Sıvılaşma Nedir?

Kumların statik yükler altındaki konsolidasyonunun serbest drenaj olduğu kabul edilir. Yani, yük altında sıkışan zemindeki boşluk suyu kolaylıkla (hidrostatik basınç yapmadan) dışarı çıkar. Kum tanelerinin incelerek silt tane sınırına yaklaşması durumunda kumlar serbest drenajlı davranışlarını gösteremezler.

Deprem anında saniyelik sürelerde zemin suyu, zemin boşluklarından hızla uzaklaşamayarak zeminin boşluk suyu basıncını artırarak tanelerle sıvı ilişkisini koparır. Yani tanelerin sürtünmeyle taşıyacakları yük sıfıra düşer. Bu durumda taneler sıvı içinde yüzer konuma gelirler. Bu da temel altındaki zeminin mukavemetini sıfıra düşürüp, yapının zemine gömülmesine ya da yıkılmadan yan yatmasına neden olur ki, buna zemin sıvılaşması denir.

Sıvılaşmanın İlk Ortaya Çıkışı

Sıvılaşmayı ilk defa 1936 yılında, Casagrande kritik boşluk oranı ile açıklamıştır. Casagrande çalışmasında; Herhangi bir kum yatağının boşluk oranı, kritik boşluk oranından büyük ise, deprem sırasında hacmi azalır. Kum yatağı drenajsız ise, boşluk suyu basıncı yükselip sıvılaşma riski artar(sonuçlarını ortaya koymuştu).

1975 yılında Castro, 1979 yılında Seed; deprem büyüklük ve şiddeti, zemin türü ve yapısal özellikleri, sismik karakteristikleri ve diğer arazi özelliklerinin de sıvılaşma potansiyelinde etkili olduğunu ortaya koydular.

Sıvılaşmayı Etkileyen Faktörler

Kumların sıkılık derecesi
Kumun tane çapının silt tane çapına yaklaşması ve kumun üniform taneli olması,
Taneleri bağlayıcı (çimento görevi üstlenen) bir etkinin hiç olmaması,
Taneleri bağlayıcı etkinin su etkisiyle ortamdan kolayca uzaklaşabilmesi,

Yeraltı suyu derinliğinin yeryüzünden 0-10 m veya en fazla 20 m derinde olması,
Depremin büyüklüğü, süresi ve odak uzaklığı,
Kumun çökelip, konsolide olmuş olması,
Sıvılaşma daha çok; delta, akarsu, taşkın düzlükleri, alüvyal düzlükler, plaj sahaları, atık barajları ve ince tanelerin bulunduğu ortamlarda meydana gelmektedir.

Bir Zeminin Sıvılaşma Potansiyelini Nasıl Anlaşılır?

Sıvılaşma potansiyeli iki faktöre bağlıdır.

Sıvılaşmaya yatkın zemin türlerinin bulunması (ince kum ve silt).
Depremin süre ve şiddeti,

Geçmiş deprem sonuçlarından elde edilen bilgiler:

Deprem büyüklüğü-en uzak mesafe ilişkisi,
Sismik şiddet sıvılaşma ilişkisi,
Jeolojik ve jeomorfolojik özellikler- sıvılaşma ilişkisi.

Jeoteknik incelemeyle inşaat alanının sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesi:

Sıvılaşma direncinin belirlenmesi için (arazi tabaka yapısı, tabakaları oluşturan zeminlerin sıvılaşma potansiyeli taşıyan türden olup olmadığını vb.) arazi ve laboratuvar deneylerinin yapılması (daha çok arazi deney sonuçları önem arz eder).
Bu amaçla SPT ve CPT deney sonuçlarından zeminin ince tane oranı belirlenir (Bu amaçla geliştirilmiş ampirik eğri ve bağıntılar vardır).
Deprem sırasında oluşan ve zemin tabakalarını etkileyen maksimum ve eşdeğer tekrarlı gerilmelerin belirlenmesi (Bunun için değişik bilim adamlarınca geliştirilmiş bağıntılardan yararlanılır).

Su Olmadan Sıvılaşma OLMAZ!

Zemin yüzeyinden aşağıya doğru 10-15 m arasında sıvılaşma analizi yapılır. Mesela etüt raporunda 30 m’de adam sıvılaşma analizi yapıyorsa ve burada sıvılaşma var diyorsa ‘hop ne oluyor ?’ diyebilmeliyiz. Bu etüt çalışmalarını yapan yerler aynı zamanda zemin iyileştirmesi de yapıyorsa böyle şeyler duymamız normal.

Her su olan yerde hemen iyileştirme olmaz. Ama o zemini iyileştirecekse de zemini tipine uygun bir yöntem seçmeliyiz. Mesela gidip ince malzemelerin sıvılaşma analizi için Spt deneyi yapmamalıyız. Arkadaşlar bizler taş gibi sapasağlam binalar yapabiliriz ama bina depremde yan yatacaksa ya da çökecekse bunun bir anlamı kalmaz. Durup bir düşünelim.

Evler, iş yerleri vs. yıkılıyor. Arkadaşlar bu hayat durur demek. Ölümler, açlık, evsizlik, dram, gözyaşı ve sayamayacağım bir çok şey demek. Bunların hepsi dikkate almadığımız sıvılaşma yüzünden oluyorsa bizler için vicdan azabı demek. 17 ağustos deprem kayıtlarına göre 285.211 ev, 42.902 iş yeri hasar gördü. Bunlar çok ciddi rakamlar. 7,5 büyüklüğünde 45 sn süren bu deprem çok acı sonuçlar doğurmuştur.

Hatta o kadar ki 52 ülke gerek acil yardım ekibi, gerekse araç, gereç ile tıbbi ve insani yardım malzemeleri göndermiştir. Sonuçlarını ağır ödedik ve ödemeye devam ediyoruz. Silkelenme vakti artık. Diğer ülkelerde mal kaybının bile yaşanmadığı deprem büyüklüklerinde bizim ülkemizde can kayıpları yaşanıyor.

1999 Gölcük Depremi ve Sıvılaşma

Bakın arkadaşlar 1999 Gölcük depreminden sonra zemin etütleri zorunlu hale gelmiştir. Ancak dışarıda etüt çalışmaları yapan yerlerin talep ettikleri fiyat aralığı insanı bir düşündürüyor. Gerçekten yapıyorlar mı? Okuldaki hocalarımın başına gelen bir olay bu düşüncemi pekiştirdi. Bu olayı sizlerle de paylaşmak isterim.

Hocalarımız okul ile ilgili bir iş için etüt çalışmaları yaptırmak istiyorlar. Bu yüzden A firmasına gidip fiyatı soruyorlar ardından B firmasına gidip fiyat soruyorlar. Ancak B firması A firmasının iki katı fiyat talep edince konuştukları kişiye A firmasının daha az istediğini söylüyorlar.

Bunun üzerine adam ‘gidip sondaj esnasında başlarında duracağınızı söyleyin’ diyor. Adamın dediğini gidip söyleyince fiyatı arttırıyorlar. Gördüğümüz gibi bizler işimizi doğru yapsak bile etrafımızda çakalların olduğunu unutmamalıyız. İşlerin başında durup dikkatli olalım. Ve lütfen yaşanan acılar tekrarlanmasın. İnsanlar deprem sırasında ölebilir. Ama bu ölümlerin suçlusu bizler olmayalım.

kum
su
sarsıntı

Bu üç unsur aynı yerde ise sıvılaşma riski düşünülebilir. Bu üç unsurun tek başına olması bir şey ifade etmez. Unutulmaması gereken sıvılaşmanın bir ihtimal olduğudur. Yani bir risktir. Kesin olur yada olmaz diyemezsiniz. Zeminler yapısına göre belli büyüklükteki sarsıntılarda sıvılaşabilir. Yani sarsıntı büyüklüğü de sıvılaşma ile ilgilidir.

Sıvılaşma zemin taşıma gücünü sıfırlamaz. Belli oranda azaltabilir. Bazen sıfıra yakın hale bile getirebilir. Önemli olan sıvılaşma nedeniyle zeminde meydana gelen taşıma gücü kaybının bina gerilmelerini taşıyıp taşımamasıdır. Sıvılaşma ne kadar yapı temeline yakınsa risk o kadar fazladır.

Bina zemin basınç soğanını düşünün. Binanın hemen altında gerilme 1.0 biraz aşağıda 0.9 biraz altta 0.8 vb…. en altta o.1 ve belli yerde 0 ….Dolayısıyla binanın hemen altındaki zemin en fazla gerilmeye maruz kalan bölgedir. Burada taşıma gücü kaybının olmaması gerekir. Ancak daha alt kısımlarda gerilme düştüğünden nispeten taşıma gücü kayıpları tolere edilebilir. Dizaynlarda bu durum düşünülmelidir.

Sıvılaşma konusunda gözden kaçırılan bir hususta geçirgen tabakaların varlığıdır. Eğer kum ve su bir arada ise sarsıntı anında yan ve üst yüzeyler çakıllı yani geçirimli ise su sarsıntı anında buradan akar. Dolayısıyla sıvılaşmadan söz edilemez. Ancak her iki taraf geçirimsiz ise o takdirde çalkalanma esnasında daneler yükselir taşıma gücü azalır. Geçirimli tabaka varlığı bu anlamda önemlidir.

Yanlış bilinen bir durumda sanki temel tipi seçilerek sıvılaşmanın önlenebileceğinin sanılmasıdır. Radye temel seçen biri sıvılaşmayı önlemek amacıyla radye seçtiğini söylemişti. Temel tipi sıvılaşmayı engellemez. Sıvılaşma bir zemin sorunudur. Eğer ortadan kaldırmak istiyorsanız zeminde çalışma yapmanız gerekir.