facebook twitter

Zeminde Sıvılaşma

01.11.2018

Bir zemin kütlesinin statik kayma gerilmesinin, sıvılaşmış haldeki zeminin kayma direncinden büyük olduğu durumda yerçekimine bağlı olarak gelişen akma türü sıvılaşma meydana gelir. Ani gelişen bir kuvvet ile tetiklenen statik durumdaki zemin, bu aşamadan sonra sadece statik kayma gerilmeleri tarafından hareketine devam eder ve büyük kütleler halinde büyük yer değiştirmeler yapar. Akma sıvılaşmasının aksine devirsel oynaklık, bir zemin kütlesinin statik kayma gerilmesinin, sıvılaşmış haldeki zeminin kayma direncinden küçük olduğu durumda gerçekleşir. Çok az eğimli veya su kütlelerine yakın zeminlerde meydana gelen deprem esnasında sürekli artarak gelişen, yanal yayılma olarak adlandırılan büyük ve kalıcı deformasyonlar hem çevrimsel gerilmeler hem de statik kayma gerilmeleri tarafından gerçekleşir. Çevrimsel gerilmeler hem sıkı hem de gevşek zeminlerde gelişebilir.

Düz yüzeyli zeminlerde, deformasyona neden olabilecek statik kayma gerilmelerinin yetersiz olması ile beraber deprem esnasında zemin dalgalanması oluşmakta ve küçük yatay deformasyonlara neden olmaktadır. Bu durum, düz yüzey sıvılaşması olarak adlandırılır. Bu sıvılaşmaya neden olan etken, deprem nedeniyle gelişen aşırı boşluk suyu basıncının sönümlenmesi sonucunda suyun yukarı doğru akış hareketidir. Bu tür sıvılaşmanın en belirgin özelliği, yukarı hareket eden suyla beraber yüzeye çıkan kum tepecikleri ile kum kaynaması olayıdır.

Sıvılaşma mekanizmalarındaki zemin daneleri arasındaki temas kuvvetleri göz önüne alındığında; akma sıvılaşması için tam sıvılaşma, devirsel oynaklık için kısmi sıvılaşma terimleri kullanılabilir.

Akma türü sıvılaşma ve devirsel oynaklık sonucu üstyapılarda önemli hasarlar meydana gelir. Üstyapılarda ve zeminlerde oluşabilecek hasar tiplerini incelemek, sıvılaşmaya karşı önlem alma metotlarını araştırmak ve belirlemek açısından önemlidir. Sıvılaşma olayı sonrası zemin yüzeyine suyla beraber hareketlenen kum tanecikleri, zeminde çökme ve küçük hasarlara yol açarak altyapıların yüzeye doğru deplasman yapmasına ve hasar görmesine neden olur. Akma göçmeleri, şevlerde ani bir şekilde ortaya çıkarak zeminde göçmelere ve taşıma gücü kayıplarına neden olur. Çok az eğimli zeminlerde ve su kütlelerine yakın yerlerde gözlenen yanal yayılma hareketi, yüzeysel temelli yapılara zarar verir.

Sıvılaşmanın neden olduğu hasarları azaltmak için öncelikle sıvılaşma tehlikesinin belirlenmesi gerekir. Zeminin sıvılaşmaya duyarlı olup olmadığı, duyarlı ise sıvılaşmanın oluşma olasılığı, sıvılaşma gerçekleşebilir durumda ise hasar alma olasılığı göz önünde bulundurularak önlem alma yöntemlerine başvurulmalıdır.

Sıvılaşma tehlikesi analizi sonucu yapıların hasar alma olasılığının yüksek olduğu zeminlerde üç farklı yöntem uygulanabilir:

a) Ekonomik bir çözüm bulunamadığında sıvılaşma tehlikesinin olmadığı alanlara yönelmek.

b) Sıvılaşmaya karşı zeminin iyileştirilmesi.

c) Sıvılaşmaya karşı yapısal tasarımın iyileştirilmesi.

Zemin iyileştirilme işlemlerinde iki farklı yöntem uygulanabilir:

a) Sismik kuvvetler altında zemin içerisinde göçme veya aşırı şekil değiştirmeler olmayacak şekilde zemin tabakasını iyileştirmek.

b) Sismik kuvvet anında oluşan aşırı boşluk suyu basıncının hızlı bir şekilde sönümlenmesini sağlamak

Zemin, gevşek durumdan sıkı duruma geçerken dayanımı ve rijitliği artar. Sıkılaştırma sonucu, deprem yükleri altında zeminin pozitif boşluk suyu basıncı oluşturma eğilimi ve yer değiştirme genlikleri azalırken ivmeler artar. Sıkıştırma işlemi, zeminde kalıcı hacim değişimleri oluşturduğu için yüzeyde oturmalar meydana gelir. Oturmaların azaltılması amacıyla zemin üzerine ve altına ilave zemin yerleştirilir.

Genel olarak derin sıkılaştırma yöntemleri, zemindeki oturmaları kontrol etmek, zemin taşıma kapasitesini arttırmak ve sıvılaşma riskini azaltmak ya da önlemek amacıyla geliştirilmektedir. Derin sıkılaştırma yöntemleri; vibrasyon, deplasman ve yükleme yöntemleri olarak üç ana başlık altında incelenebilir. Vibrasyon metotları, vibroflotasyon, vibrokompaksiyon ve patlatma, yeraltı suyu seviyesinin altındaki sıvılaşma potansiyeli olan temiz kum ve çakıllı zeminlerde etkilidir. Deplasman ve önyükleme metotları ise farklı olarak yeraltı suyu seviyesinin üzerindeki kısmen doygun siltli ve killi zeminlerde kullanılabilir.

Dinamik kompaksiyon (ağır tokmaklama) ve patlama yöntemlerinde zemin partikülleri, darbe etkisiyle oluşan P ve S dalgaları tarafından deplasman yaparak zemin kayma mukavemetini azaltan yüksek boşluk suyu basıncı üretir. Zemin, sıkıştırıldığında daha homojen bir hale gelmektedir. Bazen derinliğin fazla olduğu zeminlerde birden fazla metot birlikte kullanılabilir. Kompaksiyon metodu seçimi birçok faktöre bağlıdır. Kompaksiyon derecesi ve gerekli derinliği, zemin gradasyonu, ince dane içeriği, doygunluk derecesi, yer altı su seviyesinin konumu, risk içermesi, yeterli zaman, bütçe, deneyimli ekip ve gerekli ekipmanların bulunması bu faktörlerden bazılarıdır.

Patlatma sıkılaştırması, gevşek granüler zeminler içerisinde sondaj veya su jetiyle açılan, ara mesafeleri 5-15 m olan kuyular içerisine 3-6 m aralıklarla yerleştirilen patlayıcılarla gerçekleştirilir. Patlayıcılar, tekrarlı ve gecikmeli zamanlama ile uygulama yerleri şaşırtmalı olarak patlatılarak en iyi sıkılaştırma elde edilmeye çalışılır. Patlamalardan sonra zemin yüzeyde kabarmalar oluşurken, boşluk suyu basıncı sönümlenirken oturmalar gözlenir. Bu yöntemin en etkili olduğu zeminler, maksimum %20 silt ve maksimum %5 kil içeren zeminlerdir. Kil ve silt tabakaları, patlamanın etkisini önemli ölçüde azaltır. Patlama etkisiyle oluşan şok dalgalarının zemin içerisinde en etkili bir şekilde ilerleyebilmesi için bu yöntemin doygun zeminlerde tercih edilmesi gerekmektedir.

Permeasyon enjeksiyonu, düşük viskoziteli jelli çözeltilerin (kimyasal katkıların) ya da partiküllü süsyansiyonların zemin içerisine (temiz kum, çakıl veya kaya zemin içerisindeki geçirimli süreksiz yapılaşmaya) enjekte edilmesi tekniğidir. Malzeme bileşenlerinin seçimindeki temel kriter, malzemenin düşük basınçlar altında gözenek veya çatlaklara zorluk çıkarmadan akışabilmesidir. Genel olarak permeasyon enjeksiyonu ile ulaşılmak istenen amaç; permeabiliteyi düşürmek, zeminin rijitliğini arttırıp güçlendirmek, enjeksiyon harcının zemin daneleriyle olan sıkı bağı sayesinde homojen ve kohezyonlu bir ağ oluşturmaktır.


:

:

Demiryolu köprüleri tasarım olarak karayolu köprülerine benz...

Bir zemin kütlesinin statik kayma gerilmesinin, sıvılaş...

Nano ölçek kavramı boyutları 1-100 nm (1nm=10...

Günümüzde, enerji ihtiyacı ve enerji kaynaklarının kullan...

Yüksek yapı elemanlarını Kolon, Perde, Kiriş, Döşe...