Bir çay bardağı içerisine yarısına kadar su doldurun.Sonra suyun içerisine oldukça fazla miktarda tuz koyun.Tuzun iyice bardağın dibine çökmesini bekleyin.Bunun için bardak masada hareketsiz dursun.Sonra bardağı elinize alıp tekrarlı bir şekilde, su bardaktan taşmayacak şekilde sağa sola tekrarlı şekilde sallayın.Şimdi izleyin.Tuz danecikleri tabandan havalanacak ve su yüzeyine doğru yukarıya hareketlenecektir.Daneler yüzer hale gelecektir.İşte sıvılaşma aynen budur.Tuz danecikleri zemini temsil etmekte, suda yeraltı suyunu temsil etmektedir.Deprem anında yani tekrarlı hareketlerde, zemin danecikleri boşluk suyu basıncı ile yukarıya doğru hareketlenecek, taşıma gücü kayıpları oluşacaktır.Siz yapı temelinizi projelendirirken, direk zemin taşımı gücünü sıvılaşma olmayacak şekilde hesaplamış ve buna göre temel dizayn etmiş olabilirsiniz.Deprem olmadığı sürece bu şekilde zemin taşıma gücünüzü hesaplamanızda ve temel dizayn etmenizde bir problem olmayabilir.Bina rahatlıkla ayakta durur.

Peki sıvılaşma olunca ne olur ?

Yukarıda da anlattığımız gibi, zemin danecikleri boşluk suyu basıncı ile havalandı ve yüzmeye başladı.Normal şartlarda 1 kg/cm2 olarak düşündüğpünüz ve temelinizide buna göre dizayn ettiğinizi düşünün.Zemin danecikleri deprem nedeniyle çalkalanmaya başladığından danecikler yukarı hareket eder ve zemin taşıma gücü 1 den aşağı doğru , çalkalanmanın büyüklüğüne göre 0.8kg/cm2 , 0.6kg/cm2 ve hatta 0 kg/cm2 değerine gerileyebilir.Buda belli noktadan sonra artık zeminin sizin yapınızı taşıyamayacagı anlamına gelir.Yani bimna zemine doğru batmaya başlar.En basit anlamda sıvılaşmanın yapıya etkisi budur.

Sıvılaşma mekanizmasını basitçe anlattıktan sonra, sıvılaşacak bir zeminde ne yapabilirz nasıl düşünmeliyiz o konu hakkında fikir jimnastiği yapalım:

Şunu mühendis olarak bilelim ki, bir yerde sıvılaşma olması için 3 unsurun aynı anda bölgede olması gerekir.Ancak bu 3 unsur bölgede ise o bölge sıvılaşır.Aynı anda iki unsurun olması yada tek unsurun mevcut olması sıvılaşmayı doğurmaz.Nedir bu 3 unsur :

1….SU

2…İNCE DANELİ ZEMİN(KUM, SİLT)..(200 nolu elkten gecen malzeme diyebiliriz.Ancak killeri çıkarmak gerek.

3…Tekrarlı yük.

Eğer bir zeminde su varsa , kum varsa sıvılaşma olmaz.Çünkü üçüncü unsur olan tekrarlı yükün yani depremin oluşması gerekir.Yada bir zeminde su ve çakıl vardır,depreminde olduğunu düşünün.Buradada sıvılaşma olmaz.Çünkü ince daneli malzeme mevcut değildir.Çakılda boşluk suyu basıncı etkisiyle kalkmaz.Yani çalkalama nedeniyle çakıllar yukarı kalkmaz ve yüzer hale gelmez.Yazının ilk kısmında bahsettiğimiz tuz koyduğumuz bardağa çakılları koyarak çalkalayın, bakalım çakıllar yukarı doğru hareketlenecekmi.Hareket etmediğini göreceksiniz.

Sıvılaşacak bir zeminde mühendis ne düşünmelidir ona bakalım:

Böyle bir zeminle karşılaştığında mühendisin önünde 3 yol vardır :

Birinci yol, mühendis sıvılaşmayı kabul eder, ama bu riski kabul ederek herhangi bir önlem almadan projesine devam etmektir.Burada önemli olan sıvıllaşma riskinin ne kadar büyük olduğu ile ilgilidir.

İkinci yol, tasarımı sıvılaşmanın yapıya zararını azaltıcı şekilde tasarımı tamamlamaktır.Yani sıvılaşma olacak ama mühendis bu durumun yapıya az zarar vermesini sağlayacak şekilde tasarım yapacak.Tasarım aşamasında(temel tasarımı) yapının zeminde oluşturacagı gerilme ne kadar küçük ise, sıvılaşma anında yapıda oluşacak zarar de o derece düşük olacaktır.Sıvılaşmanın bir yapıya zarar vermesi için, zemin taşıma gücünün, yapıdan oluşan gerilmelerin altına inmesi gerekir.Sıvılaşma nedeniyle zemin taşıma gücü kaybına uğrasa bile, hala yapının zeminde oluşturduğu gerilmeler , zemin taşıma gücünden küçükse , sıvılaşma yapıya zarar veremez.Sayısal bir örnek verirsek bu nokta daha iyi anlaşılır:
Normal şartlarda 1 kg/cm2 taşıma gücü olan bir zemin düşünün.Yapının temelini öyle bir tasarlayın ki yapı zeminde maximum 0.50 kg/cm2 lik bir gerilme oluşturmuş olun.Yani temeli büyük tutmuş olun.Deprem hareketi sırasında çalkalanma nedeniyle ince daneli zemin boşluk suyu basıncı nedeniyle yukarı doğru hareketlenir ve zemin taşıma gücü düşmeye başlar önce 0.8 kg/cm2, sonra 0.7 kg/cm2, sonra 0.6 kg/cm2 devam eder.Sıvılaşma nedeniyle zemin taşıma gücü 0.5 kg/cm2 ye düşse bile yapınız zarar görmez.Çünkü siz zaten yapıyı bu değere göre tasarlamıştınız.Eğer zemin taşıma gücü deprem nedeniyle(sıvılaşma) 0.1 kg/cm2, 0.2 kg/cm2 gibi değerlere düşerese işte o zaman yapınız zarar görür.Dolayısıyle bu risk olan bölgelerde temel gerilmelerine küçük tutmak mühendisin yararınadır.

Üçüncü ve son yolda, zemin iyileştirme yapılarak sıvılaşmanın önlenmesidir.Sıvılaştırmayı engelleyecek bir sürü yöntem mevcuttur.En çok kullanılan yöntemler arasında jetgrout ve deep mixing sayılabilir.

Deep mixing ve jetgrout nasıl sıvılaşmayı önler ona bakalım:

Deprem zemin içinde yatayda tekrarlı ve dönüşümlü kuvvetler oluşturur(bir soldan sağa bir sağdan sola).Yatyda zemin içinde oluşan bu kuvevtler kayma (kesme) kuvvetleridir.Yani kayma gerilmeleridir.Bu tekrarlı kayma kuvvetleri zemini çalkalar dolayısıyle ince daneler havalanır yüzeye çıkmaya çalışır ve sıvılaşma dediğimiz olay gerçekleşir.O halde biz depremden yani kayma gerilmelerinden oluşacak bu çalkalanmayı önlersek sıvılaşmayı önleyebilriiz.Çalkalanmayı önlemek içinde , çalkalanmaya neden olan kayma gerilmelerini önlemek yada çok küçük değerlere çekmek yeterldiir.Kayma kuvvetleri olmadığından zemin çalkalanmayacak dolayısıyle sıvılaşma olmayacaktır.Şimdi yazının sonuna koyduğum ŞEKİL 1 i inceleyin.Zeminde jetgrout kolonlar oluşturulmuş.Deprem anındada zeminde yatay kayma gerilmelerinin oluştuğunu düşünün.Şekilde bu kuvvetler deprem kayma gerilmeleri olarak gösterildi.Zeminin ve jet kolonların ayrı ayrı bir kayma modülü(kayma rijitliği) mevcuttur.Jet kolonların kayma rijitlikler zemine göre oldukça büyüktür(60kat ,80 kat).Yani jetgrout kolonların kayma rijitliği ,zeminin kayma rijitliğine göre çok fazladır.Depremden dolayı oluşacak kayma gerilmeleride zemine ve jetgrout kolonlara rijitlikleri oranında dağılır.Jetgrout kolonların kayma rijitlikler çok buyuk olduğundan deprem kayma gerilmelerinin çoğunu alacaktır.Yani kesme gerilmelerinin çoğu jet kolonlar üzerinde oluşacaktır.Zeminde ise depremden oluşacak kayma gerilmeleri çok azalacaktır.Çünkü kayma gerilmelerinin çoğu rijitliği buyuk olan jet kolonlar tarafından çekilmiş olacaktır.Zeminde oluşacak bu küçük kayma gerilmeleride zemini çalkalamaya yetmez, dolayısıyle sıvılaşma ortaya çıkmaz.ŞEKİL 1 de depremden oluşan kayma gerilmeleri ve jet kolonlar gösterilmiştir.Rijitliği buyuk olan jet kolonlarda buyuk kayma gerilmeleri oluştuğundan, jet kolonlarda oluşan bu büyük kayma kuvvetleri şekilde “koyu renkli ok” şeklinde gösterilmiştir.Kayma gerilmelerinin buyuk kısmını jet kolonlar çekmiş zemine ise çok az kayma gerilmesi kaldığını söylemiştik.Zeminin kayma rijitliği küçük olduğundan zemin içerisinde oluşacak küçük kayma gerilmeleride “kesik çizgili ok” şeklinde gösterilmiştir.Şekili ayrıntılı incelerseniz kafanızda konu dahada aydınlanacaktır.

Ahmet ÇELİKKOLLU
İnşaat Mühendisi
ESKİŞEHİR

img035 (1)

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.