Zeminlerin sıvılaşması depremler esnasında çevrimli yüklemeler altında oluşan boşluk suyu basıncı artışları sebebi ile suya doygun zemin tabakalarının katı fazdan sıvı faza dönüşmesi olarak nitelendirilebilir. Sıvılaşma anlık bir olay değil döngüsel bir olaydır. Çevrimsel yüklemenin farklı anlarında zemin sıvılaşır ve pekleşir. Kayma gerilmelerinin artışına ve azalışına bağlı olarak bu olaylar gerçekleşir.

Deprem esnasında artan boşluk suyu basıncı zeminin efektif gerilmesini sıfırlayarak etkiliği olduğu alanın su gibi (sıvılaşma) davranmasına sebebiyet verecektir. Suya doygun gevşek plastik olmayan zeminlerde deprem sırasında zemin daneleri arasındaki mesafe açılır ve daneler yüzmeye başlar.

Efektif Gerilme = Toplam Düşey Gerilme – Boşluk Suyu Basıncı olarak tanımlandığından boşluk suyu basıncının artarak toplam düşey gerilmeye eşit olduğu noktada sıvılaşma anıdır. Bu noktada zeminin taşıyıcılığı anlık olarak yok olur.

Basit lakin güzel bir görsel olduğundan aşağıdaki videoyu izlemenizi tavsiye ederim.

Sıvılaşma ilk kez 1964 yılında Niigata ve Büyük Alaska depremi sonrası çok büyük önem kazanmıştır. Bu depremler sonrasında yaşanan yıkımın büyük bölümünün sıvılaşma sebebi ile olduğu tespit edilmiş ve bugünden sonra sıvılaşmaya bir çok araştırmacı tarafından önem verilmeye başlanmıştır.

Sıvılaşma içi Temel Gereklilikler

Zeminlerin sıvılaşması için 2 temel şartı vardır. Bunlardan bir tanesi plastik olmayan zemin ve diğeri suya doygunluktur. Bu iki şarttan birinin olmaması durumunda zemin sıvılaşmaz. Bu şartlar kapsamında sıvılaşabilir zeminleri ve diğer sıvılaşma parametreleri inceleyelim

Sıvılaşabilir Zemin Türleri

– Suya Doygun Killi, Siltli, Çakıllı ve/veya Temiz Kumlar

-Suya Doygun Siltler

-Suya Doygun Çok Gevşek Çakıllar

Deprem yönetmeliğinde çakıl zeminler sıvılaşabilir zeminler arasında sayılmamaktadır. Bunun sebebi çakıl zeminlerin aşırı geçirimli olması ve bu tür iri ve ağır daneli yapıya sahip zeminlerin çok nadiren gevşek yığışmasıdır.

Sıvılaşmayı Etkileyen Diğer Faktörler

– Zeminin içerisindeki ince danelerin oranı (İnce Dane İndeksi <IDI>)

– Zeminin plastiklik miktarı (Plastisite İndisi <PI>)

Yeni deprem yönetmeliğinde sıvılaşma araştırması yapılması için PI<%12 (düşük kohezyonlu zeminler) olması şartı getirilmiştir. Zemindeki ince dane içeriği artıkça sıvılaşma olasılığı azalır. Ayrıca zeminde ki kohezyon miktarı artıkça sıvılaşma miktarı azalır. Bu detaylar deprem yönetmeliğine girmeden önce de bir çok araştırmacı zeminin içeriğindeki ince dane miktarı ve plastisite değerlerine göre zeminlerin sıvılaşmasını irdelemişlerdir.

Kocaeli depreminin ardından geliştirilen çin kritilerleri.

Basitleştirilmiş Sıvılaşma Analizi ve Analiz Faktörlerinin Değişiminin Sıvılaşma Üzerindeki Etkisi

Deprem yönetmeliğinin basitleştirilmiş hesap yöntemine geçmeden önce şunu unutmayınız, bu basitleştirilmiş yöntem inşaat mühendisliğinin her alanında olduğu gibi muhafazakar tarafta kalmaktadır. Bu hesaplamaları yaparken oluşması güç ivmeleri, beklenmeyen moment büyüklüklerini dikkate alacaksınız. Kısacası yeni yönetmelik ile birlikte şunu söylemekte beis yoktur;

“Bir zemin profilinde temiz kum ve su var ise, araziniz DTS=1 bölgesinde kalıyor ise ve SPT değerleriniz aşırı yüksek (SPT-N> 30 – 40) değilse zemininiz sıvılaşacaktır.” Bu gerçek hayatta bu şekilde olacak anlamına kesinlikle gelmez. Çalıştığınız ivme değerleri, deprem moment büyüklüğüne ve başka değişkenlere bağlı olarak azalacaktır. Bu azalma sonucunda zeminin içinde oluşacak ivme değeri a max değerinden çoğu zaman düşük olacaktır. Gelişmiş yazılım programları ile yapılan sıvılaşma analizi sonuçları da bunu doğrulamaktadır. Yönetmelik bu hesaplamaların kullanılmasını zorunlu tuttuğundan bu konu ile ilgili yapılan diğer analizlerin pek bir önemi kalmamaktadır.

TBDY 2018 kapsamında mevcut olan sıvılaşma hesaplamaları yukarıda gösterilen çalışmaların bir miktar (çoğunluk ile isimlendirme) değiştirilmesi ile oluşturulmuştur. Burada Tr değeri zeminin kayma direncini Tdeprem değeri ise depremin oluşturacağı kayma gerilmesini ifade etmektedir. Bu iki değerin oranının 1,1 den büyük olması yönetmelik kapsamında sıvılaşmanın olmayacağına işaret edilmiştir. Hesaplamaların bulunduğu 16B.3. Bölümü aşağıdaki gibidir.

Sıvılaşma örneği için 20 metrelik siltli kum katmanı (ince dane indeksine bağlı olarak bazı değerler doğru görülemeyebilir [IDI=%5 durumu]) üzerinde SDS, IDI, Mw değerlerine bağlı olarak 9 farklı analiz yapılmıştır.

Hesaplamaları buradan indirebilirsiniz.

Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği için;

https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm