PAU - Tez Yazm Klavuz ve ablonuPERFORMANSI LKLERNN DEERLENDRLMES VE
DENEYSEL ZEMN YLETRME UYGULAMASI
PERFORMANSI LKLERNN DEERLENDRLMES VE
DENEYSEL ZEMN YLETRME UYGULAMASI
2012FBE001 ve 2014HZL003 nolu projeler ile desteklenmitir.
Bu tezin tasarm, hazrlanmas, yürütülmesi, aratrmalarnn yaplmas ve
bulgularnn analizlerinde bilimsel etie ve akademik kurallara özenle riayet
edildiini; bu çalmann dorudan birincil ürünü olmayan bulgularn,
verilerin ve materyallerin bilimsel etie uygun olarak kaynak gösterildiini ve
alnt yaplan çalmalara atfedildiine beyan ederim.
YASEMN MANAV
PERFORMANSI LKLERNN DEERLENDRLMES VE
DENEYSEL ZEMN YLETRME UYGULAMASI
NAAT MÜHENDSL ANABLM DALI
DENZL, NSAN-2019
Depremlerde karlalan zemin kaynakl önemli sorunlardan biri olan zemin
svlamas, suya doygun kumlu, siltli ve kil oran az olan zeminlerde karmza
çkmakta ve yaplarda ciddi zararlara neden olmaktadr. Bu çalmada svlama
iddet parametreleri ile bina deprem performans arasndaki ilikiler irdelenmi ve
bu amaçla bilgi karar destek sistemi yazlmtr. Ayrca Denizli yerelinde zemin
örnekleri üzerinde deneysel zemin iyiletirme uygulamas gerçekletirilmitir.
Tez kapsamnda 2011 Tohoku, Japonya depreminde Itako ehri Hinode
bölgesinde deprem sonras tespit edilen hasarlar ve yaplan 143 adet CPT sondaj
verileri deerlendirilmitir. Analizlerde Japonya, Amerika ve dünyann dier
bölgelerinde mühendislik uygulamalarnda en yaygn olarak kullanlan dört
yöntem kullanlmtr. Bunlar Robertson ve Wride (1998), Idriss ve Boulanger
(2008), Boulanger ve Idriss (2014), Japonya Mimarlk Enstitüsü (1988; 2001)
tarafndan gelitirilen Japonya Mimarlk Enstitüsü (AIJ) yöntemleridir. Verilerle
svlama potansiyeli tespiti yaplm ve yaplan çalma svlama tahminlerinin
mevcut hasarlarla uyumlu olduu gözlemlenmitir. Elde edilen hesaplamalar
sonucundaki svlama tahminleri ile hasarlar örtümütür. Svlama potansiyel
indeksi (LPI) ve svlama iddeti katsays (LSN) deerleri deerlendirmede
kullanlan dört svlama tetikleme yöntemlerinin baz avantajlar ve zayf yönleri
olduu görülmü ancak bütünlükleri ile birlikte kullanldklarnda deprem sonras
gözlemlenen yap hasarlar ile LPI ve LSN svlama iddet parametreleri arasnda
korelasyon olduu gözlemlenmitir.
kolloidal silika ile zemin iyiletirmesi üzerine bir laboratuvar çalmas
yaplmtr. Gevek, orta ve sk (%40, %60 ve %80) zemini temsil etmek üzere
hazrlanan numuneler üzerinde deneyler yaplmtr. yiletirilmi numuneler
farkl kür sürelerine (7 gün ve 28 gün) tabi tutulmutur. Statik üç eksenli yan sra
dinamik üç eksenli kullanlarak modül deneyleri yaplmtr. Modül deneylerinde
rölatif sklk %40 ve %60 kullanlmtr. Deneyler sonucunda dayanmda ve
rijitlikte gözlenen artlar sunulmu ve karlatrlmtr.
ANAHTAR KELMELER: Svlama, LPI, LSN, Svlamaya Kar
yiletirme, Kollaidal Silika, Itako ehri (Japonya)
ii
ABSTRACT
IMPROVEMENT APPLICATION
CIVIL ENGINEERING
DENIZLI, APRIL-2019
Soil liquefaction from ground-based damage types encountered in earthquakes is
one of the types of damage frequently encountered in sandy soils and fines content
soils. In this study, information-decision support software was written to
determine the liquefaction potential of soils.
In this study, building damages observed in Hinode region of the city of Itako after
the 2011 Tohoku, Japan earthquake and data from 143 CPT sounding conducted
in the same area were used. The four of the most commonly used methodologies
in engineering applications in Japan, USA and other parts of the world were used
herein. These are Robertson and Wride (1998), Idriss and Boulanger (2008),
Boulanger and Idriss (2014), and Japan Architecture Institute (AIJ) methodology,
developed by the Japan Institute of Architecture (1988; 2001). The liquefaction
potential was calculated and it was observed that the liquefaction estimates were
consistent with the existing damage. The estimated liquefaction predictions are
actually similar to occured damages in the region. The liquefaction triggering
methods used by the LPI and LSN values were found to have some advantages
and weaknesses, but when they were used with their integrity, there were
correlations between the observed structural damage and the liquefaction intensity
parameters LPI and LSN.
Also in this study, a laboratory study was carried out on ground improvement with
colloidal silica, which is one of the ground improvement methods against
liquefaction. Tests were performed on samples prepared to represent loose,
medium and dense (40%, 60% and 80%) ground. The improved samples were
subjected to different curing times (7 and 28 days). Static triaxial and dynamic
three-axis, using module experiments, were performed. Relative densities of 40%
and 60% were used in module tests. As a result of the experiments, the observed
changes in strength and stiffness were presented and compared.
KEYWORDS: Liquefaction, LPI, LSN, Liquefaction Improvement,
Collaidal Silica, Itako City (Japan)
iii
ÇNDEKLER
Sayfa
ÇNDEKLER ................................................................................................ iii EKL LSTES ................................................................................................ v TABLO LSTES ............................................................................................ vii KISALTMALAR ........................................................................................... viii
ÖNSÖZ ............................................................................................................. xi 1. GR ............................................................................................................ 1
1.1 Tezin Amac ve Kapsam ..................................................................... 3 1.2 Organizasyon ....................................................................................... 4
2. SIVILAMA ANALZ YÖNTEMLER .................................................... 5 2.1 Deterministik Yöntemlerle Svlama Olaslnn Belirlenmesi ......... 9
2.1.1 SPT Deerlendirme Yöntemleri .................................................. 10 2.1.1.1 Robertson ve Wride (1998) SPT Deerlendirmesi ................. 10
2.1.1.1.1 CSR Deerinin Bulunmas ............................................... 13 2.1.1.2 Idriss ve Boulanger (2006) SPT Deerlendirmesi .................. 13
2.1.2 CPT Deerlendirme Yöntemleri .................................................. 16 2.1.2.1 Robertson ve Wride (1998) CPT Deerlendirmesi ................ 17
2.1.2.2 Idriss ve Boulanger (2006) CPT Deerlendirmesi ................. 20 2.1.2.3 Idriss ve Boulanger (2008) CPT Derlendirmesi ................... 21
2.1.2.4 Boulanger ve Idriss (2014) CPT Deerlendirmesi ................. 21 2.2 Olaslksal Yöntemlerle Svlama Olaslnn Belirlenmesi ........... 22
2.2.1 Toprak ve di. (1999) Yaklam ................................................. 22
2.2.2 Çetin ve di. (2002) Yaklam ................................................... 23 2.2.3 Boulanger ve Idriss (2014) SPT Deerledirmesi......................... 24
2.3 Svlama iddet Parametreleri .......................................................... 25
2.3.1 Svlama Potansiyel Indeksi (LPI) Yöntemi .............................. 25 2.3.2 Svlama iddet Katsays (LSN) Yöntemi ................................ 27
2.1 Program Arayüzü ............................................................................... 29
STOUNUN SIVILAMA DDET PAREMETRELERYLE
DEERLENDRLMES .............................................................................. 32 3.1 Çalma Bölgesi ve Verileri ............................................................... 36
3.2 Svlama Analizi ............................................................................... 43 3.3 Svlama iddetleri ve Bina Hasar likileri ..................................... 45
3.4 Deerlendirme .................................................................................... 66
ÇALIMASI: KOLLODAL SLKA ENJEKSYONU ............................ 69 4.1 Zemin Enjeksiyonu ve Kolloidal Silikann Literatürdeki Yeri .......... 72 4.2 Deneylerde Kullanlacak Malzemeler Üzerinde Çalmalar .............. 76
4.2.1 Kürün Belirlenmesi ..................................................................... 76 4.2.2 Jelleme Süresi Tayini ................................................................. 77
4.2.3 Kullanlacak Kum Özelliklerinin Belirlenmesi ........................... 78 4.2.3.1 Özgül Arlk Deneyi ............................................................. 78 4.2.3.2 Elek Analizi ............................................................................ 80
iv
4.3 Statik ve Dinamik Üç Eksenli Deney Yöntemleri ............................. 81 4.4 Deney Sonuçlar ................................................................................. 88
4.4.1 Elastisite Modülü Hesaplanmas ................................................. 95 4.5 Deneysel Çalmann Deerlendirmesi .............................................. 98
5. SONUÇ VE ÖNERLER ......................................................................... 100 5.1 Çalma Sonuçlar ............................................................................ 100 5.2 Daha Sonra Yaplacak Çalmalar le lgili Öneriler ....................... 101
6. KAYNAKLAR ......................................................................................... 103
7. EKLER ...................................................................................................... 116 EK A: Yazlan Programn Delphi Yazlm Dilinde Kodu .......................... 116
8. ÖZGEÇM .............................................................................................. 153
Sayfa
ekil 2.1: 1964 Niigata depremi sonras svlama etkisiyle zarar gören yaplar
(Japan National Committee on Earthquake Engineering 1965). ..... 5 ekil 2.2: 1999 Kocaeli (zmit) depremi srasnda Adapazar, Türkiye.
Svlama etkisi ile hasar görmü yap (Manav ve di. 2019). ....... 6 ekil 2.3: Christchurch ehrinde 2010 ylnda Canterbury depremi sonras
svlamann neden olduu yaplar ve arazide görülen hasarlar (Van
Ballegooy ve di. 2014b) ................................................................. 7 ekil 2.4: Deprem etkisi altnda zemin svlama süreci .................................... 8 ekil 2.5: Gerilme azaltma katsaysnn grafii (Robertson and Wride, 1998) 13 ekil 2.6: nce dane oran- Δ(N1)60 deiimi .................................................... 16
ekil 2.7: CPT hesaplama ak diyagram ........................................................ 19 ekil 2.8: Yüksek ince dane oran içeriine sahip olan uyumsuz zeminler için
saha vaka geçmilerinin karlatrlmas ve Ic = 2.59 (görünür FC
=% 35) olan zemin için Robertson ve Wride (1998) tarafndan
önerilen eri ................................................................................... 20 ekil 2.9: CRR ve (qc1N)cs’ye bal PL=%15, %50 ve %85 erileri (Boulanger ve
Idriss 2014) .................................................................................... 25 ekil 2.10: Arazi hasar gözlemleriyle LSN arasndaki ilikiler (Tonkin ve
Taylor 2015, Van Ballegooy ve di. 2015b) .................................. 28 ekil 2.11: Bilgi tabanl karar-destek sistemi arayüzü .................................... 29
ekil 2.12: Excel dosyasndan CPT verilerinin aktarlmas ............................. 30 ekil 2.13: Verilerin arayüzde girilmesi, eklenmesi ve uygun CPT sütunlarnn
seçilmesi ......................................................................................... 30
ekil 2.14: Hesaplama verilerinin excell dosyas olarak ckt halinde sunulmas
....................................................................................................... 31
ekil 3.1: Çalma Alan Itako ehri ve Hinode Bölgesi .................................. 38
ekil 3.2: Hinode bölgesinde seçilen üç kesit için zemin profili ...................... 41 ekil 3.3: Hinode bölgesi bina hasarlar ........................................................... 42
ekil 3.4: a) Anakaya ve b) Yüzeyde, CHB013 konumundaki K-Net ivme-
zaman kaytlar (Lenart ve di. 2012) ............................................ 43
ekil 3.5: CPT bölgelerinde svlama deerlendirmesi ................................... 45 ekil 3.6: Çalma alannda LPI dalm üzerine eklenen bina hasarlar ........ 52 ekil 3.7: Tüm bina hasar seviyeleri için kümülatif dalmlar ........................ 53
ekil 3.8: Farkl yöntemlerle hesaplanan LPI deerlerinin hasar seviyelerine
göre kutu grafiklerle gösterimi ...................................................... 54
ekil 3.9: LPI'ya göre bina hasarlarnn kümülatif dalmlar ......................... 56 ekil 3.10: Çalma alanndaki LSN dalmna eklenmi bina hasarlar......... 63 ekil 3.11: Farkl yöntemlerle hesaplanan LSN deerlerinin hasar seviyelerine
göre kutu grafiklerle gösterimi ...................................................... 64 ekil 3.12: LSN'ye göre bina hasarlarnn kümülatif dalmlar ..................... 66
ekil 4.1: Deiik kimyasallar ile deiik scaklklarda oluacak nem yüzdeleri
....................................................................................................... 76
ekil 4.2: Jelleme sürelerinin kontrolü ............................................................ 77 ekil 4.3: Farkl oranlarda kimyasal enjekte edilen basit kimyasal
iyiletirmelerden görüntüler ........................................................... 78
vi
ekil 4.4: Kullanlan kimyasaln katalok jelleme süresi grafii (Dupont 1997)78 ekil 4.5: Elek Analizi Sonuçlar ...................................................................... 81 ekil 4.6: Statik üç eksenli basnç aleti deney düzenei .................................. 83 ekil 4.7: Dinamik üç eksenli basnç aleti deney düzenei .............................. 84
ekil 4.8: Temiz kum numune deney ak diyagram ....................................... 85 ekil 4.9: yiletirilmi kum numune deney ak diyagram ............................ 86 ekil 4.10: a) Temiz kum numunesinin suya doyurulmas ilemi, b) %80 röletif
sklkta bir numunenin kolloidal silika ile iyiletirilmi hali ........ 87 ekil 4.11: Temiz kum numunesinin deney sonras görüntüsü ........................ 87
ekil 4.12: Temiz kum numuneleri üzerinde 100 kPa çevre basncnda yaplan
deney sonuçlar .............................................................................. 89 ekil 4.13: yiletirilmi kum numuneleri üzerinde 100 kPa çevre basncnda
yaplan deney sonuçlar ................................................................. 91 ekil 4.14: Temiz kum numuneleri üzerinde 300 kPa çevre basncnda yaplan
deney sonuçlar .............................................................................. 92 ekil 4.15: yiletirilmi kum numuneleri üzerinde 300 kPa çevre basncnda
yaplan deney sonuçlar ................................................................. 94 ekil 4.16: Çevirim alan kapalyken çevirim sönüm oran ............................ 95 ekil 4.17: Çevirim alan açkken çevirim sönüm oran ................................... 96 ekil 4.18: DR % 40 olan numunelerin eedeer elastisite modülü-basit genlik
eksenel deplasman-çevirim sönüm oran grafii ........................... 97 ekil 4.19: DR % 60 olan numunelerin eedeer elastisite modülü-basit genlik
eksenel deplasman-çevirim sönüm oran grafii ........................... 97
vii
Sayfa
Tablo 2.1: SPT düzeltmeleri (Robertson and Wride 1998) .............................. 12 Tablo 2.2: LPI Deiim Tablosu ...................................................................... 26
Tablo 4.1: Zemin iyiletirme yöntemleri ( Day 2004) ...................................... 70
Tablo 4.2: Deney prosedüründe kullanlan deikenler ................................... 82
viii
KISALTMALAR
AIST : Ulusal Gelimi Endüstriyel Bilimler ve Teknolojiler Enstitüsü
BI2014 : Boulanger ve Idriss (2014) Metodu
BDR : Bina Hasar Oran
CBS : Corafi Bilgi Sistemi
CES : Canterbury Deprem Dizisi
CPT : Koni Penetrasyon Testi
CR : Farkl Maliyet Oranlar
CRR7.5 : Magnitüde 7,5 a göre Çevrimsel Kayma Mukavemeti Oran
CSR : Çevrimsel kayma gerilmesi oran (CRR)
IB2008 : Idriss ve Boulanger (2008) Metodu
kPa : Kilopascal
M : Moment Magnitude
ROC :Alc-letim-karakteristii (receiver-operating-characteristic)
SPT : Standart Penetrasyon Testi
: ki nokta arasndaki toplam yerleimdeki fark
() : CPT düzeltilmi uç direnci
(N1)60 : Ölçülen SPT darbe says
′ : Pa 1 atm için referans efektif gerilme
() : nce Dane Düzeltmesi Yaplm SPT vuru says
: Modifiye olaslk oran indeksi
: Zemin davran indeksi
: Toplam düey gerilme
β : Oturmaya bal açsal deiim
CE : ahmerdan enerji oran
CS : Numune alma yöntemi düzeltme faktörü
Δ(N1)60 : (N1)60’n FC ile Deiimi (% )
ΔW : Çevrim bana depolanan enerjisi deiim oran
: Düzeltilmi eksenel kayma miktar
: Ölçülen eksenel yük
e : Boluk oran
Eeq : Elastisite modülü
FS : Svlamaya kar güvenlik katsays
Fs : Kum dolgususu
Gs : Özgül arlk
Kα : Statik kayma gerilmesi faktörü
Kσ : Örtü yükü faktörü
M : Kütle
Pa : 100 kPa deerindeki referans gerilmesi
PL : Svlama olasl
x
w(z) : Derinlik arlk faktörü
z : Kesit boyunca derinlik
Bu çalmada zemin svlamas üzerine bilgi-karar destek sistemi yazlm
ve bu programla, 2011 Japonya depremi Itako ehri verileriyle bina deprem
performans deerlendirmeleri svlama iddet parametreleri kullanlarak
yaplm ve deneysel olarak svlamaya kar kolloidal silika ile iyiletirme
yaplmtr. Alt yaps olmayan bir Anadolu üniversitesinde deney düzeneinin
kullanlabilir hale gelmesi ve hedeflenen deneylerin yaplmas için yeni alet
edavatlarn almyla oldukça zaman kaybedilmitir.
Doktora eitimim boyunca örenimimde bilgi ve tecrübelerinden
faydalandm tez danmanm Prof. Dr. Mehmet NEL’e ve Prof. Selçuk
TOPRAK’a teekkürlerimi sunmaktan mutluluk duyarm. Çalmalarmda benden
yardmlarn esirgemeyen jüri üyelerim Prof. Dr. Halil KUMSAR, Prof. Dr.
Selçuk TOPRAK, Doç. Dr. Baki ÖZTÜRK ve Doktor Öretim Üyesi Engin
NACAROLU’na teekkürlerimi sunarm. Ayrca desteklerini her zaman
yanmda hissettiim Doktor Öretim Üyesi Engin NACAROLU, Öretim
Görevlisi Erturul KARAKAPLAN’a ve dier beraber çaltm arkadalarma
teekkür ederim.
Son olarak hayatm boyunca bana her konuda her zaman destek olan bata
annem ve babam olmak üzere aileme, bana verdii sonsuz destek için eim
Ramazan MANAV’a ve evlatlarma ükranlarm sunarm.
Nisan 2019 Yasemin MANAV
1
çalmada öncelikle en güncel svlama yaklamlarn kullanan ve farkllklar da göz
önüne alarak olaslk deerlendirmesi gerçekletiren, böylece hata payn göz önüne
çkaran bir bilgi tabanl karar-destek sistemi oluturulmutur. Böylece tasarmlarn
daha gerçekçi olmas için imkân sunulacaktr. Bilgi tabanl karar-destek sistemi için
pilot bölge kullanlarak (Japonya-Tohuko) uygulama örnei sunulmu, böylece proje
ürünlerinin ehir master plan çalmalar için faydalar gösterilmitir.
Svlama potansiyelinin tespit edilmesini amaçlayan farkl birçok aratrma
bulunmaktadr. Bu aratrmalardan sklkla kullanlan ve son zamanlarda gelitirilen
yöntemler delphi yazlm programlama dili kullanlarak bilgi tabanl karar-destek
sistemi yazlmtr. Kullanlan yöntemler deterministik, olaslk yöntemler ve
svlama iddeti parametreleri altnda toplanmtr. Bu sayede bilgi tabanl karar-
destek sisteminde farkl yöntem ve yaklamlara kolay eriim salanmtr.
Svlama potansiyel endeksi (LPI) ve svlama iddeti katsays (LSN) olan
iki svlama iddeti parametreleri, svlamann ciddiyetine ve özellikle svlama
oluumunun tahmin edilmesinden ziyade bina hasarna (açsal bozulmayla
tanmlanan) bal olarak deerlendirilir. Bu deerlendirme ilemi srasnda, svlama
tehlikesi deerlendirmelerinin doruluuna olan etkilerini deerlendirmek için LPI'yi
ve LSN'yi hesaplamak için CPT'ye dayal basitletirilmi dört adet svlama
deerlendirme metodu kullanlmtr. Kullanlan metodlar sras ile Robertson ve
Wride (1998), Idriss ve Boulanger (2008), Boulanger ve Idriss (2014) ve Japonya
Mimari Enstitüsü (AIJ 1988; 2001) metotlardr. 2011 ylnda Japonya'da meydana
gelen Büyük Dou Depremi srasnda Japonya'nn Itako kentindeki Hinode bölgesinde
oluan svlama nedenli yap hasarlar ve konik penetrasyon testi (CPT) verileri
kullanlmtr. Elde edilen tahminsel sonuçlar metotlarn svlama öngörüsünü
dorulamtr. Bu çalmada LPI ve LSN deerlendirmeleri çerçevesinde dört
2
LPI ve LSN svlama hassasiyet parametreleri arasnda makul korelasyonlar olduu
saptanmtr. Ayrca, analizde kullanlan svlama tetikleme prosedürünün farkl hasar
seviyeleri tarafndan temsil edildii gibi farkl svlama seviyelerine karlk gelen
LPI ve LSN eiklerini etkiledii gösterilmitir. Bu çalma ile binalar deprem
performaslaryla ilikilendirilmitir.
depremler bu gerçei tekrar tekrar göstermitir. Örnek olarak 2011 Christchurch, Yeni
Zelanda, 1999 Kocaeli (zmit) depremleri verilebilir. Hasarlarn azaltlmas veya
olmamas için yaplar ina edilmeden önce ya da mevcut yaplarn güçlendirilmesi
esnasnda bu tür zeminlerde iyiletirmeler yaplmas gerekmektedir. Zemin
svlamasnn olutuu yerde zemin yüzeyinde ve yaplar üzerinde farkl türde
hasarlar oluabilmektedir. Bunlar arasnda en belirgin olanlar; yüzeye kum ve su
fkrmas, büyük oturmalar, büyük genlikli yer hareketleri, binalarda tama gücü
kayb, istinat duvarlarnda ve rhtmlarda hasarlar, zeminlerde akma, can damar
sistemlerinde kalc ve geçici hasarlar olumasdr.
Svlamadan kaynaklanan etkileri ortadan kaldrabilmek için zemin
enjeksiyon yöntemleri yaygn olarak kullanlmaktadr. Zemin iyiletirme
yöntemlerinden yaygn olarak kullanlan zemin enjeksiyonu yönteminde farkl
kimyasallar kullanlmaktadr (akrilamit, nörotoksik, kolloidal silika vs.). Kimyasallar
arasnda olan kolloidal silika ile iyiletirmenin en önemli avantaj kullanlan
hzlandrc malzeme ile istenilen jelleme süresinin ayarlanabilmesidir. Kolloidal
silika partikülleri çok küçük olmas sebebiyle zemin boluklarna çok rahat nüfus
edebilmektedir. Bu kolloidal silika ile svlamaya kar iyiletirmede iyi sonuçlar elde
edilmesini salamaktadr. Bu çalmada Denizli bölgesindeki bir ocaktan alnan doal
zemin numunesi üzerinde gerekli analizler yaplm, literatürde belirtilen svlama
aralnda dane boyutlar olduu belirlenmitir. Temiz kum deneyleri yapldktan
sonra iyiletirme ilemi yaplan zeminler üzerinde de statik ve dinamik üç eksenli
deneyleri yaplmtr. yiletirme yaplrken hzlandrc ve kolloidal silika istenilen
oranda ayarlanarak basnçl enjeksiyon düzenei ile 7 cm çapnda, çapn iki kat
3
yüksekliinde hazrlanan numunelere enjeksiyon yaplmtr. Gevek, orta ve sk
(%40, %60 ve %80) zemini temsil etmek üzere hazrlanan numuneler üzerinde
deneyler yaplmtr. yiletirilmi numuneler farkl kür sürelerine (7 ve 28 gün) tabi
tutulmutur. Statik üç eksenli deney aletiyle farkl hücre basnçlarnda üç eksenli
basnç uygulamas yaplmtr (100 kPa, 300 kPa, 600 kPa). Elde edilen deney
sonuçlar ayrntl olarak karlatrlmtr. Statik üç eksenli deneylerin yan sra
dinamik üç eksenli aleti kullanlarak modül deneyleri yaplmtr. Modül deneylerinde
rölatif sklk %40 ve %60 kullanlmtr, iyiletirilmi numuneler 7 günlük küre tabi
tutulmu, 100 kPa hücre basncnda test edilmitir. Deneyler sonucunda dayanmda ve
rijitlikte gözlenen artlar sunulmu ve karlatrlmtr.
1.1 Tezin Amac ve Kapsam
Tezin birinci amac zeminde deprem srasnda karlalan önemli hasar
türlerinden olan zemin svlamas deerlendirme yaklamlarn kullanan ve
farkllklar da göz önüne alarak olaslk deerlendirmesi gerçekletiren, böylece hata
payn göz önüne çkaran bir bilgi tabanl karar-destek sistemi oluturularak svlama
problemine daha rahat bir pencereden bakabilmektir.
Tezin ikinci amac son zamanlarda en çok kullanlan svlamay tahmin
yöntemlerini, yeni veri setleriyle deerlendirip birbiri ile uyumluluklarn karlatrp
deprem srasnda meydana gelen ve deprem öncesi tahmin edilen deerlerin
uyumluluklarna bakp literatüre katk salamaktr.
Tezin üçüncü amac ise litatürde kullanlan zemin iyiletirme yöntemlerinden
kolloidal silika ile zemin enjeksiyonu yöntemini, Denizli bölgesinden elde edilen
svlama aralndaki zemin numunesi kullanlarak deneyler yapmak ve zemin
svlamasna kar iyiletirmede kullanlabirlilii üzerine literatüre katk salamaktr.
4
1.2 Organizasyon
Tez çalmasnn;
1. bölümünde teze ait genel bilgiler, tezin amac, kapsam ve organizasyon
bilgileri verilmitir.
program ile ilgili bilgiler verilmitir.
3. bölümünde literatürde yaygn kullanlan svlama yöntemlerinden en çok
kullanlanlar ile 2011 Tohoku Japonya depreminde Itako ehrinin bina stounu
deerlendirilmi. Literatürde son yllarda kullanlmaya hz verilen svlama iddet
parametreleriyle binalarn deprem performanslar deerlendirilmitir.
4. bölümünde svlamaya kar iyiletirme yöntemlerinden enjeksiyon
yöntemi kullanlarak kolloidal silika enjeksiyonu yaplmtr.
5. bölümünde elde edilen sonuçlarn genel deerlendirilmesi yaplarak gelecek
çalmalar hakknda önerilerde bulunulmutur.
geoteknik deprem mühendislii alannda merak konusu olmutur. Zemin
svlamasnn etkisinin görüldüü örnekler; 1964 Niigata, 1920 California Calvers,
1938 Montana Fort Peck, 1948 Fukui, 1964 Alaska Ancorage, 1971 California San
Fernando, 1980 Mino-Owari, 2001 Japonya, 2011 Christchurch olarak sralanabilir.
Ülkemizdeki son büyük örnek 1999 Kocaeli (zmit) ve Düzce depremi
svlamalardr.
yöntemleri üzerine birçok çalma yapmtr (örn., Toprak ve Jinguuji 2006; Yasuda
ve di. 2012; Yamaguchi ve di. 2012; Bray ve di. 2014; Toprak ve di. 2014; Toprak
ve di. 2015; Toprak ve di. 2016). Svlama sonucu zemin çökmesi, zemin tama
gücü yetersizlii ve yanal yaylma hasarlar oluabilir. ekil 2.1’de tüm dünyada
svlamann farkna varlmasn salayan 1964 Niigata depremi sonras svlama
nedeniyle ar hasar gören yaplar görülmektedir (Japan National Committee on
Earthquake Engineering, 1965).
ekil 2.1: 1964 Niigata depremi sonras svlama etkisiyle zarar gören yaplar (Japan National
Committee on Earthquake Engineering 1965).
6
Zemin svlamas zemin yüzeyinde ve yaplarda önemli etkilere neden olur.
Svlama nedeniyle meydana gelen hasarlar, özellikle son yllarda kentsel alanlarn
yaknnda meydana gelen depremler tarafndan kantlanmtr. Depremler sonras
binada, yerleim yerlerinde ve zeminlerde meydana gelen çeitli hasarlar
görülebilmektedir (ekil 2.2 ve ekil 2.3).
ekil 2.2: 1999 Kocaeli (zmit) depremi srasnda Adapazar, Türkiye. Svlama etkisi ile hasar
görmü yap (Manav ve di. 2019).
Svlama kavram daneli zeminlerde artan boluk suyu basnc ve azalan
efektif gerilme sonucunda zemin mukavemetinin azalmas ve adeta sv gibi bir
davran sergilemesidir. Boluk suyu basnc art deprem ektisine maruz kalan granül
zeminin skma eiliminden kaynaklanmaktadr. Deprem nedeniyle meydana gelen
çevrimsel yüklemenin hzl olmasndan kaynakl olarak boluk suyu hzla dar
çkamamakta ve skmann etkisiyle suda basnç arts olmaktadr. ekil 2.4’te deprem
etkisi altnda zemin svlama süreci görülmektedir. Zeminde svlama geçirimli
gevek-orta sk siltli kumlar veya az geçirimli kaplama veya ara katmanlar nedeniyle
boluk suyunun drene olamayan kumlu çakll zeminlerde daha hzl bir ekilde
gerçekletii gözlemlenmektedir. Svlama nedeniyle zeminde yumuamalar
meydana gelmekte ve bu nedenle büyük kayma ekil deitirmeleri görülmektedir.
7
c) Zemin svlamas d) Zemin svlamas
e) Yerleim yerinde zemin svlamas f) Bina tabannda zemin svlamas
ekil 2.3: Christchurch ehrinde 2010 ylnda Canterbury depremi sonras svlamann neden olduu
yaplar ve arazide görülen hasarlar (Van Ballegooy ve di. 2014b)
8
yüzeyi çökmesi
Suya doygun, gevek kum/kumlu zeminler, tekrarl yükler etkisinde, skma
ve hacim daralmas eilimi gösterirler. Bu eilim, drenajn olmad koullarda, boluk
suyu basncn artrr. Tekrarl yükler kum tabakas içindeki boluk suyu basncnn
artmasn destekledii zaman, toplam normal gerilme, boluk suyu basncna eit
deere ulaabilir (Das, 1983). Bu durumda, kohezyonsuz zemin kayma direnimini
kaybeder ve bir sv gibi davranarak büyük yer deitirmelerine maruz kalr. Böylece
svlama evresine geçilmi olur (Das, 1983).
Svlama potansiyelinin tespit edilmesi üzerine birçok çalma ve yöntem
bulunmaktadr. Bu yöntemler deterministik ve olaslksal yöntemler olmak üzere iki
balk altnda toplanabilmektedir. Bu çalmada öncelikle en güncel svlama
yaklamlarn kullanan ve farkllklar da göz önüne alarak olaslk deerlendirmesi
gerçekletiren, böylece hata payn göz önüne çkaran bir bilgi tabanl karar-destek
sistemi oluturulacaktr. Böylece tasarmlarn daha gerçekçi olmas için imkân
sunulacaktr. Bilgi tabanl karar-destek sistemi için pilot bölge kullanlarak (Japonya-
Tohoku) uygulama örnei sunulacak, böylece proje ürünlerinin ehir master plan
çalmalar için faydalar gösterilmitir.
yöntemler delphi yazlm dili kullanlarak bilgi tabanl karar-destek sistemi yazlmtr.
Kullanlan yöntemler deterministik, olaslksal yöntemler ve svlama iddeti
9
farkl yöntem ve yaklamlara kolay eriim salanmtr.
2.1 Deterministik Yöntemlerle Svlama Olaslnn Belirlenmesi
Svlama tetikleme yöntemleri deerlendirilirken deterministlik yöntemler
standart penetrasyon (SPT), konik penetrometre (CPT) yöntemleri olarak iki ayr
balk altnda anlatlmtr.
Bir depremde sismik talep, zeminin talebe dayanma yeterliliini aarsa o
zeminde svlama tetiklemesi meydana gelmektedir. Bir deprem tarafndan
svlamay tetiklemek için dayatlan sismik talep, çevrimsel kayma gerilmesi oran
(CSR) ile temsil edilmektedir. Çevrimsel kayma mukavemeti oran (CRR) ise sismik
sarsnt ile zemin üzerinde uygulanan svlama talebine kar zeminin yeterliliinin
bir göstergesi olup zeminin göreceli younluuna ve ince dane içerii (FC)’ye baldr.
Zemin direnci sismik talebin altnda olduunda svlama tetiklemesi
gerçeklemektedir (CRR<CSR).
- Çevrimsel kayma mukavemeti oran (CRR) : Kritik zemin tabakas için
CSR tahmin edilir. CSR, yer sarsnts seviyelerinin bir fonksiyonudur (Pik Yer
vmesi (PGA), Moment Büyüklüü (Mw), ve yer alt su seviyesi yükseklii).
- Temiz Kum Edeeri Düzeltmesi: FC, zeminin içinde ne kadar silt-kil
bulunduunu belirten bir orandr. Daha yüksek FC’ye sahip zeminler,
genellikle daha siltlidir ve svlamaya kar daha düük FC’ye ve edeer uç
direncine sahip olan zeminlere göre daha yüksek bir dirence sahiptirler.
- Çevrimsel Kayma Mukavemeti Oran (CRR): CRR, sismik zemin
talebine kar zemin direncinin bir ölçütüdür. Daha yüksek CRR’ye sahip olan
zeminler, svlamaya kar daha büyük direnç gösterdiinden, bu zeminlerin
svlaabilmesi için daha kuvvetli seviyelerde sarsntyla kar karya
kalmalar gerekmektedir.
kullanlmaktadr. driss ve Boulanger (2008)’de bir MSF deeri hesaplanrken,
10
Boulanger ve Idriss (2014)’te gevek ve sk zeminler için farkl hesaplamalar
mevcuttur.
Arazi deneyleri arasnda skça kullanlan standart penetrasyon deneyi (SPT) ile
svlama potansiyeli hesaplanmas oldukça yaygn olarak kullanlmaktadr. Bu deney
özenli yapldnda zeminin fiziksel ve mekanik özelikleri hakknda bilgi sahibi
olunmasn salamaktadr. Yaygn olarak kumlu zeminler için kullanlan SPT
yumuak killerden zayf kayalara kadar deiik zemin snflarnda farkl amaçlar için
uygulanabilmektedir.
Deney numune alcnn zemine 450 mm çakabilmek için belirli bir
yükseklikten (76 cm) düürülen ve arl belli (63.5 kg) ahmendar tarafndan
zemine uygulanan darbelerin saysnnn (N) belirlenmesi için yaplan arazi deneyidir.
Deney srasnda ilk 150 mm’lik ksm çakmak için vurulan darbe saylar dikkate
alnmamaktadr. kinci ve üçüncü 150 mm’lik çakma için vurulan darbe saylar ayr
ayr kayt altna alnr. SPT uygulamalar, genel ilkeler dorultusunda, 1.5 m’de bir
ve zemin türünün deitii düzeylerde, muhafaza borusunun tabanndan itibaren
yaplr. Darbeler birbirini izleyen her 150 mm’lik giri (penetrasyon) için ayr ayr
kaydedilir, 50 darbede 150 mm’lik giri salanamad durumlarda deney
durdurularak 50 darbedeki giri miktar (cm) olarak kaydedilir.
2.1.1.1 Robertson ve Wride (1998) SPT Deerlendirmesi
Arazide SPT deerlerine numune alcsnn tipi, tij uzunluu, hangi tür
ahmerdan kullanld, efektif gerilmenin büyüklüü gibi, enerji oran, kullanlan tijin
çap etkilemektedir. Deneyin yapld derinlikteki ince dane dalm yüzdesi de SPT
verilerini etkilemektedir. Bu yüzden aadaki formüldeki SPT verilerini düzeltme
ilemi denklem 2.1 ile yaplmaktadr.
(1)60 = ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ (2.1)
11
Burada, Nm ölçülen SPT darbe says, CN efektif gerilmeye göre düzeltme
faktörü, CR, CS, CB ve CE sras ile tij boyuna göre, standart olmayan numune alc için,
sondaj kuyusu çapna göre ve tokmak oranna göre düzeltme faktörleridir (Tablo 2.1).
Ayrca zeminin ince dane oranna (FC) göre düzeltmenin yaplmas önerilmektedir.
SPT’de N deerleri örtü yüküyle birlikte art göstermektedir. Bu sebepten
dolay darbe saysnda örtü yükü düzeltmesi uygulanr (Seed ve Idriss 1982). Bu
düzeltme katsays genellikle Liao ve Whitman (1986a) tarafndan önerilen eitlikle
hesaplanmaktadr (Denklem 2.2).
σ ′ )
0.5
(2.2)
Pa= yaklak 100 kPa deerindeki referans gerilmesi σ ′ Pa ile ayn birime
sahip düey efektif gerilmedir. Referans alnan bu çalmaya göre örtü yükü düzeltme
katsays 1.7 deerini amamaldr.
Elde edilen SPT deerlerine temiz kum edeerini elde etmek için ince dane
oran düzeltilmesi yaplmaldr(Denklem 2.3).
(1)60 = + (1)60 (2.3)
Burada α ve β katsaylar ince dane oranna göre aadaki gibi
hesaplanmaktadr(Denkelm 2.4, 2.5, 2.6).
= [1.76 − ( 190
= 5 ≥35%
= 1.0 ≤ 5%
= 1.2 ≥ 35%
Faktör Alet Deikeni Terim Düzeltme
Üst tabaka yükü --- CN (P/σ ′ )0.5
Üst tabaka yükü --- CN ≤ 1.7
ahmerdan enerji oran Donat (makaral) tipi
ahmerdan
ahmerdan enerji oran Otomatik düülü- Donut
(makara) tipi ahmerdan
Numune alma yöntemi Standart numune alc (klf) 1.0
Numune alma yöntemi Standart numune alc (klf) 1.1-1.3
SPT temiz kumlar için;
olduu kabul edildii için svlamaz kabul edilmektedir.
13
Depremin meydana gelmesiyle hesaplanan çevrimsel kayma gerilmesi uzun
yllardr dikkate alnmaktadr (Seed ve Idriss 1971; Youd ve di. 2001). Denklem 2.8,
2.9, 2.10 kullanlarak hesaplanmaktadr.
= 1.0 − 0.00765 ≤ 9.15 (2.9)
= 1.174 − 0.0267 9.15 < ≤ 23 (2.10)
Bu denklemde yer alan ifadeler aada belirtildii gibidir; amax: yüzeydeki en
büyük yatay gerilme, : toplam düey gerilme, ′ : efektif düey gerilme, :
gerilme azaltma katsays, : metre cinsinden yüzeyden itibaren derinliktir.
ekil 2.5: Gerilme azaltma katsaysnn grafii (Robertson and Wride, 1998)
2.1.1.2 Idriss ve Boulanger (2006) SPT Deerlendirmesi
Idriss ve Boulanger (2006) çalmasnda SPT verileri kullanlarak CSR ve
CSR7.5 hesaplar srasyla Denklem 2.11, 2.12’de verilmitir.
14
(2.12)
Yaplan bu yar amprik çalmada effektif örtü yükü 100 ±kPa için CRR
denklem 2.13 ile hesaplanr.
CRR=CRRσ=1,σ=0KσKα (2.13)
Kσ= örtü yükü faktörü 1 Kα statik kayma gerilmesi faktörü olmak üzere
düzeltme önermektedir.
Bu çalmada rd, α ve β katsaysna bal olarak aadaki denklemde
görüldüü gibi hesaplanmaktadr(Denklem 2.14, 2.15, 2.16).
() = α(z) + β(z)M (2.14)
() = −1.012 − 1.126sin ( z
Burada kullanlan z metre cinsinden derinlii, M de moment magnitude
deerini vermektedir Bu denklem z>=34 metre içindir. Derinlik z>=34 m ise rd
denklem 2.17 ile hesaplanr.
= 0.12exp (0.22) (2.17)
çallmtr (Denklem 2.18, 2.19).
= 6.9 exp ( −M
4 ) − 0.058 (2.18)
≤ 1.8 (2.19)
Örtü yükü düzeltme katsays ile ilgili Boulanger (2003) ve Boulanger ve Idriss
(2004) yaynlarnda geni bilgiler bulunmaktadr (Denklem 2.20 ve 2.21).
15
= √ (N1)60
46 (2.22)
olarak verilmi Boulanger and Idriss 2004 de bu denklem 2.23’deki ekliyle revize
edilmitir.
olarak verilmektedir.
Efektif gerilmeye göre düzeltme faktörü (CN) Liao ve Whitman (1986a) tarafndan
önerilen 2.24 eitlii ile hesaplanmaktadr.
= ( P
Ancak bu çalmada Boulanger (2003) de için önerilen yaklam kullanlmtr.
= ( PA
= 0.784 − 0.52 (2.26)
Boulanger ve Idriss (2004) ylnda CN düzeltme faktörünü (N1)60 bal olarak;
= ( P
16
= exp { (N1 )60cs
(1)60 = (1)60 + (1)60 (2.30)
(1)60 = (1.63 + 9.7
2
) (2.31)
ekil 2.6’da ince dane oran- Δ(N1)60 deiimi deerleri açkça görülmektedir.
2.1.2 CPT Deerlendirme Yöntemleri
kullanm görülmektedir. Koni penetrasyon deneyinden (CPT) elde edilen uç direnci
svlama direncinin bir ölçüsü olarak kullanlmaktadr. Gevek zeminden oluan ince
17
damarlar yakalamada SPT’ye göre gerçekten çok üstündür. CPT ve SPT dirençleri
arasndaki korelasyonlarda destekleyerek, belirli bir CPT direncine sahip temiz kumda
svlama oluturabilecek minimum devirsel gerilme oran bulunabilir (Robertson ve
Campanella 1985, Seed ve DeAlba 1986).
2.1.2.1 Robertson ve Wride (1998) CPT Deerlendirmesi
Koni penetrasyon deneyi uç direncinin, svlama direncinin belirlenmesinde
kullanlmasnda da baz düzeltmeler yapmak gerekmektedir. Bu düzeltmeler için
temiz kumlarda denklem 2.32, 2.33, 2.34 ve 2.35 kullanlarak hesaplamalar yaplr
(Robertson and Wride, 1998; Youd ve di, 2001).
(1) < 50 → 7.5 = 0.833 [ (1)
1,000 ] + 0.05 (2.32)
1,000 ⌉
3
0 ′ )

(2.35)
n=1.0 (kil zeminler için), n=0.50 (temiz kumlar için),n=0.50-1.00 (silt ve siltli
kumlar için) kullanlr.
hesaplanmaldr. (Denklem 2.36, 2.37 ve 2.38).
= [(3.47 − )2 + (1.22 + )2 ]0.5 (2.36)
= [ (−0)
Siltli kumlar için normalize edilmi penetrasyon direnci (qc1N), aadaki ilikiyle
edeer bir temiz kum deerine ((qc1N) cs ) Denklem 2.39, 2.40, 2.41 ile düzeltilebilir:
(1) = 1 (2.39)
> 1.64 → = −0.403 4 + 5.581
3 − 21.63 2 + 33.75 − 17.88 (2.41)
Eer n=1 alnarak hesaplanan Q kullanlarak hesaplanan Ic <2.6 ise zemin killi
ve svlamayan zemin olarak kabul edilir. Eer n=1 alnarak hesaplanan Q
kullanlarak hesaplanan Ic >2.6 ise, CQ ve Q, n = 0.5 alnarak tekrar hesaplanr ve Ic
deeri yeniden belirlenir, eer Ic< 2.6 ise svlama analizlerinde kullanlr, eer Ic >2.6
ise n=0.7 alnarak Ic tekrar hesaplanr ve svlama analizlerinde kullanlr (ekil 2.7).
19
ekil 2.7: CPT hesaplama ak diyagram
M=7.5 büyüklüünde bir deprem için svlama direnci denklem 2.42 ve 2.43
eitlikleri kullanlarak bulunabilmektedir.
1000 )
3
geçerlidir.
20
2.1.2.2 Idriss ve Boulanger (2006) CPT Deerlendirmesi
Bu çalmada CSR hesab, deprem büyütme katsays, rd hesab SPT ile
hesaplama ksmnda anlatlmtr. CRR denklem 2.44 kullanrak hesaplanabilir.
= exp { 1
− 3} (2.44)
ekil 2.8: Yüksek ince dane oran içeriine sahip olan uyumsuz zeminler için saha vaka
geçmilerinin karlatrlmas ve Ic = 2.59 (görünür FC =% 35) olan zemin için Robertson ve
Wride (1998) tarafndan önerilen eri
Boulanger ve Idriss (2004) ylnda CN düzeltme faktörünü (N1)60 bal olarak
denklem 2.45 ile hesaplanmaktadr.
Bu formül 1 maksimum 254 olduu deer için yaplabilir.
21
2.1.2.3 Idriss ve Boulanger (2008) CPT Derlendirmesi
Idriss ve Boulanger (2008) spesifik laboratuar test sonuçlarna göre FC’nin
düzeltilmesine izin vermektedir. Bu FC-IC profillerinin yalnzca snrl bir vaka
geçmi veri tabanndan türetilen ampirik bir ilikiye baml olmak yerine belirli saha
koullarna uyacak ekilde uyarlanabilecei anlamna gelmektedir. Çalmada FC ve
CRR arasndaki iliki, svlaan ve svlamayan zeminlerde vaka analizlerine
dayanarak ampirik olarak türetilmitir. Idriss ve Boulanger (2008)’de, MSF hesabnda
kohezyonsuz zeminler için tek bir formül gelitirilmitir.
2.1.2.4 Boulanger ve Idriss (2014) CPT Deerlendirmesi
Boulanger ve Idriss (2014) çalmasnda, Idriss ve Boulanger (2008)’de
yaynlanan svlama tetikleme metodu güncellenerek yeni bir çalma ortaya
konmutur. 2008’de yaplan çalmadan farkl olarak üç temel deiiklik yaplmtr.
-FC, Canterbury Deprem Dizisine (CES) dayanan 50 vaka analizi de dahil olmak üzere
bu alandaki çalmalar, Boulanger ve Idriss (2014)’deki ampirik ilikinin içine dahil
edilmitir. Bu sebeple, temiz kum edeeri düzeltmesi (FC’nin bir fonksiyonu),
Canterbury zeminleriyle gelimi bir korelasyon oluturduuna inanlmaktadr. Bu
farkllklar, kumlu zeminler üzerinde svlama tetiklemesi için küçük bir etkiye sahip
iken Idriss ve Boulanger (2008) yöntemiyle kyaslandnda yüksek FC’ye sahip Siltli
zeminlerde çok daha belirgin bir etkiye sahiptir.
-Boulanger ve Idriss (2014)’te CRR’nin hesaplanma eklindeki küçük deiikler ile
CRR deeri için gevek zeminlerde biraz daha yüksek deerleri, sk zeminler içinse
biraz daha büyük deerleri öngörmektedir. Bu deiikliklerin yalnzca Idriss ve
Boulanger (2008) yöntemine kyasla svlama tetiklemesinin tahmini üzerinde küçük
bir etkisi olduu unutulmamaldr.
kullanlmaktadr. driss ve Boulanger 2008’de bir MSF deeri hesaplanrken,
Boulanger ve Idriss (2014)’te gevek ve sk zeminler için farkl hesaplama mevcuttur.
22
Basitletirilmi yöntem ile svlama analizi yaygn olarak kullanlmakla
birlikte, son yllarda benzer yaklamlar kullanlarak olaslksal korelasyonlara dayal
baz yöntemler gelitirilmitir (Liao ve di. 1988; Youd ve Noble 1997); Toprak ve
di 1999; Seed ve di. 2001; Seed ve di. 2003). Seed ve Idriss (1971) tarafndan
önerilen çevrimli kayma direnci oran (CRR) ile düzeltilmi SPT-N deeri arasndaki
deterministik iliki farkl svlama olaslklar için tanmlanmtr. Bu yöntemlerde
daha fazla arazi verisi dikkate alnmakla birlikte, yararlanlan regresyon yöntemine
bal olarak belirsizlik yüzdesi artabilmektedir. Ayrca baz yöntemlerde örnein ince
dane oran gibi baz önemli faktörler dikkate alnmamaktadr. Seed ve di. (2001)
tarafndan önerilen olaslksal yöntem, geni bir arazi veri taban içermesi, sahaya özgü
yer hareketlerini etkileyen baz faktörlerin göz önüne alnmas ve yüksek mertebeli
olaslksal yöntemlerin kullanlmas nedeni ile, dier yöntemlere göre baz üstünlükler
tamaktadr. Çetin ve di. (2004) SPT tabanl olaslksal zemin svlamas
bantsnn sunulduu bir baka çalmadr.
2.2.1 Toprak ve di. (1999) Yaklam
Toprak ve di. (1999) çalmasnda 1989 Loma Prieta, California’da meydana
gelen Mw=6,9 büyüklüündeki deprem sonras yaplan SPT ve CPT verileri
kullanlmtr. Yaplan bu çalmada doal kum yata olan Monterey ve San Francisco
bölgelerindeki veriler incelenmitir. Bu çalmada Seed ve di. (1983) çalmasnda
kullanlan basitletirilmi svlama analizine ek olarak CPT tabanl svlama olasl
grafii ve SPT tabanl svlama olasl grafiini çizebilmek için logistik regresyon
analizi kullanlmtr.
Toprak ve di. (1999) çalmasnda SPT verileri için %50 ve %20 svlaama
olasl erilerinden tabloda verilen deerler hesaplanarak elde edilen denklem;
= () = [/(1 − )] = 10.0424 − 0.2215(1)60 + 3.9740ln () (2.46)
Bu eitliin modifiye olaslk oran indeksi : 2 0.52 olarak hesaplanmtr.
23
1971 San Fernando, 1979 Imperial Valley, 1987 Superstition Hills ve 1994 Northridge
depremleride eklenerek;
Bu eitliin modifiye olaslk oran indeksi : 2 0.50 olarak hesaplanmtr.
Toprak ve di. (1999) çalmasnda logistik regresyon kullanarak, geniletilmi
veri seti ile;
4.0573ln (/) (2.48)
eitlii elde edilmi ve modifiye olaslk oran indeksi: 2 0.98 olarak hesaplanmtr.
Dier iki denklemde hesaplanan: : 2 göre oldukça yüksek deer elde edilmitir.
Toprak ve di. (1999) çalmasnda SPT verileri için %50 ve %20 svlaama
olasl erilerinden tabloda verilen deerler hesaplanarak elde edilen denklem;
= () = [/(1 − )] = 11.6896 − 0.2215(1) + 4.0817ln () (2.49)
Bu eitliin modifiye olaslk oran indeksi: 2 0.64 olarak hesaplanmtr.
2.2.2 Çetin ve di. (2002) Yaklam
Çetin ve di. (2002) çalmasnda sismik zemin svlamas ileminin
balamasnn olaslksal deerlemesinin yaplmas için bayesian sistemi
tanmlanmtr. Yerinde “endeks” test sonuçlaryla birlikte zemin performansnn
deprem sonras alan gözlemlerinden oluan bir veri taban, olaslk temelli sismik
zemin svlamas tetikleme korelasyonlarnn gelitirilmesinde kullanlr. Önerilen
stokastik model, tüm ilgili belirsizliklerin tam ve tutarl bir ekilde temsil edilmesini
salar. (a) ölçüm / tahmin hatalar dahil, (b) model kusurlar, (c) istatistiksel belirsizlik
ve (d) doal deikenlikler parametreleri kullanlr. Sismik zemin svlama balatma
tehlikesi problemi için, problemin özünde yer alan çeitli belirsizlik kaynaklarn
temsil eden farkl olaslksal svlama snr erileri setleri gelitirilmitir. Farkl
olaslksal svlama snr erileri setleri çeitli kaynaklar temsil eden sismik zemin
24
öngörücü ilikiler üretme ve büyük ölçüde azaltlm genel model belirsizliini temsil
eder.
Boulanger ve Idriss (2014) çalmasnda, Idriss ve Boulanger (2008) svlama
tetikleme metotu çalmasn güncelleyerek yeni bir çalma ortaya koymutur. Bu
çalma, deerlendirme metodolojisinde üç ana deiiklik göze çarpmaktadr. Bunlar
temiz kum edeeri düzeltmesi, çevrimsel kayma mukavemeti oran (CRR) ve
magnitüde düzeltme faktörüdür (MSF).
Metodolojideki bu ana deiikliklere ek olarak, Boulanger ve Idriss (2014),
laboratuvar test verilerine dayandrabildii alanlar için önerilen kalibre edilebilecek
bir FC-Ic korelasyonunu hesaplamtr. Van Ballegooy ve di. (2015a) çalmasnda
dört basitletirilmi svlama tetikleme yöntemini Canterbury deprem serisindeki üç
büyük deprem için (Eylül 2010, ubat 2011 ve Haziran 2011) deerlendirmi, arazi
hasar gözlemleri ile svlama iddeti katsays (LSN) ile arasnda makul korelasyonlar
saladn göstermitir. Bununla birlikte sonuçlarn detayl bir ekilde incelenmesiyle
BI2014 yöntemiyle hesaplanm LSN deerlerinin, svlama gerçeklemeyen ve az
oranda svlama gerçekleen bölgelerde svlamann neden olduu arazi hasaryla en
tutarl dalm verdii gözlenmitir. Yine ayn ekilde orta seviyeden ciddi seviyeye
kadar svlamadan kaynakl arazi hasarlarnn BI2014 tetikleme metodunda en iyi
sonuçlar verdii belirtilmitir.
BI2014 metodunda ayn zamanda svlama tetikleme olasl (PL) ad verilen
ve CRR tahmindeki belirsizlik sonucunda bir dizi olaslkla svlama olasln
tahmin etmeye imkân veren bir parametre bulunmaktadr. Standardize edilmi 7.5
deprem büyüklüü için CRR ve (qc1N)cs’ye bal olmak üzere ekil 2.9’da üç farkl
(%15, %50 ve %85) svlama olasl band genilii gösterilmektedir. Svlama
olasl (PL), CRR tahminindeki belirsizlik sonucunda bir dizi olaslkla svlama
olasln tahmin etmeye imkân veren bir parametredir. ULS ve SLS ise srasyla nihai
snr durumu ve servisibilite snr durum bölgelerini göstermektedir.
25
ekil 2.9: CRR ve (qc1N)cs’ye bal PL=%15, %50 ve %85 erileri (Boulanger ve Idriss 2014)
Tonkin ve Taylor (2015) çalmasnda BI-2014 metodunu kullanarak svlama
tetiklemesinin bir deerlendirilmesini yapmak için giri parametrelerinin kabul
edilmesi gerektiini belirtmitir.
Svlama potansiyel endeksi (LPI) ve svlama iddeti katsays (LSN) olan
iki svlama iddet parametreleri, svlamann büyüklüüne ve özellikle svlama
oluumunun tahmin edilmesinden ziyade bina hasarna (açsal bozulmayla
tanmlanan) bal olarak deerlendirilir. Düzeltilen uygulamada bu parametreler
oluum ya da hasar tahmini amacyla kullanlmtr.
2.3.1 Svlama Potansiyel Indeksi (LPI) Yöntemi
Iwasaki ve di. (1978, 1982) tarafndan gelitirilen LPI metodu aratrmaclar
tarafndan kullanlan en yaygn metottur. LPI ile svlama potansiyeli farkl risk
seviyelerinde gösterilebilir(Tablo 2.2). LPI medotunda LPI deerleri 0 ve 100 arasnda
deerler alabilmektedir.
Svlama Potansiyel ndeksi (LPI) Svlama Potansiyel Derecesi
0 Çok Düük
0<LPI≤5 Düük
5<LPI≤15 Orta
15<LPI Yüksek-Çok Yüksek
LPI metodolojisi ile yaplm çok sayda çalma vardr. Iwasaki ve di. (1982)
LPI deerinin 15’den yüksek olmas durumunda çok yüksek svlama riskinin
olduunu gösterilirken, Juang ve di. (2005a ve 2005b) LPI deerinin 5’den büyük olan
bölgelerin yüksek svlama riski altnda bulunduunu göstermektedir. Toprak ve
Holzer (2003) çalmasnda, 1989 Loma Prieta depreminden elde edilen gözlemlerle
LPI deerlerini sunmu, LPI deerinin 5 ve 15 olduu durumlarda svlamann
yüzeyde görülebilme olaslnn srasyla %58 ve %93 olduunu göstermitir.
Iwasaki ve di. (1978, 1982) tarafndan çoklu zemin tabakalarndan oluan
düey zemin kolonunun, zemin yüzeyden 20 metre seviyesine kadarki svlama
potansiyelini hesaplamak için gelitirilen;
F=0 FS 1 için
Burada, derinlik arlk faktörü w(z)=10-0.5z, z ise derinlii ifade etmekte
Zeminin kabuk kalnlnn gözlenen önemi ve LPI’nin Yeni Zelanda hasar
bölgelerindeki svlamayla tetiklenen arazi hasarlarnn ayrt edilmesindeki göreceli
olarak görülen eksikliini gidermek üzere Tonkin ve Taylor (2013) Svlama iddeti
katsays (LSN) gelitirilmitir.
Tonkin ve Taylor (2013) tarafndan literatüre sunulan Svlama iddeti
katsays (LSN) aadaki denklem ile hesaplanmaktadr.
LSN = 1000 ∫ εv
z dz (2.51)
deitirmeyi sembolize etmektedir. εv, Zhang ve di. (2002) tarafndan hesaplama
metodu kullanlmtr. “z” ise kesit boyunca derinliktir.
Van Ballegooy ve di. (2014b) çalmasnda svlamann neden olduu
yerleim yeri hasarlarn belirlerken, LPI ve LSN ile deerlendirme arasndaki
farkllklar ;
LSN, hacimsel ekil deitirme ampirik formüllerine dayandndan, FS’nin
birden büyük deerleri için bile LSN deerleri sürekli olarak hesaplanabilmektedir.
Böylece LSN deerleri, Zhang ve di. (2002)’de önerilen hacimsel ekil deitirme
fonksiyonu olarak, FS<2 olduu zaman ar boluk suyu basnc yükselii gibi
artmaya balamaktadr ve FS<1 olduunda sürekli yumuak bir geçi içermektedir.
Zhang ve di. (2002)’de LSN formülündeki hacimsel ekil deitirme ilikileri,
sismik talebin fonksiyonu deildir, zemin göreceli younluk fonksiyonu olarak
snrlayc bir hacimsel ekil deitirmeye ular. Aksine, LPI parametresindeki art,
PGA deerinin artmasyla devam etmektedir. Çünkü LPI, FS’nin dorudan bir
fonksiyonudur, sismik talep arttkça azalmaktadr.
Göreceli younlua sahip svlaabilen tabakalarda düük göreceli younlua
sahip tabakalar yer yüzeyinde daha fazla ekil deitirme gelitirmeleri
beklenmektedir. LSN ile hesaplanm ekil deitirme deeri hasar indeksi olarak
kullanldnda sadece oturmaya göre hesaplanm indekse göre kuvvet kaybnn ve
zemin püskürme potansiyelinin etkilerini daha fazla içermektedir.
LSN, hiperbolik derinlik arlkl fonksiyonu kullanarak yer alt su tabakas
yüzeye yakn olduunda svlamayan kabuk kalnlna daha çok önem vermektedir.
LPI’deki s ve derin tabakalarn katksyla karlatrldnda LSN, s svlamann
28
yer ve yüzey yaplarna derin svlamaya göre çok daha büyük zarar verdiini
göstermektedir. Dolaysyla LSN, svlamayan kabuun ince olduu ve ciddi
püskürme sonucunu, kabuun kaln ve çok daha az miktarda püskürme meydana
geldii zamanla ayrt etme özelliine sahiptir.
Tonkin ve Taylor (2015) ve Van Ballegooy ve di. (2015b) çalmalarnda üç
depremden sonra gözlenen arazi hasarlaryla LSN arasnda güçlü ilikiler
gözlemlemitir. Düük LSN deerlerinin gözlemlendii bölgelerde, hasarlarn düük
olduu yada hiç hasar olmad, LSN deerinin yüksek olduu yerlerde ise yüksek
arazi hasar gözlemlenmektedir. ekil 2.10’de gösterildii gibi LSN deerleriyle arazi
hasarlar arasnda doru orant bulunmaktadr (Tonkin ve Taylor 2015, Van Ballegooy
ve di. 2015b).
ekil 2.10: Arazi hasar gözlemleriyle LSN arasndaki ilikiler (Tonkin ve Taylor 2015, Van
Ballegooy ve di. 2015b)
görülmektedir. Bu çalma kapsamnda en yaygn olanlar incelenmitir. Yaplan bu
yazlmda farkl svlama tetikleme yöntemlerinin yan sra svlama iddet
parametreleri olan LPI ve LSN hesaplarda yaplabilmektedir.
Bu svlama tahmin yöntemlerinin hatasz, verimli kullanm ve hzl sonuç
elde edilmesi için pascal programlama yazlm dili tabanl delphi arayüzü kullanlarak
bilgi tabanl karar-destek sistemi yazlmtr. Bu sayede bilgi tabanl karar- destek
sisteminde farkl yöntem ve yaklamlara kolay eriim salanmtr.
Yazlan programn sade ve kolay kullanlabilir olmas amaçlanm olup tek bir
ana ekran üzerinde bahsi geçen hesaplama yöntemleri kolay kullanlabilir hale
getirilmitir. Program arayüzünde hesaplamalar için deney bölgesinin karakteristik
özelliklerinin ve bölgeden alnan CPT verilerinin girilmesini gerekli klan parametreler
sol üst tarafta toplanmtr (ekil 2.11).
ekil 2.11: Bilgi tabanl karar-destek sistemi arayüzü
Gerekli parametrelerin girilmesinin ardndan Excel dosyasna aktarlan CPT
verilerinin dosyadan programa aktarlmas için arayüzdeki “Import CPT Datas …” ve
“Import Bulk Densities…” butanlar sras ile kullanlr (ekil 2.12). Arayüz
ekranndaki sol alt ksma aktarlan CPT ve Bulk Density verilerinin ardndan
30
Friction deerleri çarlan excell verilerinde bu deerlerin olduu sütunlar ile
eleecek ekilde seçilir (ekil 2.13).
ekil 2.12: Excel dosyasndan CPT verilerinin aktarlmas
ekil 2.13: Verilerin arayüzde girilmesi, eklenmesi ve uygun CPT sütunlarnn seçilmesi
Veri bölgesinden elde edilen verilerin arayüzde girilmesi, eklenmesi ve uygun
CPT sütunlarnn seçilmesinin ardndan kullanlmak istenen svlama potansiyeli
yöntemi seçilerek “Calculate the safety factor for CPT” butonuna tklanlr ve elde
edilen veriler butonun altndaki grid sekmesinde görülür. Svlama potansiyelinin
belirlenmesi için son adm olarak “Calculate LPI” butonu seçilir ve hesaplama sonucu
altndaki grid de gösterilir. Tüm bu prosedürler sonunda bölgeden elde edilen CPT
31
verileri ve uygun görülen yöntem ile bölgenin svlama potansiyeli belirlenmi olur.
Elde edilen tüm hesaplama verileri “Calculate LPI” butonun altndaki grid e çift
tklama sonucu excel dosyas olarak çkt halinde sunulur (ekil 2.14). Yazlan delphi
kodu ekler ksmnda bulunabilir.
ekil 2.14: Hesaplama verilerinin excell dosyas olarak ckt halinde sunulmas
32
EHRNN BNA STOUNUN SIVILAMA DDET
PAREMETRELERYLE DEERLENDRLMES
Sismik eylemlerden kaynaklanan zemin svlamas, farkl altyap türleri için
önemli bir sorundur (örn., Toprak ve Jinguuji 2006; Yasuda ve di. 2012; Yamaguchi
ve di. 2012; Bray ve di. 2014; Toprak ve di. 2014; Toprak ve di. 2015). Svlama
sonucu zemin çökmesi, zemin tama gücü yetersizlii ve yanal yaylma hasarlar
oluabilir. Svlama ve ilgili hasarn tahmini, ünlü 1964 Niigata ve Alaska
depremlerinden bu yana mühendisler, ehir planclar ve bilim adamlar için büyük bir
ilgi kayna olmutur. Bu çalma 2011 Japonya Depremi'nden gelen verileri
kullanarak zemin svlamasnn görülme iddetini tahmin etmek için iki svlama
iddeti parametresini deerlendirmektedir. Bu yöntemler svlama potansiyel indeksi
(LPI) ve svlama iddet katsays (LSN) parametreleridir (Tonkin ve Taylor 2013;
Van Ballegooy ve di. 2015a, 2015b).
2011 Büyük Dou Japonya Depremi srasnda, merkez üssünden uzakta
olmasna ramen, Tone nehri ve Tokyo Kys kylarnda geni svlama hasar
meydana gelmitir. Mw = 9.0 büyüklüündeki 2011 Büyük Dou Japonya Depremi,
11 Mart 2011 tarihinde 14:46:33 Japonya'nn ana adasnn kuzey dou kysndan
yaklak 130 km uzaklkta, Pasifik Okyanusu'nda meydana gelmitir. Bu deprem,
Pasifik tektonik plakasnn Japonya Anakarasnn altnda Okhotsk plakasnda 24
km'lik bir merkez derinlikte olurken çok büyük miktarda enerji salnm aça
çkmtr. Bu deprem Japonya'daki sismik gözlemin balamasndan bu yana geçen 150
yllk süreçte kaydedilen en büyük depremdir. Ardndan oluan iki büyük ölçekli artç
depremlerden ilki 15:09’da kuzeyde M = 7.4 büyüklüünde, ikincisi ise 15:15’ de
güneyde M = 7.7 büyüklüünde ayn gün içinde gerçeklemitir. Bu depremin
hiposentral bölgesi yaklak 500 km uzunluunda ve 200 km geniliindedir. Depremi,
birçok ehri yok eden ve Pasifik Kys boyunca birçok insan öldüren ve yaralayan
büyük bir tsunami izlemitir.
2011 Büyük Dou Japonya Depremi'nden sonra Ulusal leri Bilim ve Teknoloji
Enstitüsü (AIST), 143 CPT sondaj ile Itako ehrinin Hinode bölgesinde svlama
alanlarnda birçok farkl test gerçekletirmitir. Tone Nehri ve Kasumigaura Gölü
33
depremde svlama nedeniyle ar hasar gören bir yerleim alandr. 1970'lerde bu
bölge slah edilmi ve yerleim alan olarak geri kazanlmtr. Geri kazanm için
kullanlan kum Kasumigaura Gölü'nden temin edilmi ve kum sktrmas gibi
herhangi bir svlama önlemi uygulanmadan doal halde doldurulmutur. Svlama
hasar, slah alannda younlam ve arazi çökmesi veya kum kaynamas olaylar gibi
svlama belirtileri geri kazanlan Hinode alannn dnda tespit edilmemitir. Bu
nedenle, Kasumigaura Gölü'nden gelen geri kazanlm kumun svlamaya neden
olduu bilinmektedir.
Svlama iddet parametrelerinden LPI deeri svlama potansiyeline sahip
olmayan bir alan için 0'dan, 20 metrelik derinlik aralnda emniyet faktörünün sfr
olduu bir alan için en fazla 100'e kadar deiebilir. LPI, emniyet faktörlerini tahmin
etmek için basitletirilmi prosedüre (Seed ve Idriss, 1971) dayanyor olsa da, LPI ile
tahmin basitletirilmi prosedür ile yaplan öngörüden farkldr. Basitletirilmi
prosedür, bir zemin elementinin performansn öngörürken, LPI, tüm zemin kolonunun
20 m derinlie kadar performansn öngörür. Svlama tehlikesinin corafi
deikenliini tanmlamak için LPI svlama tehlike haritalamas için öne çkan bir
yöntem olmutur. Bunun örnekleri (Frost ve di. 1997; Papathanassiou ve di 2005;
Holzer ve di. 2006; Lenz ve Baise 2007; Hayati ve Andrus (2008); Yalcin ve di.
2008; Chung ve Rogers 2011; Cramer ve di. 2008, ve Holzer ve di. 2003; 2011)
yaplan çalmalarda görülmektedir.
Iwasaki ve di. (1982) ve Toprak ve Holzer (2003) LPI'y svlama iddeti ile
karlatran vaka incelemelerini dier yöntemlerle karlatran çalmalar
yapmlardr. Iwasaki ve di (1982), alt deprem için Japonya'daki 85 yerde standart
penetrasyon testi (SPT) verilerini kullanarak, iddetli svlamann LPI'si 15'in
üzerinde olduu bölgelerde muhtemel olduu ve LPI'si 5'in altnda olan bölgelerde
iddetli svlama olasl bulunmad sonucuna varmtr. Toprak ve Holzer (2003),
koni penetrasyon testi (CPT) verilerini kullanarak svlama yüzey belirtilerini
korelasyona urad 1989 Loma Prieta, California, depremi için kum kaynamas ve
yanal yaylmann srasyla LPI'nn 5 ve 12 olduu yerde ortaya çkt sonucuna
varmlardr. Kaliforniya'daki farkl alanlardaki svlama çalmalarnda CPT
sondajlarna dayanan LPI deerleri ile Iwasaki ve di. (1982) tarafndan Japon
34
svlama alanlarndaki SPT sondajlarna dayanan LPI deerleri arasndaki
eilimlerdeki benzerlik ümit vericidir. Maurer ve di. (2014), Mw 7.1 Darfield ve Mw
6.2 Christchurch depremlerinden Yeni Zelanda'daki Christchurch'teki svlama
tehlikesinin deerlendirilmesinde LPI'yi kullanmlardr. Svlama olumasnn
ciddiyetinin genellikle LPI arttkça arttn ve böylece tüm sondajlar (1173 CPT)
dikkate alndnda marjinal, orta ve iddetli svlama için medyan LPI deerlerinin
srasyla 8.4, 13.1 ve 21.0 olduu sonucuna varmlardr. Ayrca, Iwasaki kriterinin,
svlama olayndan daha çok hasar potansiyelini deerlendirmek için daha uygun
olduunu belirtmilerdir. Yakn bir tarihte, Jinguuji ve Toprak (2017), 2011'deki
Büyük Dou Japonya Depremi srasnda Itako ehri'nin Hinode bölgesinde meydana
gelen iddetli svlama hasarn aratrdlar. 143 tane CPT verisi kullanarak yaplan
LPI analizinde, LPI dalmnn çalma alannda meydana gelen baz hasarlar ile
örtütüünü ve bazlar ile ise anlamllk oluturmadn gözlemlemilerdir.
2010 ve 2011 yllarnda Canterbury Deprem sralamasn takiben, Svlama
iddeti katsays (LSN) olarak bilinen yeni bir svlama iddet parametresi,
Christchurch'teki zemin koullarna daha iyi adapte edilmi ve mühendislikle tutarl
bir svlama iddetinin göstergesi olarak svlamayla ilgili bilimsel ilkeler eliinde
gelitirilmitir (Tonkin ve Taylor 2015). Aratrmaclar, Canterbury Deprem
Sralamasnda mevcut svlama parametrelerinin yerleim alanlarnn altndaki
karmak ara katmanl Christchurch zemin profillerinde uygulanmasnn pratik
olmad ve arazi hasarna neden olan mekanizmalar uygun bir ekilde
yakalanamamasndan dolay uygun olmadn düünmülerdir. Yeni gelitirilen LSN
parametreleri CPT, kuyu sondaj ve yer alt suyunun derinlii modellerinin sonuçlarn
kullanarak hesaplamaktadr, dolaysyla LSN, gelecekteki bir deprem olaynda
jeoteknik aratrma verilerinden gelen tahmini svlama hassasiyetini tahmin etmek
için kullanlabilir.
Toprak ve Holzer (2003) ile Maurer ve di. (2014), çalmalarnda LPI'lar
belirlemek için Robertson ve Wride (1998) 'in Youd ve di. (2001) tarafndan ortaya
konan basitletirilmi Konik Penetrasyon Testi (CPT) temelli svlama tetikleme
yöntemlerini kulland. Öte yandan Jinguuji ve Toprak (2017) ylnda Japonya'daki en
popüler analiz olan Japonya Mimarlk Enstitüsü (AIJ 1988; 2001) klavuzlarnda
verilen svlama tetikleme yöntemini kulland. Farkl svlama deerlendirme
35
deerlendirme prosedürünün, tehlike deerlendirmelerinin doruluu üzerindeki
etkisini deerlendirmektedir. Dier bir deyile, svlama deerlendirme prosedürü, bu
durumda bina hasar olan svlama hasarna kar deerlendirilir. Bina hasar seviyeleri
tanmlamasnda, binalarn açsal bozulmas (β), L, iki nokta arasndaki toplam
yerleimdeki fark temsil eder ve L, iki nokta arasndaki mesafeyi temsil eder. Hasar
olmayan ve hasar seviyesi 1, 2 ve 3 olan binalar için β eik deerleri srasyla 1/100,
1 / 100-1 / 60, 1 / 60-1 / 20 ve> 1/20 karlk gelir.
LSN parametresi LPI'nn bu çalmada deerlendirilme ekline benzer ekilde
deerlendirilmitir. LSN son zamanlarda önerilen bir parametredir ve Yeni Zelanda
depremleri haricindeki verilerle kalibre edilmemitir. Van Ballegooy ve di. (2015a),
Christchurch genelinde yaklak 15.000 CPT için ilgili svlama iddeti katsaysn
(LSN) hesaplayarak ve bu hesaplanan deerleri, svlama kaynakl arazi hasar
gözlemleriyle ilikilendirerek bölgesel olarak dört temel CPT temelli basitletirilmi
svlama deerlendirme yöntemini 2010 - 2011 Canterbury Depremleri (CES) ile
karlatrmtr. Mühendislik uygulamasnda bu yöntemler Robertson ve Wride
(1998), Moss ve di. (2006), Idriss ve Boulanger (2008) ve Boulanger ve Idriss (2014)
tarafndan kullanlmtr. Dört yöntemin hepsinin, gözlenen arazi hasar ile LSN
svlama hassasiyet parametresi arasnda makul korelasyonlar salad gözlenirken
Boulanger ve Idriss (2014) svlama tetikleme yöntemi, CES boyunca ana olaylarn
her biri için gözlemlenen arazi hasarna en iyi uyumu salamtr ve ayrca zemin
yüzeyinde svlama ile tetiklenen zemin hasarna ve svlamaya bal arazi hasaryla
gözlenen siteler arasnda en iyi farkllamay salamtr. Van Ballegooy ve di.
(2014a) ile Chapman ve di. (2015) s temeller üzerinde yerleim alanlarndaki
svlama etkileri hakkndaki deerlendirmelerini sunmu ve svlamadan
kaynaklanan zemin hasarnn yerleim yeri temel deformasyon hasaryla güçlü bir
ekilde ilikili olduunu bulmulardr. Yaplan çalmalar, yaklak 65.000 sigortal
yerleim biriminin her birinde sigorta hasar tespiti amacyla yaklak 400 mühendis
ekibi tarafndan üstlenilen ayrntl bir kara hasar kontrol programnn sonucudur. Van
Ballegooy ve di. (2014a) tarafndan belirlenen kriterlere göre evlerin temelindeki
gözle görülür hasarlar kaydedilmitir. Yedi farkl bina hasar tanmlanm ve zararlar
temel yerleim miktarlarna göre az, orta ve ar olmak üzere üç farkl seviyeye
36
uzunluktan bamszdr. Bu, verilerinin bir snrlamasdr çünkü üstyap hasarn
etkileyen önemli bir faktör olan açsal bozulma bileeni mevcut deildir.
Bu çalmada, LPI ve LSN, svlamann ciddiyetine ve özellikle svlama
oluumunu tahmin etmekten ziyade bina hasarna bal olarak deerlendirilmitir. LPI
ve LSN'yi hesaplamak için CPI tabanl basitletirilmi dört svlama deerlendirme
yöntemi kullanlm ve bunlar 2011 ylnda meydana gelen Büyük Dou Japonya
Depremi srasnda Japonya'daki, Itako ehri, Hinode bölgesinde görülen svlama
kaynakl yap hasar ile ilikilendirmitir. Bu korelasyonlar svlama deerlendirme
yöntemlerinin LPI ve LSN üzerindeki etkilerini deerlendirmek ve ayrca LPI ve
LSN'yi kalibre etmek için kullanlmtr. Seçilen dört yöntem unlardr: Robertson ve
Wride (1998), Idriss ve Boulanger (2008), Boulanger ve Idriss (2014), Japonya
Mimarlk Enstitüsü (1988; 2001) tarafndan gelitirilen Japonya Mimarlk Enstitüsü
(AIJ) yöntemidir. Seçilen dört yöntem Japonya, Amerika ve dünyann dier
bölgelerinde mühendislik uygulamalarnda en yaygn olanlardr. Bundan sonra, bu
yöntemler srasyla RW1998, IB2008, BI2014 ve AIJ2001 olarak adlandrlacaktr.
3.1 Çalma Bölgesi ve Verileri
Ulusal Gelimi Endüstriyel Bilimler ve Teknolojiler Enstitüsü (AIST), 2011
Büyük Dou Japonya Depremi'nden 2012-2014 yllar sonrasnda Ton Nehri'nin alt
bölgeleri boyunca svlama aratrmas ve büyük ölçekli aratrmalar gerçekletirdi
(Mitsuhata ve di. 2014). Hinode alannda bir çok penetrasyon testleri ve jeofizik keif
gibi birçok çalma gerçekletirildi. 143 CPT sondajndan elde edilen veriler, veri
belirsizliini azaltmak için ayn ekipman kullanarak tek bir irket tarafndan
toplanmtr. Bu aratrmada, inceleme için bir paletli tip CPT kamyon kullanlmtr.
8 tonluk kamyona monte edilen CPT, istif aracnn kendi kütlesini kar arlk olarak
kullanlmtr. CPT arac, bir inceleme noktasndan dierine kolaylkla geçmi ve
gerekli kar arl salamak için çapa direkleri kurma gibi özel prosedürleri
gerektirmeden operasyonu yürütmütür.
ekil 3.1'de, çalma alan, CPT yerleri ve zemin profilleri için seçilen üç kesit
gösterilmektedir. ekil 3.2, bölgedeki A-A ', B-B' ve C-C 'çizgileri boyunca zemin
37
profillerini göstermektedir. Kum dolgusu (Fs) siltli kil (Ac) üzerinde yeralmaktadr.
Kum dolgu kalnl yaklak 2 m ila 6 m arasnda deiir ve siltli kilinin (Ac) kalnl
0 m ila 14 m arasnda deimektedir. Zemin su tablas seviyeleri zemin profilleri
üzerinde gösterilmitir. Kum dolgusu Hinode bölgesinin güney ve kuzey orta
bölümlerinde en kalndr. Siltli kilin (Ac) en kaln olduu yer güneyde, yeralt suyunun
en s olduu yerdedir. Su tablas seviyesi 0.5m ve 2.4 m arasnda deimektedir. Kum
dolgusu kalnl, siltli kil ve bölgedeki yeralt su derinlikleri gösteren haritalar
Jinguuji ve Toprak (2017) 'de bulunabilir.
Hinode bölgesindeki svlama alannda, bina temellerinde yaylmalar ve
çökmelere, kazk temellerle destekli olan binalardaki oturmalar, gömülü boru
hatlarnn ve yollarn yükselmesine neden olmutur. Depremden hemen sonra Hinode
bölgesinde su temini ve kanalizasyon sistemleri durmutur. Svlama hasar
Kasumigaura Gölü'nden akan Ton Nehri'nin bir kolu olan Hitachi-Ton Nehri’nin
bulunduu alann güney kesiminde daha büyük olmutur. Zemin oturmas güneyde
Itako Kanalizasyon Artma Tesisi’nin yaknnda 40-50 cm, kuzeyde 10 cm ve daha az
olarak gözlemlenmitir (Tokimatsu ve di. 2013). Jinguuji ve Toprak (2017) de
sunulan kum kaynamalarnn dalmn (Itako City, 2014) ve binann yapsal hasarnn
boyutunu (Japonya Jeoloji Dernei 2013) gösteren iki hasar haritas mevcuttur. Bu
haritalardaki bina hasar yerleri corafi bilgi sistemleri (CBS) kullanlarak
saysallatrlm ve ekil 3.3'te gösterildii gibi çalma alannn haritas üzerine
bindirilmitir.
LPI ve LSN hasarlar arasndaki korelasyon analizi için CBS kullanlmtr.
Binalarn yapsal hasarnn derecesi üç seviyeye ayrlmtr: 1) hafif eilme 2) orta
derecede eilme 3) yüksek eilme. Herhangi bir binann hasar seviyesi Itako ehir
personelinin soruturmasyla belirlenmitir. Bu kategoriler, hükümet tarafndan bina
sahiplerinin tazminat ücretini hesaplamak için kullanlmtr. Hinode'da 987, 1064 ve
110'un hasar seviyesi sras ile az, orta ve ar olan toplam 2159 hasar görmü bina
bulunmaktadr. Hasar seviyeleri, binalarn açsal bozulma (β) deerleri ile
belirlenmitir. /L, burada iki nokta arasndaki toplam yerleimdeki fark, L ise iki
nokta arasndaki mesafeyi temsil eder. Hasarsz ve hasar seviyesi az, orta ve ar
eikleri için , β srasyla 1/100, 1/100-1/60, 1/60-1/20 ve > 1/20'ya karlk gelir.
Perspektiften bakarsak, 1/150, genel inaat inasnda pratikte birtakm hasarlarn
38
gözlemlenebilmesi için bir snr olarak kabul edilir (Das, 2014). LSN ve LPI
hesaplamalar için kullanlan yer ivmesi 200 Gal ve deprem büyüklüü 9.0 alnmtr
(ekil 3.4). Bu deerler, Itako ehri yaknlarnda gözlemlenen zemin ivmesine ve 2011
Büyük Dou Japonya Depremi'nin büyüklüüne karlk gelmektedir (Örnein .
a) Itako ehri
b) Hinode Bölgesi
3 9
4 0
4 1
ekil 3.2: Hinode bölgesinde seçilen üç kesit için zemin profili
4 2
43
Seed ve meslektalar tarafndan gelitirilen "basitletirilmi prosedür"’dür(Seed ve
di. 1983). Balangçta standart penetrasyon testine (SPT) dayanan prosedür, konik
penetormetre testini (CPT) içerecek ekilde geniletilmitir (Robertson ve Campanella
1985). Seed ve driss (1971), çevrimsel kayma gerilmesi oran (CSR) hesaplanmas
için aadaki denklemi formülize etmitir:
= (
′ ) = 0.65(
a) Dou-Bat yönü ivme kayd (Anakaya)
b) Dou-Bat yönü ivme kayd (Yüzey)
ekil 3.4: a) Anakaya ve b) Yüzeyde, CHB013 konumundaki K-Net ivme-zaman kaytlar
(Lenart ve di. 2012)
44
burada, amax = deprem tarafndan üretilen yüzeydeki en büyük yatay ivme, g =
yerçekimi ivmesi; σvo and ′ 'srasyla toplam ve efektif düey gerilmeleri; ve rd =
gerilme azaltma katsaysdr.
çevrimsel kayma mukavemeti oran (CRR), CSR'ye bölmek suretiyle hesaplanr.
Benzer bir prosedürü, farkl aratrmaclar svlama deerlendirmesi için baz
katsaylarla birlikte kendi CRR erilerini kullanan prosedürler önermilerdir. Bu
çalmada, bu tür dört CPT tabanl prosedür kullanlmtr; RW1998, IB2008, BI2014,
AIJ2001. Bunlar, Japonya, Amerika ve dünyann dier yerlerinde mühendislik
uygulamalarnda kullanlan en yaygn yöntemlerdir.
Svlama analizi, dört metodoloji kullanlarak her CPT sondaj için
gerçekletirilmitir. ekil 3.5, dört prosedür tarafndan önerilen CPT-esasl svlama
snr erilerine göre çizilen sonuçtaki CSR ile (qc1N)cs verilerini göstermektedir. Snr
erileri, 2011 Büyük Dou Japonya deprem büyüklüü için ilgili prosedürler
tarafndan önerilen MSF'ler kullanlarak düzenlenmitir. ekil 3.4'te görülen her bir
CPT için CSR ve (qc1N)cs deerlerini belirlemek için önce zemin profilleri CPT
sondajlarndan elde edilen ve sonra, ortalama qc1N, Boulanger ve di. (1997)'n takiben
0.6 m aralklarla tespit edilmitir. Kritik katman, minimum ortalama deerdir. Bu 0,6
m ortalama ilemi srasnda, tabakalardaki svlaabilir katman hesaba katlmtr.
Dolaysyla, svlama açsndan "zincirde en zayf halka" olan zemin katmannn
bulunmasnda, uç direncini ve sürtünme orannn hesaba katlmas gerekmektedir.
Svlama için kritik tabaka seçimi, zemin profilindeki zayf tabakay belirlemek için
önemli bir admdr. Kritik bir tabakay tanmlamak için ikinci bir yöntem, mevcut
korelasyonlara dayanan çevrimsel kayma mukavemeti orannn (CRR) profilini
hesaplamak ve kritik tabakay en küçük CRR'yi olarak almaktr (Moss ve di. 2006).
Bu, önceden belirli bir svlama tetikleme prosedürlerinin seçimini gerektirir. Bu
nedenle bu yöntem kullanlmamtr, fakat dört farkl prosedürden (qc1N)cs deerlerinin
karlatrlmas ile seçilen kritik tabakalarn dört farkl prosedürden (qc1N)cs deerleri
kullanldnda katmanlarla genel olarak uyumluluk göstermitir.
ekil 3.5'te görüldüü gibi, tüm noktalar ilgili CRR erisinin yukarsna
dümektedir ki bu da snr erilerinin tahmin edilen svlama oluumunu iyi ayrt
ettiini göstermektedir. RW1998 ve AIJ2001 prosedürünün verileri birbiriyle genel
45
olarak uyum içindeyken AIJ2001 prosedürünün CSR verileri daha yüksek olduu
belirlenmitir. IB2008 ve BI2014 verileri dier deerlendirmelee göre birbirinden
önemli ölçüde farkldr. Bu sonuçlar, her prosedürün bütünlüü ile kullanlmas
gerektiini açkça göstermektedir.
3.3 Svlama iddetleri ve Bina Hasar likileri
LPI ve LSN deerleri Robertson ve Wride (1998), Idriss ve Boulanger (2008),
Boulanger ve Idriss (2014) ve Architectural Institute of Japan (AIJ, 2001) kullanlarak
CPT tabanl svlama tetikleme prosedürleri kullanlarak hesaplanmtr. Boulanger
ve Idriss (2014) prosedürüne ilikin olarak LPI ve LSN hesaplamalar için
deterministik ve %15 olaslkl svlama snr erileri kullanlmtr. Deterministik
svlama snr erisi svlama olaslna [PL] % 16’ya eittir. Yani, pratik olarak
neredeyse ayndr.
ekil 3.6, dört prosedüre karlk gelen çalma alanndaki LPI'nn corafik
dalmlarn göstermektedir. ekilde ayrca Hinode'daki hasar gören bina yerleri ve
46
çubuk grafikler olarak LPI aralklarna ve bina hasarlarnn kümülatif dalmlarna
göre çizgi grafikleri olarak toplam hasar düzeylerini (bütün hasar seviyeleri
birletirilmi olarak) bina hasar dalmlarn göstermektedir. ekilde hasar seviyeleri
arasnda herhangi bir fark bulunmadna dikkat edilmelidir. ekil 3.8, hasar
seviyelerine göre LPI deerlerinin istatistiksel dalmlarn göstermektedir. ekil 3.9,
bina hasar dalmlarn ve kümülatif dalmlar ekil 3.7a'ya benzer bir biçimde
göstermektedir ancak bu sefer üç farkl bina hasar seviyesi göz önüne alnarak
yaplmtr.
ekil 3.6'da görüldüü gibi, Hinode bölgesindeki binalarn çounda bir miktar
hasar vardr. Buna ek olarak, tüm bölgelerde kum kaynamalar gözlenmitir. Buna göre
Iwasaki (1978, 1982) ve Toprak ve Holzer (2003) 'e göre LPI düzeylerinin 5'in üstünde
olmas beklenmektedir. Toprak ve Holzer (2003) tarafndan da dorulanan Iwasaki
kriterleri, 5 <LPI <15 için svlama riskinin göreceli olarak yüksek olduunu ve 15
<LPI için svlama riski son derece yüksek olduunu belirtmektedir. Darfield ve
Christchurch'teki 1173 CPT'yi analiz ettikten sonra, Maurer ve di. (2014) hafif, orta
ve iddetli svlama için medyan LPI deerlerinin srasyla 8.4, 13.1 ve 21.0 olduu
sonucuna varmlardr. Hafif svlamadan endie edilirken, altyapya bal hasar
(örnein, yaplarn oturmas ve eilmesi, kaldrmlarn çatlamalar, yeralt yaplarn
hasarlar), orta veya iddetli svlamann bir sonucudur. Ayrca, orta svlama olan
alanlarn % 75'inin LPI deerleri 7.4'den fazla, iddetli svlamaya sahip alanlarn %
75'inde LPI deerleri 15.0'dan büyük olduu Toprak ve Holzer (2003) ve Maurer ve
di. (2014) tarafndan RW1998 kullanlarak tespit etmilerdir. Burada kullanlan dört
yöntemlerinden sadece IB2008 tetikleme yöntemi bina zararlarnn yaklak %10'unu
5'ten az LPI bölgesi olarak saptamtr (ekil 6b). Buna göre, IB2008 LPI haritas ve
hasar dalm, yaklak 5 LPI eiini önermektedir. RW1998 yöntemi LPI
haritasndaki LPI <5 bölgeleri çok az bulunurken izole CPT sondajndan
kaynaklanmtr ve önemsizdir (ekil 6a), RW1998 ise LPI eiini 5 olarak kabul eder.
Hem BI2014 hem de AIJ2001 yöntemleri, önemsiz bölgeler olan 5 <LPI <10 için 10'un
üzerinde LPI bölgeleri saptamtr (ekil 3.6a). Bu sonuçlar, IB2008 yönteminin baz
farklar olmakla beraber, yukarda belirtilen minimum eikler hariç tutulduunda LPI
deerleri ve yap hasarlar genel olarak uyumlu olduu belirlenmitir.
47
AIJ2001 yöntemi kullanlarak elde edilen LPI deerleri, tüm yöntemler
arasnda en dar olan LPI araldr ve 8-33 arasnda deimektedir. Sonuç olarak, yap
hasarlar nispeten küçük LPI aralklarnda datlr ve hasar seviyelerinin LPI ile
ilikilendirilmesini zorlatrr. ekil 3.7’deki AIJ2001 svlama tetikleme yöntemi
için LPI haritasnda, LPI deerleri arttkça hasar gören binalarn saysnn artt
görülmektedir. Dahas, LPI (ekil 3.9) ve LPI dalmlarnn kutu çiziminde (ekil
3.8) yaplan bina hasarlarnn birikimli dalm, AIJ2001 svlama tetikleme
prosedürünün LPI'lerinin yap hasar seviyeleri arasnda ayrt edemediini açkça
göstermektedir. Örnein, hasar seviyesi az, orta ve ara karlk gelen LPI'nn medyan
deerleri ortalama 19 ile 21 arasnda ve ortalama 20'dir. Farkl yerleim yerlerinden
kaynaklanan Hinode'daki binalarn hasar düzeyleri, hafifden iddetli svlamaya
kadar düünülebilir. Yap hasarlarn, farkl hasar düzeylerini hesaba katmak yerine,
tüm hasar düzeylerinin bir toplam olarak görürsek, LPI'nn orijinal Iwasaki tanmyla
ve