Yüksek modüllü kolonlarla iyileştirilmiş sıvılaşabilir zeminlerin davranışının incelenmesi

Abstract

Sismik hasar potansiyelinin çok yüksek olduğu sıvılaşabilir zeminlerin davranışı geoteknik deprem mühendisliğinin önemli konuları arasında yer almaktadır. Sıvılaşabilir zeminler üzerinde yer alan yapılar, depremler esnasında meydana gelen aşırı zemin deformasyonları nedeniyle ciddi şekilde hasar görebilmektedirler. Dolayısıyla, üst yapıda meydana gelebilecek hasarların azaltılması için sıvılaşabilir zeminlerin iyileştirilmesi ve üst yapının desteklenmesi gerekmektedir. Bu tür bir iyileştirme, zemin içerisine yüksek modüllü kolonların (YMK) oluşturulması ile yapılabilmektedir. Yapılan bu iyileştirme ile zeminde yüksek rijitliğe sahip kolonlar oluşturulmakta ve zeminin genel olarak rijitliği artırılarak zeminin sismik etkiler altında daha az deformasyon yapması ve sismik etkilere daha az maruz kalması hedeflenmektedir. Genel olarak sıvılaşabilir bir zemin karmaşık bir davranışa sahiptir ve içerisine YMK’larla yapılan zemin iyileştirmesi ile beraber daha da karmaşık bir davranış sergilemektedir. Dolayısıyla karmaşık bir davranış sergileyen sismik etkiler altındaki yüksek modüllü kolonlarla iyileştirilmiş sıvılaşabilir bir zeminin davranışının iyi bir şekilde ortaya çıkartılması ve belirlenmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, sismik etkiler altındaki YMK’larla iyileştirilmiş sıvılaşabilir bir zeminin davranışı sayısal analizlerle incelenmiş ve zeminin iyileştirme öncesindeki durumu ile bir karşılaştırılması yapılarak meydana gelen davranış değişiklikleri incelenmiştir. Bu amaçla, literatürde yer alan ve YMK’larla iyileştirilmiş bir zemin profiline sahip bir seri santrifüj deneyi sayısal olarak modellenmiş ve sayısal analiz sonuçları deneylerden elde edilen sonuçlarla doğrulanmıştır. Sayısal modellemeler, iki boyutlu ve üç boyutlu ortamlarda farklı programlar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda gözlemlenen davranışlar detaylı olarak farklı başlıklar altında xix tartışılmış ve literatürde önceki çalışmalardan elde edilen bulgular ile karşılaştırılmıştır. Son olarak, hipotetik bir sıvılaşabilir zemin profili oluşturularak parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. Parametrik analizlerde, farklı alan yer değiştirme oranları, farklı kayma modülü oranları, farklı iyileştirme derinlikleri, farklı girdi deprem hareketi büyüklüğü gibi etkenler dikkate alınmış ve bu koşullar altındaki YMK’ların sıvılaşabilir zeminler içerisindeki davranışı incelenmiştir. Sayısal analizler sonucunda, iyileştirilmiş bir zemindeki YMK ile çevre zemin arasında kayma şekil değiştirmesi uyumluluğunun bulunmadığı ve çevre zeminde meydana gelecek kayma gerilmesi azaltmalarının, kayma şekil değiştirmesi uyumluluğu varsayımıyla tahmin edilen değerlerden çok daha az olduğu görülmüştür. Ayrıca, gevşek sıvılaşabilir zemin içerisinde oluşturulan YMK’lar, zemin profili içerisinde genel olarak rijitliği arttırması sebebiyle zemin yüzeyinde PGA değerlerinin artmasına dolayısıyla zemin yüzeyine daha fazla ivmelerin etki etmesi ile sismik deformasyonların artışına neden olduğu görülmüştür. YMK’lar, zemin deformasyonlarını önemli ölçüde azaltmamakla birlikte, temellerin altındaki sismik etkilerin varlığını da artırabilmektedir. Bu nedenle, YMK’larla çevre zemindeki kayma gerilmelerinin azaltması bakımından kohezyonsuz zeminlerde birincil iyileştirilme mekanizması olarak düşünülmemesi gerekmektedir. Dolayısıyla tasarımda YMK’lar, çevre zemindeki sismik kayma gerilmelerini azaltma mekanizması bakımından büyük bir dikkat ve anlayış ile kullanılması gerektiği sonucuna ulaşılmıştır. Bu tez, sıvılaşabilir bir profile sahip zemin içerisinde oluşturulan YMK’ların sismik etkiler altındaki davranışını detaylı bir şekilde ortaya koymayı ve YMK’ların temel iyileştirme mekanizması açısından anlayışımızı geliştirmeyi amaçlayan kapsamlı bir sayısal analiz çıktısı sunmaktadır. Sayısal analiz sonuçları, YMK’lar ile iyileştirilecek sıvılaşabilir bölgede o sahaya özgü saha tepki analizlerinin yapılması gerektiğini ve gerekli hassaslık analizlerinin yapılarak kompozit sistem performansının ortaya konulmasının önemine işaret etmektedir. Bununla birlikte, çeşitli zemin, yapı ve girdi deprem hareketi özelliklerinin dikkate alındığı ek fiziksel ve sayısal modellemeler yapılarak sıvılaşabilir bir zeminde yer alan YMK’ların davranışının daha detaylı olarak incelenmesi ve gerçek saha performanslarından alınacak deneyimlerin değerlendirilmesi gerekmektedir.