalışmalarında kullanılabilmektedir

Kayma dalga hızı kullanılarak sıvılaşma riskinin belirlenmesi• Robertson v. d. (1992) , Kaliforniya arazi

• verilerinden yararlanarak gerilme esaslı bir

sıvılaşma tahmin usulü teklif etmişler ve kayma

dalga hızını aşağıdaki gibi normalize

• etmişlerdir.

Kayma dalga hızı kullanılarak sıvılaşma riskinin belirlenmesi

• Vs1=Vs(Pa/σ’vo)0.25

• Burada,

• Pa = Referans gerilmesi olarak atmosferik basınç (yaklaşık 100 kPa),

• σ’vo=Efektif düşey jeolojik basınçtır (kN/m2).

• Vs1=Kayma dalgası hızı

Kayma dalga hızı kullanılarak sıvılaşma riskinin belirlenmesi• Andrus and Stokoe CRR (tekrarlı yük dirençi

oranı) değerinin,

CRR=τav/σv0=a(VS1c/100)2+b/(VS1c-VS1)-b/Vs1c

formulüyle hesaplanmasını önermişlerdir.

• İnce dane oranı %5’den az olan kum ve çakıllar için : VS1c =220 m/san

• İnce dane oranı %20 civarında olan kum ve çakıllar için : VS1c =210 m/san

• İnce dane oranı %35’den fazla olan kum ve çakıllar için : VS1c =200 m/san

Sıvılaşma Dizini (Iwasaki,1978)• Bir tabakanın sıvılaşma potansiyelini belirleyebilmek ve özellikle

derinliğin bu potansiyel üzerindeki etkilerini göz önüne alınarak, tabakalı ortamlar için aşağıda verilen IL = sıvılaşma potansiyeli dizini hesaplanır.

•• IL = F.W.h

• n = tabaka sayısı• F = 1 - FL FL < 1 W = 10 – 0,5.z z < 20 metre• F = 0 FL > 1 W = 0 z > 20 metre

• z = tabaka orta noktasının derinliği (metre)• h = z = tabaka kalınlığı (metre) •• Her tabaka için IL değeri ayrı ayrı hesaplanır ve yukarıdan aşağı

toplamlar alınarak her tabakanın global IL değeri bulunur.

Sıvılaşma Dizini

• Sıvılaşma Potansiyel İndeksi Sıvılaşma Hasar Riski

• IL = 0 Çok düşük (sıvılaşma yok)

• 0< IL ≤ 5 Düşük

• 5< IL ≤ 15 Yüksek

• IL ≥ 15 Çok yüksek

Sıvılaşma Risk İndeksi• Sıvılaşma potansiyeli indeksi (IL) ,sıvılaşmaya

• karşı emniyet faktöründen yararlanılarak

• bulunur. Ama sıvılaşma potansiyeli indeksi

• sadece sıvılaşmaya karşı emniyet faktörünün

• 1’den küçük (FSL<1) olduğu durumlar için

• hesaplanabilmektedir.

Sıvılaşma Risk İndeksi

• sıvılaşma potansiyeli İndeksi

• emniyet faktörü ile lineer orantılı olmamakla

• birlikte, sıvılaşma olasılığı ile lineer orantılıdır.

Ir =Pl*W(z)*dz Pl= 1/1+(FS/0,96)4,5

• Sıvılaşma Risk İndeksi Zeminin Sıvılaşma Olasılığı

IR < 20 Düşük

20 ≤ IR < 30 Orta

IR > 30 Yüksek

Analizleri yapılmış zeminler

• Microsoft exel programında sıvılaşma formulleri kullanılarak yapılmış analizlere göz atalım

KAYNAKLARDündar, Engin. 2011. Sıvılaşan Zeminlerin Farklı Yöntemlerle

Değerlendirilmesi