Zemin Sıvılaşması

Zemin sıvılaşması, gevşek zeminlerde dinamik yüklemeler altında gözlenen bir davranış biçimidir. Bu davranış biçimini detaylı şekilde inceleme ihtiyacı, 1964 Niigata depreminden sonra oluşmuştur. Türkiye’de de bu zemin davranışı pek çok depremde çeşitli etkiler yapmıştır. Bunlardan 1992 Erzincan depreminden sonra bölgede zemin sıvılaşması yaygın olarak gözlenmiştir. Ancak 1999 Kocaeli depremi ile geniş kitlelerin dikkatini çekmiştir.

Zemin Sıvılaşması Nedir?

Zemin sıvılaşması, suya doygun veya kısmen doygun zeminlerde oluşur. Bu zemin davranışı, zeminlerin geçici ya da tekrarlanmalı şekilde örselenmesinden kaynaklanır. Aynı zamanda kohezyonsuz yani moleküller arası çekim kuvveti bulunmayan malzemelerde oluşur. Çoğunlukla gevşek kumlu zeminlerde meydana gelir. Bunun nedeni bu tür zeminin, yük altında sıkışma eğiliminde olmasıdır. Zemin sıkışmasına tepki olarak, boşluk suyu basıncı artar ve su zeminden düşük basınç bölgelerine (genellikle zemin yüzeyine doğru) akmaya çalışır. Sıvılaşma esnasında zemin, strese tepki olarak mukavemetini koruyamaz ve sertliğini önemli ölçüde kaybeder. Bunun sonucunda zeminlerde farklı duraysızlık türleri olur. Bunlar;

• Oturma
• Yanal yayılma
• Akma türü kayma
• Zeminin taşıma gücünü yitirmesi
• Zemin salınımı şeklindedir.

Bu zemin duraysızlıklarını ayırt etmek oldukça güçtür. Ancak hepsinin oluşum mekanizması birbirinden farklıdır. Bu da bize ayrımı yapmakta avantaj sağlar.

Sıvılaşma yüzeyde; kum fışkırması, tek başına veya art arda dizilmiş kum volkanları ve yarıklar boyunca kum birikmeleri şeklinde görülür. Yüzeyde görülen kum birikimleri mühendislik açısından önemli değildir. Ancak sıvılaşmanın tipik göstergeleridir. Sıvılaşmanın herhangi bir mühendislik yapısının üzerinde veya içinde bulunduğu zeminde meydana gelmesi ise bu yapıya zarar verir. Bu nedenle sıvılaşma davranışının anlaşılması için depremden önceki zemin koşullarının da iyi bilinmesi gerekir.

Sıvılaşma Zemine Ne Gibi Etkiler Yapar?

Zemin sıvılaşmasının yapılı çevre üzerindeki etkileri son derece zararlı olabilir. Binaların temeli, doğrudan sıvılaşmış kumda ise binalarda ani destek kaybı olur. Bu da binanın şiddetli ve düzensiz oturmasına neden olur. Bunların sonucunda temellerin çatlaması ve bina yapısına zarar vermesi dâhil birçok yapısal hasar ortaya çıkar. Bina temeli ile sıvılaşmış zemin arasında ince bir sıvılaşmamış zemin kabuğu varsa, ‘zımbalama kesme’ tipi bir temel göçmesi meydana gelir. Düzensiz yerleşimlerde yer altı elektrik hatları bozulur. Kazık temeller üzerine inşa edilen köprüler ve büyük binalar, bitişiğindeki topraktan desteğini kaybedip bükülür veya bir eğimde durur. Gömülü tanklar ve rögarlar, kaldırma kuvveti nedeniyle sıvılaşmış toprakta yüzer. Taşkın setleri ve toprak barajlar gibi toprak setler, seti oluşturan malzeme veya temel sıvılaşırsa stabilitesini kaybeder veya çöker.

Sıvılaşmaya Uygun Temel Tipi

Sıvılaşmaya karşı dayanıklı zeminlerin inşası, temelin yapıdaki sıvılaşma etkilerini karşılayabileceği şekilde olmalıdır. Bu nedenle tasarımda, sığ ve derin temeller üzerinden radye ve kazık temellerin kullanımı önemlidir.

Sığ Temeller

Sığ temellerin tasarımında temel faktör, temelin üniform şekilde hareket etmesine ya da oturmasına olanak sağlayacak şekilde birbiriyle bağlantılı olmasını sağlamaktır. Radye temeller sıvılaşma potansiyeline karşı yükleri çevresindeki sağlam zemine aktarır. Bu nedenle sıvılaşmaya karşı önlem olarak tercih sebebidir.

Derin Temeller

Yapı inşasında, zeminin taşıma gücü çok düşük ve sağlam zemin çok derinde ise sığ temellerin aksine derin temeller tercih sebebidir. Burada ise sıvılaşmanın etkilerine karşı kazık temellerin kullanımı vardır. İnşa aşamasında kazıklar daha büyük boyutlarda da tasarlanabilir.

Zemin İyileştirmesi

Zemin iyileştirme yöntemlerinde amaç, zeminlerin sıvılaşmaya karşı direncinin artmasıdır. Ani boşluk suyu basıncının, depremden önce önüne geçilmeli ya da zemin sıvılaşmaması için sıkı halde olmalıdır. Bu amaçla kullanılan bazı teknikler şunlardır:

• Sıvılaşma potansiyeli yüksek zemini kazıp, yerine sıvılaşmayan zemin yapmak
• Dinamik sıkıştırma (Kompaksiyon)
• Titreşimle sıkıştırma (Vibro-Kompaksiyon)
• Patlatma ile sıkıştırma
• Sıkıştırma enjeksiyonu
• Taş kolonları ve sıkıştırma kazıkları
• Drenaj teknikleri

Dinamik kompaksiyon hakkında daha fazla bilgi edinmek için “Dinamik Kompaksiyon” adlı yazımızı da inceleyebilirsiniz. 

Kaynakça

• en.wikipedia.org
• Uygulamalı Jeoteknik Bilgiler-Reşat Ulusay