Mevcut bina altındaki kumların sıvılaşabilirliğinin değerlendirilmesi

Deprem esnasında oluşan hasarların, tehlikeli boyutlara ulaşmasında, arazi zemin tabakalarında sıvılaşma durumunun ortaya çıkması büyük rol oynamaktadır. Sıvılaşma, artan boşluk suyu basıncı ve efektif gerilmedeki azalmanın neticesi olarak kumlu birimlerin sıvı gibi davranması olarak tanımlanabilir. Sıvılaşma esnasında zemin dayanımını çok önemli derecede kaybetmektedir ve yapının güvenle taşınması ve dengesinin korunması zorlaşmaktadır. Günümüzde, zeminin sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesinde yaygın olarak "Basitleştirilmiş Sıvılaşma Analizi" olarak isimlendirilen prosedür kullanılmaktadır. Bu analiz, deprem kaynaklı oluşan yer hareketlerini temsilen zeminde oluşan çevrimsel kayma gerilmesi oranıyla (CSR) zeminin sıvılaşmaya karşı direncini tanımlamak için kullanılan çevrimsel kayma direnci oranının (CRR) mukayese edilmesiyle yapılmaktadır. Sıvılaşma tetiklenme potansiyelinin belirlenmesinde kullanılan bu yöntem, sadece üzerinde yapı bulunmayan, eğimsiz, serbest saha koşulları için saha uygulamalarında kullanılmaktadır. Mevcut bina altındaki zemine uygulamasında ise bina yükü kaynaklı zemine aktarılan ilave efektif gerilmeler ve kayma gerilmelerini dikkate alan Kα ve Kσ düzeltme faktörlerinin CRR ile çarpılması önerilir. Ancak, Kα faktörünün saha uygulamalarında tayin edilmesinin zor olması sebebiyle, bu düzeltme faktörünün ihmal edildiği analizler gerçekleştirilmektedir. Bu tez çalışması kapmasında, bina varlığının sıvılaşabilir bir kum tabakası üzerindeki etkisi araştırılmış ve bina varlığının etkisini de dikkate alacak şekilde basitleştirilmiş prosedür modifiye edilmiştir. Statik durumda var olan binanın varlığından kaynaklı olarak oluşan düşey gerilme artışı ve kayma gerilmesi değerleri Boussinesq yöntemi ile temel basıncı çizgisel yüklere çevrilerek hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar neticesinde Kα (kayma gerilmesi düzeltme faktörü) ve Kσ (efektif gerilme düzeltme faktörü) tekrar hesaplanmış ve daha sonrasında CRR değeri tekrar belirlenmiştir. Bunun yanı sıra CSR değerlerinin hesaplanması esnasında efektif gerilme ve toplam gerilme değerleri bina varlığında tekrar hesaplanmıştır. Bu değişikler sonrasında elde edilen neticeler 1-B ve 2-B analizler ile mukayese edilmiş ve bu davranışın modifiye edilmiş basitleştirilmiş prosedür ile ifade gücü tartışılmıştır. Yapılan tek boyutlu (1-B) analizlerde zemin profilinin yer tepki analizleri gerçekleştirilmiştir. Serbest saha koşulları için çevrimsel kayma gerilmesi oranı değerleri hem eşdeğer lineer hem de lineer olmayan analizler neticesinde elde edilmiştir. Bununla birlikte temel altında CSR değerlerinin belirlenmesi için kullanılan maksimum yer ivmesi değerleri de bu analizler neticesinde elde edilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemine dayalı olarak gerçekleştirilen 2-B analizlerde, HS-Small ve UBC-Sand zemin modelleri kullanılmıştır. İki boyutlu analizler serbest saha koşulları altında ve bina varlığındaki zeminin davranışlarının anlaşılması adına her iki durum için de modellenmiştir. Bu analizler neticesinde serbest sahada yer tepki analizleri sonuçları elde edilmiştir. Bununla birlikte farklı iki temel taban basıncı altında temel varlığının ve farklı temel ağırlıklarının etkisi anlaşılmaya çalışılmıştır. Temel varlığının, boşluk suyu basıncı oluşumuna olan etkisi ve çevrimsel kayma gerilmesi oranlarına olan etkisi incelenmiştir. Serbest saha koşullarında yapılan tek boyutlu ve iki boyutlu yer tepki analizlerinin neticesi mukayese edilmiştir. Yapılan mukayese sonrası ana kaya üzerinde oldukça yakın maksimum ivme ve spektral ivme değerleri elde edilmiştir. Bu da modellerin birbirleri ile aynı şartlarda olduğunun göstergesidir. Bununla birlikte yüzeyde elde edilen spektral ivme değerleri de oldukça yakın değerler almıştır. Fakat iki boyutlu sonlu elemanlar yöntemi ile yapılan analizler ile tek boyutlu lineer olmayan analizlerin, yüzeyde verdikleri maksimum yer ivmelerinin daha yakın olduğu elde edilmiştir. Bununla birlikte çevrimsel kayma gerilmesi oranlarının da derinlikle birlikte yakınlık gösterdiği elde edilmiştir. Temel altında yapılan sonlu elemanlar yöntemine dayalı deprem analizlerinde ise zeminin davranışının serbest sahaya nazaran oldukça değiştiği ve temelin köşe noktasında elde edilen maksimum ivmenin serbest saha koşullarında elde edilenden daha yüksek olduğu saptanmıştır. Temel geometrisinin ortasında ise ivme değerleri 100 kPa temel altında serbest sahaya nazaran daha düşük değerler almıştır. Bu durumun bir sonucu olarak temelin merkez hattında elde edilen çevrimsel kayma gerilmesi oranı değerleri serbest saha koşullarına nazaran daha düşük olurken, köşe hattında çok daha yüksek değerler almıştır ve temelin köşe noktasının daha tehlikeli gerilmelere maruz kaldığını göstermiştir. UBC-Sand zemin modeline dayalı olarak gerçekleştirilen 2 boyutlu analizlerde temel varlığının aşırı boşluk suyu basıncına ve zeminin sıvılaşma potansiyeline etkisi araştırılmıştır. Yapılan analizlerin neticesi olarak temel varlığının temel altındaki zeminin, serbest saha koşullarına nazaran sıvılaşma karakterini değiştirdiği anlaşılmıştır. Temel varlığının, temel köşe hattındaki sıvılaşma duyarlılığını artırdığı fakat merkez hattında sıvılaşma potansiyelini azalttığı anlaşılmıştır. Temel taban basıncı artışının, bu etkileri artırdığı yapılan analizler sonucunda ortaya konmuştur. Temelin merkez hattında sıvılaşma gerçekleşmemiş ve bu durum temelin merkez hattının serbest sahaya nazaran sıvılaşmaya olan duyarlılığının daha düşük olduğunu göstermiştir. Deprem hareketi esnasında temelin köşe hattında sıvılaşan tabaka derinliğinin serbest sahadakinden farklı olması, bina varlığının sıvılaşma riskini daha da artırabileceğini göstermiştir. Temelin köşe hattında sıvılaşmanın kritik bir şekilde artış göstermesinin ana sebebinin, köşe hattında var olan statik kayma gerilmeleri olduğu belirlenmiştir. Tez kapsamında yapılan çalışmalarda, basitleştirilmiş yöntem kullanılarak temelin merkez hattında ve köşe hattında sıvılaşma güvenlik sayıları hesaplanmıştır. Bu yapılan hesaplamalarda çevrimsel kayma gerilmesi oranları hem günümüzde kullanılan basit yaklaşımla hem de analizlerden gelen verilerle yapılmıştır. Çevrimsel kayma direnci oranının hesabında ise standart penetrasyon darbe sayıları esaslı yaklaşım kullanılmıştır. Yapılan analizler neticesinde temel varlığından kaynaklı gerilme artışının ve kayma gerilmelerinin dikkate alınmasıyla modifiye edilmiş basitleştirilmiş yöntemin, çevrimsel kayma gerilmesi oranı değerlerinin sonlu elemanlar yöntemine dayalı metotlarla elde edilmesi durumunda, zeminin deprem esnasındaki sıvılaşma potansiyelinin belirlenebildiği anlaşılmıştır. Bununla birlikte olarak temel varlığının zeminin sıvılaşma karakterini değiştirdiği ve köşe hatlarında sıvılaşabilir derinliğin serbest saha koşullarına göre çok daha fazla olduğu belirlenmiştir.