Sıvılaşma Nedir?

Tarih boyunca depremler yapısal ya da çevresel açıdan büyük felaketlere neden olmuş doğa olaylarıdır. Depremler gerekli mühendislik önlemleri alınmadığı takdirde ciddi can ve mal kaybına neden olmaktadırlar. Yapıları taşıyan zeminler depremde farklı davranışlar göstermektedir. Yapıların güvenilirliği zeminin davranışıyla direk ilişkili olduğu için depremde meydana gelecek zemin hareketlerinin önceden bilinmesi önem taşımaktadır. Yapılar üzerindeki hasarların ana nedenleri sıvılaşma, tasıma gücü kaybı, yüzey kırılmaları, akma, sıkışma, kum kaynamaları ve deprem büyüklüğüne bağlı olarak zeminin kalıcı deformasyonlarıdır.

Kohezyonsuz kuru zeminler statik ve tekrarlı yükler altında sıkılaşma eğiliminde olsalar da kohezyonsuz suya doygun zeminlerin drenajsız şartlar altında statik veya dinamik yüklenmeleri çabuk gelişir ve aşırı boşluk suyu basıncı artarken efektif gerilme azalır. Bu süreç sonucunda kayma mukavemetinin kısmen veya tamamen kaybolması ile zeminin sıvı gibi davranmasına sıvılaşma denir.

Sıvılaşmadan dolayı zeminde akma sıvılaşması, yanal yayılma, tasıma gücü kaybı, gömülü yapıların su etkisiyle kaldırılması, sıvılaşma sonrası konsolidasyon ve zemin salınımları meydana gelmektedir. İşlemler sonucunda bir güvenlik faktörü bulunur ve zeminin sıvılaşıp sıvılaşamayacağı belirlenir.  

Sıvılaşma riskinin yüksek olduğu durumlarda sıvılaşma riskinin azaltılması ve zemin iyileştirmesi için teknikleri uygulanmaktadır.

Sıvılaşmaya Etki Eden Faktörler
– Zemin Yapısı: Zemin yapısı, zemin cinsi, dane özellikleri, sıkılık derecesi, yeraltı su seviyesi, drenaj koşulları, kil içeriği ve sismik geçmiş açısından incelenmelidir.

– Zemin Cinsi: Sıvılaşma problemi zeminin cinsi ile direk olarak ilişkilidir. Sıvılaşma daha çok kumlu zeminlerde görülmesine rağmen iri siltlerinde sıvılaşmaya karşı duyarlı oldukları yapılan çalışmalarda görülmüştür. Bunun yanında killi zeminlerin sıvılaşmaya duyarlı olmadıkları bilinmektedir. 

– Dane Özellikleri: Dane özelliklerini dane boyutu, dane şekli ve dane çapı dağılımı olarak ele almak gerekir.

– Sıkılık Derecesi: Sıkılık derecesi %35’ten küçük olan zeminler gevşek zeminler olup suya doygun olmaları durumunda sıvılaşma riski oldukça yüksektir.

– Yeraltı Su Seviyesi: Sıvılaşma olayının gözlendiği çoğu bölgelerde yeraltı suyu seviyesinin zemin kotuna 3m den daha yakın olduğu gözlenmiştir.

– Drenaj Koşulları: Sıvılaşma ani yükleme sonucu boşluk suyu artışının sönümlememesi nedeni ile olduğu için suyun drene edilebilmesi çok önemlidir. Sıvılaşma riski olan zeminin üzerindeki malzemenin az geçirimli olması drenaj süresini uzatacağı için sıvılaşma riskini arttıracaktır.

– Kil İçeriği: İnce dane içeren kumların sıvılaşma olasılıkları ince dane içermeyen kumlara oranla daha fazladır.

– Sismik Geçmiş: Geçmişte deprem etkisi altında kalmış tabakalarının mevcut titreşimlerden çok daha kuvvetli titreşimlerin maruz kaldığı düşünülürse bu tabakaların sıvılaşmaya karşı dirençlerinin artmış olacağı düşünülebilir.. Bu titreşimler küçük kalmış ve sıvılaşmaya yol açmamış olabilmektedirler.

Dış Etkenler
Sıvılaşmaya neden olan yükleme ile ilgili özelliklerin bilinmesi sıvılaşma riskinin bilinmesi açısından çok önemlidir.

– Sıvılaşmaya Neden olan Yüklemenin Süresi: Yükleme süresi ile sıvılaşma riski  doğru orantılı olarak artar.

– Yüklemenin Şiddeti ve Odak Uzaklığı: Deprem sırasında sıvılaşmayı tetikleyen deprem etkilerinin oluşmadığı odak uzaklığı, maksimum odak uzaklığı olarak adlandırılır.Depremin büyüklüğü sıvılaşma riski üzerinde çok etkili bir faktördür.

Sıvılaşma Riskinin Azaltılması ve Zemin İyileştirme Teknikleri
Sıvılaşma problemi zemin ve üzerindeki yapılarda taşıma gücü kaybı şevlerde akma zeminde yayılma gibi büyük zararlara neden olabilmektedir. Sıvılaşmanın zararlarını ortadan kaldırabilmek için zeminde çeşitli yöntemlerle iyileştirme yapılabilir ya da yapısal önlemler ile sıvılaşmanın önüne geçilebilir.

Zemin İyileştirme Teknikleri
Zemin iyileştirme tekniklerinin amacı zemini sıkıştırarak ya da boşluk suyu basıncının artışını engellemek için drenaj koşullarını iyileştirerek zemin dayanımını arttırmak ve  deprem anında zeminin sıvılaşmasını önlemektir. Sıvılaşma potansiyeline sahip zeminlerde iyileştirme metodu seçilirken zemin parametreleri belirleyici niteliktedir.

– Enjeksiyon ve Karıştırma Teknikleri: Zemin daneleri aralarındaki boşlukları doldurmak ve daneler arası teması güçlendirmek için zemine çimentolu malzemeler enjekte edilmesidir. Performansı yüksek olmasına rağmen maliyeti yüksek olduğu için diğer iyileştirme tekniklerinin uygulanamadığı durumlarda kullanılmaktadır.

– Sıkıştırma Teknikleri: Temiz kumlar ve çakıllar titreşim altında sıkılaşma eğilimi gösterdikleri için bu yöntem temiz kumlar ve çakıllarda çok verimli sonuçlar vermektedir. Sıkılaştırma işleminde yaygın olarak kullanılan yöntemler, vibro teknikleri, dinamik kompaksiyon, kompaksiyon enjeksiyonu, kum sıkıştırma kazıklarıdır.

– Drenaj Teknikleri: Sıvılaşma riskine karşı kullanılan iyileştirme yöntemlerden birisi boşluk suyu basıncının artışını önlemek için uygulanan drenaj teknikleridir. İki farklı yöntem ile uygulanabilmektedir.

Taş kolonlar yoğunlukları, dayanımı ve rijitliği ile taşıma gücünde artışa neden olurlar. Yüksek boşluk suyu basıncı gelişmesini önleyerek sık aralıklı drenaj ağları oluştururlar, aynı zamanda düşey dren gibi çalışırlar.

İkinci yöntem ise sıvılaşma esnasında aşırı boşluk suyu oluşumunu engellemek için uygulana çakıl drenlerdir. Çakıl drenler sıvılaşmanın olduğu bölgeyi iyileştirip iyileşmemiş bölgeden gelen boşluk suyu basınçlarını da toplarlar.

Mevcut yapıların temel zeminlerinin iyileştirilmesi için aşağıdaki iyileştirme yöntemleri kullanılabilir.

• Kompaksiyon enjeksiyonu
• Jet enjeksiyonu             
• Permeasyon enjeksiyonu

Yapısal Önlemlerle Sıvılaşma Riskinin Ortadan Kaldırılması
Sıvılaşmaya karşı yapısal önlemlerde yapının taşıyıcı elemanları sıvılaşmanın etkilerini kaldırabilecek şekilde tasarlanır. Örneğin yüzeysel temellerde tekil temek yerine radye temel kullanılması, zemine sıvılaşmadan dolayı gelen yüklerin sıvılaşmayan zonlara aktarılmasını ve yapının görebileceği hasarın azaltılmasını sağlar.