Ders Notu-7

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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
1
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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
2
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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
3
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
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
4
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
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
5
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
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
6
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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
7
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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
8
Kum kaynaması genellikle bir hat üzerinde gözlenir. Zemindeki çatlak veya yarıkları takip eder ve
çoğunlukla çökme ve nispeten küçük hasarlara yol açarlar .
2000 Tottori depreminde
oluşan kum kaynamaları
1999 Chi-Chi depreminde oluşan kum kaynaması
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
9
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
1964 Alaska depreminde Turnagain tepelerinde
görülen akma göçmesi
San Francisco'daki Merced Gölü kıyısı boyunca 1957 yılında
gelişen bir akma kayması
1971 depreminde The Lower San Fernando
Barajında oluşan akma göçmesi
10
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
1989 Loma Prieta depreminde devlet parkı yakınında oluşan
yanal yayılma
2001 Nisqually depremi Green River boyunca oluşan yanal yayılma
2001 Nisqually, WA depreminde Pajaro Sunset Lake'de
yanal yayılma
11
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
1995 Kobe depreminde sıvılaşma sonucu oluşan istinat duvarı yenilmesi
1995 Kobe depreminde sıvılaşma sonucu oluşan istinat duvarı yenilmesi
2003 Tokachi-oki depreminde sıvılaşma
sonucu oluşan istinat duvarı yenilmesi
12
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
Taşıma gücü kaybı yenilme biçimi
1964 Niigata depreminde sıvılaşma sonucu devrilen binalar
1995 Kobe depreminde sıvılaşma sonucu yan yatan tank
1999 Türkiye depreminde Adapazarı ilinde sıvılaşma
sonucu devrilen binalar
13
Gömülü Yapı Yüzeylenmesi
Sıvılaşma esnasında kaldırma kuvveti etkisiyle, muayene bacası, tank, boru hatları ve benzeri hafif yapılar
zemin yüzeyine yükselir
Gömülü yapı yüzeylenmesi biçimi
2004 Nügata Chuetsu depreminde sıvılaşma sonucu
muayene bacası yükselmesi
2000 Tottori depreminde sıvılaşma sonucu muayene bacası yükselmesi
2003 Tokachi-oki depreminde sıvılaşma sonucu
muayene bacası yükselmesi
14
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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
15
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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
16
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:
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
17
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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
18
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)
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
19
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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
20
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.
21
22
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.
BAÜ Müh-Mim Fak. Geoteknik Deprem Mühendisliği Dersi,
B. Yağcı
Bölüm-7
23