Zeminde Sıvılaşma Nedir?
Zemin sıvılaşması ya da zeminde sıvılaşma yeraltı su seviyesi altındaki tabakaların geçici olarak mukavemetlerini kaybederek, katı yerine viskoz sıvı gibi davranmalarıdır. Sıvılaşma, deprem gibi dinamik yüklemeler altında, gevşek daneli zeminlerde (kumlu-siltli zeminler) görülen bir olaydır.
Deprem Durumunda Zeminde Sıvılaşma
Deprem sırasında, dalgaların özellikle kayma dalgalarının suya doymuş daneli tabakalardan geçerken, dane (zemin parçacığı) yerleşim düzenini değiştirir Bu yerleşme sırasında daneler arasında su yol bulup, kaçamazsa boşluk suyu basıncı yükselir. Eğer bu basınç üstte bulunan tabakaların ağırlığına yakın bir seviyeye ulaşırsa, daneli tabaka geçici olarak sıvı gibi davranarak sıvılaşma olayını ortaya çıkarır. Ani yükleme sonucunda suya doygun daneli zeminin yapısının bozulması ve ayrık daneler arasındaki temas kuvvetinin azalarak boşluk suyu basıncının yükselmesi ve zeminin direncini kaybetmesiyle oluşur.
Statik Durum
Su daneler arası boşlukları doldurur. Daneler arasındaki sürtünme zemin tabakasını bir arada tutar. Zemin statik durumda yapı yükünü taşımaktadır.
Deprem Durumunda Zeminde Sıvılaşma
Su zemin tabakasının içini tamamen doldurur. Deprem dalgası nedeni ile daneler yer değiştirir ve aralarında sürtünme olmayan zemin parçacıkları sıvı gibi davranmaya başlar.
Zeminde Sıvılaşma Riski
Genellikle, yeraltı su seviyesinin yüksek olduğu yerlerdeki yakın zamana ait olan sıkışmamış kum ve siltlerin sıvılaşma potansiyeli yüksektir. Bunun yanında akarsuların yığdığı kumlar, boyutlarındaki düzgünlük nedeniyle sıvılaşma potansiyeline sahiptirler. Yeraltı su seviyesinin yüzeye 10 m den daha yakın olması da sıvılaşma tehlikesini arttırır. Buna karşılık yer altı su seviyesinin 20 m’den daha derinde ve sıkı zeminlerde sıvılaşma potansiyeli azdır.
Temel altındaki bir zeminin sıvılaşabilmesi için genel olarak;
Yeraltı Suyu : Yapı altında bulunan zeminde özellikle yüzeye yakın katmanlarda (İlk 3 metre çok önemli olup, 15-20 metreye kadar suyun varlığı değerlendirilmelidir.) yer altı suyuna rastlanması.
Konum: Yapının deprem riski yüksek bir bölgede inşa edilmiş olması.
Zemin Tipi: Zeminin kumlu-siltli yapıda ve gevşek durumda olması.
Zeminde Sıvılaşma Yapılara Nasıl Hasar Verir?
Zeminin sıvılaşmasının kendisi hasara sebep olan bir olay değildir. Ancak, bu olayın büyük yer değiştirmelere sebep olması, büyük hasarları doğuran temel göçmelerine sebep olur. Deprem hareketi ile oluşan zemin sıvılaşması, büyük kütleler halinde şev akmalarına sebep olabilir. Tamamen sıvılaşmış zemin blokları onlarca kilometrelik mesafede saatte onlarca kilometre hızla akar. Bu tür akmaya, özelikle gevşek, suya doymuş nispeten dik şevlerde ve yamaçlarda rastlanır.
Zeminin sıvılaşması sonucu, yapı zemine batma veya hafif yapılarda yukarı doğru hareket ederek yüzme eğilimi gösterebilir. Sıvılaşarak kayma dayanımı kaybolan zeminde, yön değiştiren küçük kayma gerilmeleri büyük şekil değiştirmelerine sebep olur. Bir zeminin sıvılaşması esas olarak gevşek bir yerleşime sahip olmasına, daneler arasındaki bağa, kil miktarına ve boşluk suyunun drenajının engellenmesine bağlıdır.
Zeminde sıvılaşma yaşanması durumunda aşağıdaki durumlar gözlemlenebilir;
- Karayolu ve demiryollarının kayması, oturması
- Boru hatları gibi yer altı yapılarının yüzeye çıkması
- Heyelan, toprak kayması, toprak akması olaylarının yaşanması
- Özellikle sığ temelli yapıların göçmesi veya büyük hasar görmesi
- Zeminde büyük oturmalar yaşanması
- Kum kaynaması
- Obrukların meydana gelmesi
- Kısmi oturmalar
Bir yapıyı taşıyan zemin sıvılaşıp taşıma gücünü kaybederse yapıda hasara yol açan, önemli ölçüde oturma ve dönme meydana gelebilir. 1964 Niigata (Japonya) depreminde meydana gelen ve çok sayıda dört katlı apartman binalarında 60° varan dönmeler ortaya çıkmıştır. Yapılan incelemeler, zemin yüzünün birkaç metre altında bulunan kum tabakasında sıvılaşmanın meydana geldiğini, bu durumun yukarı doğru üstteki kum tabakalarına yayılmasıyla temel altı zeminin taşıma gücünü zayıflattığını ve binalarda oturma ve dönmelere sebep olduğunu göstermiştir.
Eğer yapının ağırlığı büyük değilse taşıma gücünün zayıflaması büyük oturmalar ortaya çıkarmaz. Ancak, depremin bitiminden sonra zeminde boşluk suyunun zamanla oluşacak drenajı hasar doğurabilecek oturmalara sebep olabilir. Depremden sonra zemin yüzünde, altta kum tabakasında basınçla sıkışmış suyun ve ince kumun kaynaması sıvılaşmaya işaret eden ve çok rastlanan bir gözlemdir. İstinat duvarının arkasındaki zemin sıvılaştığı zaman yatay zemin basıncı önemli derecede artarak, duvarın kaymasına, dönmesine veya kesitlerinde güç tükenmesine sebep olabilir.
Sıvılaşma Potansyeli
Sıvılaşma potansiyeli olan zemin bölgelerini, zeminin yapısından hareket ederek belirli ölçüde tahmin etmek mümkün olabilirse de, bir depremde sıvılaşmanın olacağını tahmin etmek zordur. Zemin türü, yoğunluğunu ve yer altı su seviyesinin derinliğini belirleyerek, zemin sıvılaşma potansiyeli yüksek bölgeler belirlenebilir. Bunun yanında depremin sıklığı ve büyüklüğü, alınacak tedbirlerin belirlenmesinde etkili olur.
Ülkemizde Zemin Sıvılaşması
Zemin sıvılaşması, genellikle ülkemizde yaşanılan son depremlere kadar akademisyenler dışında gündeme gelmemiştir. Bunun sebebini 17 Ağustos 1999 depremine kadar zemin mekaniğinin ülkemizde yapı imalatında ciddiye alınmamış olması, buna bağlı olarak da zemine bağlı problemlerin göz ardı edilmesi sonucunu doğurmuştur.
Bunun gibi 1999 Kocaeli Depreminde Adapazarı’nda meydana gelen zemin sıvılaşması binalarda şimdiye kadar görülmemiş ölçüde hasar meydana getirmiştir. Adapazarı’nda yeraltı su seviyesinin yüksek olması ve zeminin siltli kil olması zemin sıvılaşmasının ortaya çıkmasında çok önemli rol oynamıştır. Önemli deprem hasarı görmeyen yapıların bazıları birkaç metre zemine batarken, bazılarında devrilmeye varan dönmeler meydana gelmiştir. Bunun gibi Gölcük bölgesinde sahillerde batmalar, şey kaymaları gibi olaylar ortaya çıkmıştır.
