DEPREM VE ZEMİN SIVILAŞMASI

 DEPREM VE ZEMİN SIVILAŞMASI

Hareketli levhaların birbirini sıkıştırması sonucu ortaya çıkan enerji sebebiyle yer kabuğunun içindeki kırılmalarla ani olarak ortaya çıkan titreşimlerin dalgalar halinde yayılarak geçtikleri ortamları ve yeryüzeyini sarsma olayına deprem denilmektedir. Depremler; yer kabuğunun soğuması, plakaların oluşumu, levha tektoniği, plakaların birbirine göre rölatif hareketi ve elastik geri sekme teorisi ile oluşmaktadır.

  • Elastik Geri Sekme Teorisi: Herhangi bir noktada, zamana bağlı ve yavaş yavaş oluşan birim deformasyon birikiminin elastik olarak depoladığı enerji; kritik değere eriştiğinde fay düzlemi boyunca var olan sürtünme kuvvetini yenerek fay çizgisinin her iki tarafındaki kayaç bloklarının birbirine göre hareketlerini oluşturmaktadır.
  • Levha Tektoniği:

            a) Uzaklaşan Sınırlar: İki levhanın birbirinden uzaklaştığı yerde manto tabakasından yüzeye   mağma çıkmaktadır. Mağma soğuyup sertleşerek iki yandaki levhalara eklenmekte ve levhalar eklenen malzeme tarafından itilerek birbirinden uzaklaşmaktadır. Yani kabuğun gelişmesi ve büyümesi söz konusudur. Bu tür olaylar okyanus ortası sırtlarda gözlenir

            b) Yakınlaşan Sınırlar: İki komşu levha birbirine doğru hareket ederler. Bu rejimde sıkışmalar nedeniyle kıvrımların (sıra dağlar) oluşumu veya bir levhanın diğerinin altına doğru itilip mantonun içine dalması (Dalma-batma kuşakları) olayı meydana gelmektedir.

           c) Geçiş Sınırları: İki levha birbirine göre yanal hareket ederler. Bu grupta levha sınırlarında yeni oluşumlar veya tahribat söz konusu değildir.

Yapıların üzerine oturtulduğu temel altı malzemesi olarak – Zemin üzerinde taşıdığı yapıyı, yapıya etkiyen atalet kuvvetlerinin şiddeti ve temel stabilitesi yönlerinden etkiler. Zeminin kendisinin inşaat malzemesi olarak kullanıldığı yapılar – Zeminin drenajsız durumda tekrarlı yükler altında malzeme davranışı önemlidir. a) mukavemet kaybı b) kohezyonsuz zeminlerde sıvılaşma, c) kohezyonlu zeminlerde ise aşırı deformasyonlar ve göçme durumlarının incelenmesi gereklidir.

Sıvılaşma Analizleri

Sıvılaşma zeminin mukavemet ve rijitliğinin sıfıra düştüğü noktada zemin partiküllerinin birbirine göre hareket etmesidir.Suya doygun gevşek kumlar, siltli kumlar, kumlu siltler ve plastik olmayan siltler; depremler sırasında sıvılaşmaya karşı hassastır.

Statik Sıvılaşma: Hidrolik eğim, zeminin hidrolik eğiminden büyük olursa gerçekleşecek yukarı yönlü sızma olayı sebebiyle gerçekleşecektir.

Dinamik (Sismik) Sıvılaşma: (σ’ = σ – u 0)

Suya doygun ve gevşek daneli zeminlerde deprem sarsıntısından ötürü dalgalar -özellikle kayma dalgaları- suya doymuş daneli tabakalardan geçerken dane yerleşim düzenini değiştirir. 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.

τ = σ’tan Φ’= (σ – u) tan Φ’

Düz bir arazide yer alan bir yapının altında, birim hacimdeki bir zemin elemanına etkiyen gerilmeler; efektif gerilmeler ve kayma gerilmesidir. Zeminin kayma mukavemeti; efektif gerilmeler ve kısmen dengelenmiş kayma gerilmelerinden kaynaklanmaktadır (statik denge). Deprem esnasında, zeminde başlangıçta var olan statik kayma gerilmelerine ek olarak deprem nedeniyle oluşan ve zemine etkiyen çevrimli kayma gerilmeleri, kayma deformasyonlarının oluşmasına sebep olmaktadır.

Kayma deformasyonlarının hacimsel kayma deformasyonuna ulaşmasıyla birlikte boşluk suyu basıncı artmaya, kayma mukavemeti azalmaya başlamaktadır. Sarsıntı sürerken, zemin çok daha büyük deformasyonlara maruz kalarak viskoz bir sıvı gibi davranarak sıvılaşma durumuna gelmektedir. Sarsıntının sonunda zeminin rezidüel drenajsız kayma mukavemetinin, statik kayma gerilmesinden büyük veya küçük olması meydana gelebilmektedir.

  • Akma Sıvılaşması (İng. Flow Liquefaction): Statik kayma gerilmesinin rezidüel kayma mukavemetinden büyük olması durumunda, drenajsız şartlar mevcudiyetini korurken statik kayma gerilmeleri artık dengede değildir. Düz yüzeyli zeminlerde taşıma gücü kaybı, buna bağlı olarak yapıların düşeyden sapması ve şevlerde (şev=zemin yüzeyinin yatayla yaptığı açı) mertebesi metrelerce ifade edilebilecek kitle hareketlerine sebep olmaktadır. Deprem sonrası hızlı ve büyük hareketler devam etmektedir.
  • Çevrimsel Hareketlilik (İng. Cyclic Mobility): Statik kayma gerilmesinin rezidüel kayma mukavemetinden küçük olması durumunda, zeminde drenajlı şartlara doğru hızlı bir gidiş olur. Temellerde aşırı olmayan oturmalara ve şevlerde sınırlı stabilite kayıplarına sebep olabilmektedir. Deprem sonrası hareket devam etmemektedir.

Zemin sıvılaşması, genellikle ülkemizde yaşanılan son depremlere kadar akademisyenler dışında gündeme gelmemiştir. Bunun sebebini 17 Ağustos 1999 depremine kadar zemin mekaniğinin ülkemizde yapı imalatında ciddiye alınmamıştır.

1999 Kocaeli depreminde Adapazarı’nda meydana gelen zemin sıvılaşması binalarda şimdiye kadar görülmemiş ölçüde hasar meydana getirmiştir. Adapazarı’nda yeraltı su seviyesinin yüksek olması ve zeminin siltli kil olması zemin sıvılaşmasının ortaya çıkmasında önemli rol oynamıştır. Önemli deprem hasarı görmeyen yapıların bazıları birkaç metre zemine batarken, bazılarında devrilmeye varan dönmeler meydana gelmiştir.

Zemin sıvılaşması, ülkemizde yaşanılan 17 Ağustos 1999 depremine kadar zemin mekaniğinin ülkemizde yapı imalatında ciddiye alınmamasıyla birlikte akademisyenler dışında gündeme gelmemiştir.

Temel açıldıktan sonra zemin çalışması sırasında 10-20 metre derinlikte suyla karşılaşılması, inşa yapılan bölgenin birinci derece deprem riski taşıması, zeminin kumlu siltli topraktan oluşması, deprem şiddeti ve süresi zeminde sıvılaşma için gerekli şartları sağlamakta ve riskleri artırmaktadır. Sıvılaşma riski taşıyan zeminlerin tespiti belirli parametreler incelenerek yapıldığından erken tespit mümkündür. Zemin etütleri ve çalışmaları esnasında riskli olduğu anlaşılan zeminlerde zemin enjeksiyonu ile zemine kimyasal enjekte edilerek daneler arası boşluklar doldurulmaktadır. Enjekte edilen malzeme suya karşı direnimi ile suyu ortamdan ötelemekte ve zemini sıkıştırarak direnimini artırmakta ve sıvılaşma riski azaltmaktadır.