Sıvılaşma; suya doygun ince taneli, kum ve siltli zeminlerin (kohezyonsuz zeminler), sarsıntı esnasında boşluk suyu basıncının artmasıyla, etkin yatay gerilmenin sıfır olmasıdır. Böylece tabaka sıvı gibi davranır, üst yapıyı taşıyamaz ve yapı yan yatar, batar, devrilir ya da döner. Sıvılaşma suya doygun zeminlerde meydana gelmektedir. Suya doygun malzemelerde tanecikler üzerinde bir basınç söz konusudur. Bu basınç herhangi bir sarsıntı olmaması durumunda düşüktür ve zeminde denge durumu hâkimdir. Sarsıntının etkisi sonucunda tanecikler üzerindeki basınç artar, taneler arası denge bozulur ve su taneciklerin arasından dışarı atılma eğilimi gösterir. Su dışarı atılırken, birbirleri arasındaki bağları kopan tanecikler de su ile birlikte dışarı atılır ve zeminin taşıma gücü değeri azalır. Bu durumda zemin üzerindeki yapılar ağırlıklarından dolayı zemine doğru batar, devrilir veya döner. Sıvılaşma genelde zemin türü malzemede gözlenir. Zemin türü malzemelerin depremden önce iyi tanımlanması gerekir. Tüm sıvılaşma olaylarının en karakteristik özelliği drenajsız yükleme şartlarında oluşan aşırı boşluk suyu basıncıdır.
Sıvılaşma İçin Gerekli Koşullar
Bir zeminde sıvılaşmanın olabilmesi için, yeraltı su seviyesinin çoğunlukla ilk 3 metrede olması çok önemlidir. 20 metreye kadar olan su seviyeleri de sıvılaşma için önemli bir kriterdir. İlk 20 metrelik kısımda bulunan ve taşıma gücü düşük suya doygun kumlu, siltli kumlu ve killi kumlu birimlerin olması, tane boyutunun çok ince olduğu, taşıma gücünün düşük olduğu ve S dalga hızının 200 m/sn’den daha düşük olduğu zeminlerin olması sıvılaşma olması için gereken koşullardır.
Sıvılaşmanın boyutu, depremin büyüklüğüne, ivmesine, yapı biçimine, yapı salınımına, yer baskın salınımına, temel biçimine ve boyutuna, göreceli sıkılık oranına, yerin boşluk oranına, etkin çevre basıncına, yer altı su seviyesine ve yerdeki suyun boşalabilme ve çevreye kaçma durumuna bağlı olarak değişmektedir.
Sıvılaşma Türleri
Sıvılaşma; devirsel hareketlilik ve akma türü sıvılaşma olmak üzere iki çeşittir. Sıvılaşmış zemin dayanımının, denge halindeki kayma gerilmelerinden büyük olduğu durumlarda oluşur. Bu tür sıvılaşmalar genç ve suya doygun çökellerde meydana gelmektedir. Genellikle çok az eğimli yamaçlarda veya su kütlelerine komşu düzlüklerde gelişmektedir. Hareket birkaç metreden onlarca metreye ulaşabilir. Akma türü sıvılaşmalar ise sıvılaşmanın oluşturduğu en etkili duraysızlıklardır. Yamaç eğimi fazladır ve akma sıvılaşması çok kısa sürede meydana gelmektedir. Akma kaymaları sadece gevşek zeminlerde meydana gelir. Sıvılaşmış zemin dayanımının, denge halindeki kayma gerilmelerinden küçük olduğu durumlarda oluşur. Daha çok suya doygun zeminlerde meydana gelir. Bunun en iyi örnekleri kıyılarda gözlenmektedir.
Sıvılaşmanın Etkileri
Sıvılaşma zemin üzerindeki yapıları değişik şekillerde etkilemektedir. Sıvılaşmanın etkileri benzerdir, fakat oluşum mekanizmaları farklı olabilir. Bu etkiler 5 başlıkta incelenebilir;
– Zeminin taşıma gücünü yitirmesi: Sıvılaşan zemin yukarıya doğru çıkarken zemin zayıflar. Deprem hareketinin tekrarlı yüklemeleri, zeminde boşluk suyu basıncının artmasına neden olur. Suya doygun siltli kumlu zemin tabakalarında daha çok tesirlidir. Neticede taşıma gücü düşer.
– Gömülü yapı yüzeylenmesi: Sıvılaşma meydana gelirken, suyun kaldırma kuvvetinin etkisiyle, yer altında bulunan tank, boru hatları ve benzeri hafif yapılar yüzeye doğru çıkar.
– Zemin oturması: Tanelerin bir araya gelme eğilimiyle zeminde oturmalar başlar. Sıvılaşma sonucu bu tür etkiler yapının zemin içine batmasına neden olur.
– Zemin salınımı: Yamaç eğiminin son derece az olması durumunda, yüzeye yakın zeminin bloklara ayrılmasını sağlar.
– İstinat yapısı yenilmesi: Sıvılaşma sonucunda zeminin destek kaybına uğraması sonucu meydana gelir. Bu etkiler sonucu istinat yapısı düşey veveya yatay yönde ötelenir.
Sıvılaşmadan Kaynaklanan Zararların Azaltılması
– Sıvılaşma meydana gelebilecek zeminlerin önceden belirlenmesi ve bu zeminlerde yapılaşmadan kaçınılması gerekir.
– Sıvılaşmanın etkilerine karşı dayanabilecek yapılar inşa edilmelidir.
– Sıvılaşması beklenen zeminde yapı yapılacak olması durumunda zemin iyileştirmesi yapılmalıdır.
Sıvılaşmaya karşı dayanıklı yapı inşa edilirken, yapının temel özellikleri iyi belirlenmelidir. Sığ temellerde sıvılaşma tehlikesi için radye temel kullanılması en etkin çözümdür. Yapı yükünü tüm alana eşit olarak verecektir. Sıvılaşmış zon üzerinde oturmalar oluşmayacaktır. Derin temel yapılması durumunda ise, kazık temeller sıvılaşma için etkin bir yöntem olarak uygulanabilir. Kazık temeller yanal yönde kuvvetlere de dayanıklı olarak yapılmalıdır.Zemin iyileştirmesi farklı teknikler kullanarak yapılmaktadır. Zeminin kazıklarla sıkıştırılarak desteklenmesi, yere titreşim vererek zeminin sıkılaştırılması, kimyasal madde enjekte edilmesi ve drenaj sistemleri ile yer altı su seviyesinin düşürülmesi gibi zemin iyileştirme teknikleri ile sıvılaşmaya karşı gerekli önlemler alınabilir.
Kaynakça:
Zemin Sıvılaşması Çalışma Notları, Karadeniz Teknik Üniversitesi 2008
Yazar:Burak Yıldırım