Zemin Sıvılaşması — Mekanizma, Hesap Yöntemi ve Risk

Özet

Zemin sıvılaşması (liquefaction), doygun gevşek kumlu ve siltli zeminlerin deprem yükleri altında gözeneksuyu basıncının artarak efektif gerilmenin sıfıra yaklaşmasıyla taşıma gücü ve kayma direncini yitirmesi olgusudur. 1999 Marmara Depremi'nde Adapazarı ve Gölcük'te yaşanan sıvılaşma hasarları, Türkiye'deki yüksek riski somut biçimde ortaya koymuştur. TBDY 2018 Madde 16.6, Deprem Tasarım Sınıfı DTS=1, 1a, 2 ve 2a olan binalarda ZD, ZE veya ZF grubundaki kumlu zeminler için sıvılaşma incelemesini zorunlu kılar; değerlendirme yeraltı su seviyesinin altında ve yüzeyden 20 m derinliğe kadar olan tabakaları kapsar. Hesap yöntemi; Döngüsel Gerilme Oranı (CSR) ile Döngüsel Direnç Oranı'nın (CRR) karşılaştırılmasına dayanan Seed & Idriss (1971) basitleştirilmiş prosedürüdür (TBDY 2018 Ek 16B). Güvenlik koşulu ${\tau }_R/{\tau }_{deprem}\ge 1,10$'dur (Madde 16.6.9); sağlanmazsa sıvılaşmanın dayanım, taşıma gücü, oturma ve yanal yayılma etkileri değerlendirilir ve gerekirse zemin iyileştirmesi yapılır.

1. Sıvılaşma Mekanizması

1.1 Temel İlkeler

Zemin sıvılaşması, aşağıdaki üç koşulun aynı anda bulunması durumunda gerçekleşir:

1. Zemin tipi: Doygun gevşek–orta sıkı kum, ince kum, kumlu silt; TBDY 2018 Madde 16.6.2 kohezyonsuz ya da düşük kohezyonlu (PI < %12) zeminleri esas alır
2. Drenaj koşulları: Kısa süreli döngüsel yükleme → drenajsız koşul → gözeneksuyu basıncı birikimi
3. Yükleme tipi: Döngüsel kayma gerilmesi (deprem, patlama, makine titreşimi)

Efektif gerilme ilişkisi (Terzaghi prensibi):

$${\sigma }_v^{\prime }={\sigma }_v-u$$

Sıvılaşma anında gözeneksuyu basıncı toplam gerilmeye eşit hale geldiğinde:

$$u\to {\sigma }_v\Rightarrow {\sigma }_v^{\prime }\to 0$$

Efektif gerilme sıfıra yaklaştığında zemin, kayma mukavemetini $\tau =c^{\prime }+{\sigma }_v^{\prime }\tan {\varphi }^{\prime }$ ilişkisine göre tamamen yitirir ve sıvı gibi davranmaya başlar.

Saha Notu: Türkiye'de en yaygın sıvılaşma riski; Adapazarı, İzmit Körfezi kıyıları, İzmir Körfezi dolgu alanları, Büyük Menderes ve Gediz ovalarındaki alüvyon tabakalarda gözlenmektedir. Yeraltı su seviyesinin yüzeye yakın olduğu dere yatakları, eski lagün dolguları ve sahil kesimlerindeki yapay dolgu zeminler öncelikli risk bölgelerini oluşturmaktadır.

1.2 Sıvılaşmaya Duyarlı Zeminler

Dikkat: Sıvılaşma değerlendirmesi, yeraltı su seviyesinin altında ve yüzeyden 20 m derinliğe kadar olan her potansiyel sıvılaşabilir tabaka için ayrı yapılır (TBDY 2018 Madde 16.6.2 ve 16.6.5); ortalama değerler zayıf ara tabakaları gizleyebilir. TBDY 2018 Madde 16.6.4 plastik olmayan silt ve silt-kum karışımlarını da potansiyel olarak sıvılaşabilir zeminler arasında sayar; 1999 Adapazarı'nda düşük plastisiteli siltlerin sıvılaştığı gözlenmiştir.

Saha Notu: Türkiye'deki SPT uygulamalarında halkalı (donut) tip tokmaklar yaygındır ve enerji oranı (ER) donanıma göre belirgin biçimde değişir. TBDY 2018 Tablo 16B.1 halkalı tokmak için $C_E=0,45$–$1,00$, güvenli tokmak için 0,60–1,17, otomatik darbeli tokmak için 0,90–1,60 aralığını verir; aralık içindeki değer ölçülmüş enerji oranına göre ($C_E=ER/60$) seçilmelidir.

2. TBDY 2018 Sıvılaşma Değerlendirmesi (Madde 16.6)

2.1 Yönetmelik Kapsamı ve Analiz Zorunluluğu

TBDY 2018 Madde 16.6.1'e göre sıvılaşma potansiyelinin incelenmesi ve raporlanması, aşağıdaki koşulların birlikte bulunduğu durumlarda zorunludur:

• Deprem Tasarım Sınıfı DTS = 1, 1a, 2 veya 2a olan binalar
• Tablo 16.1'e göre ZD, ZE veya ZF grubuna giren, sürekli tabaka veya kalın mercekler halinde bulunan kumlu zeminler (16.6.6'daki durumlar dışında)

Değerlendirme, yeraltı su seviyesinin altında ve yüzeyden 20 m derinliğe kadar olan kohezyonsuz ya da düşük kohezyonlu (PI < %12) zeminleri kapsar (16.6.2). Düzeltilmiş SPT darbe sayısı $N_{1,60}<30$ darbe/30 cm olan potansiyel sıvılaşabilir tabakalarda tetiklenme değerlendirmesi yapılır (16.6.5).

TBDY 2018 Denk. (16B.5), depremde oluşan kayma gerilmesini kısa periyot tasarım spektral ivme katsayısı $S_{DS}$ ile hesaplar: ${\tau }_{deprem}=0,65{\sigma }_{vo}(0,4S_{DS})r_d$. Standart tasarım deprem yer hareketi DD-2 düzeyidir (50 yılda %10 aşılma olasılığı, $T=475$ yıl; TBDY 2018 Madde 2.2.2).

Dikkat: TBDY 2018 Madde 16.6.3, sıvılaşma araştırmasında SPT ve/veya CPT'ye ek olarak dane çapı dağılımı, su muhtevası ve Atterberg limitlerinin belirlenmesini ister. Bu veriler ince daneli zeminlerin sıvılaşmaya duyarlılığını Bray & Sancio (2006) gibi ölçütlerle ayrıca değerlendirmeyi mümkün kılar; Madde 16.6.6'daki kil içeriği ve PI muafiyeti yalnız DTS = 4 için geçerlidir. 1999 Adapazarı depreminde bazı düşük plastisiteli siltlerin sıvılaştığı belgelenmiştir.

2.2 Hesap Adımları (Basitleştirilmiş Prosedür)

Adım 1 — Döngüsel Gerilme Oranı (CSR)

$$CSR=0,65\cdot \frac{{\sigma }_v}{{\sigma }_v^{\prime }}\cdot \frac{a_{max}}{g}\cdot r_d$$

Derinlik azaltma katsayısı $r_d$ (Liao & Whitman 1986; TBDY 2018 Denk. 16B.6):

Saha Notu: TBDY 2018 Denk. (16B.5) yer yüzeyi en büyük ivmesini $a_{max}/g=0,4S_{DS}$ olarak alır. Aktif deprem kuşaklarında (İstanbul Anadolu yakası, İzmir, Adapazarı) $S_{DS}$ yüksek değerler alabilir; değer parsele özel olarak AFAD Türkiye Deprem Tehlike Haritası (TDTH) ile belirlenmelidir.

Adım 2 — Düzeltilmiş SPT Darbe Sayısı

$$(N_1{)}_{60}=N_{saha}\cdot C_N\cdot C_E\cdot C_B\cdot C_R\cdot C_S$$

Dikkat: Denk. (16B.2), ${\sigma }_{vo}^{\prime }\approx 33$ kPa'nın altında 1,70'ten büyük değer verir; bu durumda üst sınır olan 1,70 kullanılır. Bu durum özellikle dolgu zeminlerde ve YAS'ın yüzey yakınında olduğu koşullarda kritik önem taşır.

Adım 3 — İnce Dane Düzeltmesi

TBDY 2018 Ek 16B.2.2'ye göre ince dane içeriğine (IDI, %) göre düzeltilmiş darbe sayısı Denk. (16B.3a) ile hesaplanır:

$$N_{1,60f}=\alpha +\beta N_{1,60}$$ $$\alpha =0,\beta =1,0(IDI\le \%5)$$ $$\alpha =\exp \left[1,76-\frac{190}{ID{I}^2}\right],\beta =0,99+\frac{ID{I}^{1,5}}{1000}(\%5<IDI<\%35)$$ $$\alpha =5,0,\beta =1,2(IDI\ge \%35)$$

Adım 4 — Döngüsel Direnç Oranı (CRR)

$M_w=7,5$ büyüklüğündeki referans deprem için TBDY 2018 Denk. (16B.4b):

$$CR{R}_{7,5}=\frac{1}{34-N_{1,60f}}+\frac{N_{1,60f}}{135}+\frac{50}{{\left[10N_{1,60f}+45\right]}^2}-\frac{1}{200}$$

Bu denklem yalnızca $N_{1,60f}<30$ için geçerlidir. Bu değerin aşılması durumunda zemin sıvılaşmaz kabul edilebilir.

Saha Notu: CPT tabanlı yöntemler kesintisiz profil sunduğu için heterojen alüvyon zeminlerde ince ara tabakaları SPT'ye göre daha iyi yakalayabilir. TBDY 2018 Madde 16.6.8 SPT'ye dayalı yöntemi Ek 16B'de verir; CPT veya kayma dalgası hızına dayalı değerlendirmede uygulamada genel kabul gören yöntemlerin (ör. Robertson & Wride 1998) kullanılmasına izin verir.

Adım 5 — Büyüklük Ölçek Faktörü (MSF)

TBDY 2018 Denk. (16B.4c) bu katsayıyı $C_M$ olarak verir:

$$MSF=C_M=\frac{10^{2,24}}{M_w^{2,56}}$$

TBDY 2018 Denk. (16B.4c), $C_M$ için ayrıca bir üst sınır vermez; $M_w<7,5$ için $C_M>1$, $M_w>7,5$ için $C_M<1$ olur.

Tasarım büyüklüğü için düzeltilmiş direnç:

$$CRR=CR{R}_{7,5}\times MSF$$

Adım 6 — Sıvılaşma Güvenlik Katsayısı

$$F{S}_L=\frac{CRR}{CSR}$$

Dikkat: TBDY 2018 Madde 16.6.9 güvenlik koşulunu ${\tau }_R/{\tau }_{deprem}\ge 1,10$ olarak tanımlar (Denk. 16.3). Koşul sağlanmazsa sıvılaşması beklenen tabakaların dayanım ve rijitlik kaybı, taşıma gücü kayıpları, duraylılık bozuklukları, oturma ve yanal yayılma değerlendirilir; Madde 16.6.10'a göre bu yerdeğiştirmelerin yapıya etkisine bakılarak gerektiğinde üstyapı ve/veya zemin iyileştirmesi uygulanır.

4. Sıvılaşma Hasar Parametreleri

4.1 Sıvılaşma Potansiyeli İndeksi ($I_L$)

Depremden etkilenen tüm zemin profili için hasar potansiyelini gösteren integral indeks:

$$I_L={\int }_0^{20}F(z)\cdot W(z)dz$$

Burada:

$$F(z)=\{\begin{array}{ll}1-F{S}_L& \text{eg˘er }F{S}_L<1\\ 0& \text{eg˘er }F{S}_L\ge 1\end{array}$$ $$W(z)=10-0,5z$$

Sayısal hesapta ($z=0$'dan 20 m'ye, $\Delta z$ aralıklarında):

$$I_L\approx \sum _{i}F(z_i)\cdot W(z_i)\cdot \Delta z_i$$

Saha Notu: Türkiye'de yürütülen mikrobölgeleme çalışmalarında (Adapazarı, İzmir, İstanbul) $I_L>5$ olan alanlar yüksek risk bölgesi olarak harita üzerinde gösterilmektedir. Zemin ve temel raporları 4708 sayılı Yapı Denetimi Kanunu kapsamında yapı denetim kuruluşlarınca incelenir; $I_L$ ise TBDY 2018'de zorunlu bir çıktı olarak tanımlanmamıştır.

4.2 Sıvılaşma Sonrası Oturma

Tokimatsu & Seed (1987) yöntemine göre sıvılaşma sonrası yüzey oturması:

$$S_{siv}=\sum _i{\epsilon }_{v,i}\cdot h_i$$

Hacimsel birim şekil değiştirme ${\epsilon }_v$; $(N_1{)}_{60}$ ve $CS{R}_{7,5}$ fonksiyonu olarak ampirik grafiklerden belirlenir. Tipik değerler:

• Gevşek kum ($N_{1,60}=5$–10): ${\epsilon }_v=2$–5%
• Orta gevşek kum ($N_{1,60}=10$–15): ${\epsilon }_v=0,5$–2%
• Orta sıkı kum ($N_{1,60}=15$–25): ${\epsilon }_v=0,1$–0,5%

Dikkat: 5 m kalınlığındaki $N_{1,60}=8$ olan bir gevşek kum tabakasında ${\epsilon }_v=3\%$ alınırsa, sıvılaşma sonrası yüzey oturması $0,03\times 5=0,15$ m (15 cm) olarak tahmin edilir. Bu büyüklük, sığ temeller için sık kullanılan kabul edilebilir oturma mertebelerinin (ör. 25 mm) çok üstündedir; TBDY 2018 Madde 16.6.7 ve 16.6.10 uyarınca bu yerdeğiştirmelerin yapıya etkisi değerlendirilir ve gerektiğinde zemin iyileştirmesi ya da derin temel uygulanır.

4.3 Yanal Yayılma (Lateral Spreading)

Eğimli arazilerde ve serbest yüzeye (nehir kıyısı, sahil) yakın bölgelerde sıvılaşma sonrası zemin yatay olarak kayabilir.

Saha Notu: 1999 Marmara ve 2011 Van depremleri, yanal yayılmanın Adapazarı gibi dere vadisi kenarlarında 1–3 m'ye ulaşabildiğini göstermektedir. Bu risk, altyapı (köprü, boru hattı, karayolu) tasarımında TBDY 2018 Madde 16.6'nın ötesinde mühendislik değerlendirmesi gerektirmektedir.

5. Sıvılaşma Önleme Yöntemleri

Saha Notu: Türkiye'de en ekonomik çözüm genellikle taş kolon (vibro replacement) olup, 0,6–1,0 m çapında ve 1–3 m aralığında yerleştirilen taş kolonlar hem drenaj hem de sıkılaştırma sağlar. Geniş alanlarda vibro-kompaksiyon daha hızlı ve ucuzdur; dar alanlarda jet grout tercih edilir.

Dikkat: Zemin iyileştirmesi sonrasında kalite kontrol deneyleri yapılmalıdır: sıkılaşmanın SPT veya CPT ile doğrulanması, kolon tipi uygulamalarda kolon çapı ve sürekliliğinin denetlenmesi. TBDY 2018 Ek 16D (16D.4), iyileştirilecek zemin özelliklerinin ve hedeflenen iyileşme derecesinin açıkça belirtilmesini, saha uygulamasının aletsel gözlemlerle izlenmesini ve hedeflenen iyileşmenin gerçekleşip gerçekleşmediğinin kontrol edilmesini ister.

6. Türkiye'ye Özgü Risk Bölgeleri ve Mevzuat

6.1 Yüksek Riskli Bölgeler

6.2 İlgili Yasal Çerçeve

• TBDY 2018 Madde 16.6 ve Ek 16B: Sıvılaşma incelemesinin zorunlu olduğu durumlar (16.6.1), güvenlik koşulu (16.6.9) ve SPT'ye dayalı hesap yöntemi (Ek 16B)
• TBDY 2018 Madde 16.6.8: CPT ve $V_s$ tabanlı alternatif yöntemler
• TS EN 1998-5:2004 Madde 4.1.4: Sıvılaşmaya duyarlı zeminler
• TS 3234: Zemin araştırması ve sondaj; SPT deney standardı
• Planlı Alanlar İmar Yönetmeliği Madde 55: Yapı ruhsatı başvurusunda uygulama imar planına esas onaylı jeolojik ve jeoteknik etüt raporunun parsele ait bölümü aranır (3194 sayılı İmar Kanunu Madde 21 genel ruhsat alma zorunluluğunu düzenler)
• 4708 Yapı Denetimi Kanunu Madde 2: Zemin ve temel raporlarının yapı denetim kuruluşlarınca ilgili mevzuata göre incelenmesi
• 6331 İş Güvenliği Kanunu: Şantiyede zemin iyileştirme çalışmalarında çalışan güvenliği

6.3 Birim Fiyat Referansları

7. Örnek Problemler

Problem 1 — Kolay

Veriler:

• Derinlik: $z=4,0$ m
• Zemin: doygun kum, ${\gamma }_{sat}=19,0$ kN/m³, ${\gamma }_w=10$ kN/m³
• Yeraltı suyu seviyesi: $z=1,0$ m, ${\gamma }_{kuru}=17$ kN/m³
• SPT $N_{saha}=8$ darbe; $C_E=0,8$ (halkalı tokmak), $C_B=1,0$, $C_R=0,85$, $C_S=1,0$
• IDI (FC) = %3 (temiz kum)
• $a_{max}=0,25g$ ($S_{DS}=0,625$), $M_w=7,5$

İstenen: CSR, $N_{1,60f}$ ve $CR{R}_{7,5}$ değerlerini hesaplayınız. $F{S}_L$'yi belirleyiniz.

Çözüm:

Adım 1 — Gerilmeler:

$${\sigma }_v=1,0\times 17+3,0\times 19,0=17+57=74\text{ kPa}$$ $${\sigma }_v^{\prime }=74-3,0\times 10=44\text{ kPa}$$

Adım 2 — Derinlik azaltma katsayısı ($z=4,0$ m):

$$r_d=1,0-0,00765\times 4,0=0,969$$

Adım 3 — CSR:

$$CSR=0,65\times \frac{74}{44}\times 0,25\times 0,969=0,65\times 1,682\times 0,242=0,265$$

Adım 4 — Düzeltilmiş SPT ($C_N$, TBDY 2018 Denk. 16B.2):

$$C_N=9,78\sqrt{1/44}=1,47\le 1,70$$ $$N_{1,60}=8\times 1,47\times 0,8\times 1,0\times 0,85\times 1,0=8,0$$

Adım 5 — İnce dane düzeltmesi (IDI = %3 ≤ %5 → $\alpha =0$, $\beta =1,0$; TBDY 2018 Denk. 16B.3b):

$$N_{1,60f}=8,0$$

Adım 6 — $CR{R}_{7,5}$ (TBDY 2018 Denk. 16B.4b):

$$CR{R}_{7,5}=\frac{1}{34-8,0}+\frac{8,0}{135}+\frac{50}{[10\times 8,0+45{]}^2}-\frac{1}{200}$$ $$=0,0385+0,0593+0,0032-0,005=0,096$$

Adım 7 — MSF ($M_w=7,5$ → $C_M=1,0$): $CRR=0,096\times 1,0=0,096$

Adım 8 — Güvenlik katsayısı:

$$F{S}_L=\frac{0,096}{0,265}=0,36$$

Sonuç: $F{S}_L=0,36<1,10$ → TBDY 2018 Madde 16.6.9 güvenlik koşulu sağlanmaz; $F{S}_L<1,0$ olduğundan bu derinlikte sıvılaşma tetiklenmesi beklenir.

Kontrol: $N_{1,60f}=8,0<30$ → Denk. (16B.4b) uygulanabilir. Yüksek ivme (0,25g) ile çok gevşek zeminin ($N=8$) birleşimi, Madde 16.6.9'a göre dayanım kaybı, oturma ve yanal yayılma değerlendirmesini ve büyük olasılıkla zemin iyileştirmesi ya da uygun bir temel çözümünü gerektirir. ✓

Problem 2 — Orta

Veriler:

• Derinlik: $z=6,0$ m
• Zemin: doygun kum, ${\gamma }_{sat}=19,5$ kN/m³, ${\gamma }_w=10$ kN/m³
• Yeraltı suyu: $z=1,5$ m, ${\gamma }_{kuru}=17$ kN/m³
• SPT $N_{saha}=12$; $C_E=1,0$ (güvenli tokmak), $C_B=1,0$, $C_R=0,85$, $C_S=1,0$
• IDI (FC) = %5; $a_{max}=0,30g$, $M_w=7,0$

İstenen: $F{S}_L$'yi hesaplayınız. $I_L$'ye katkısını belirleyiniz.

Çözüm:

Adım 1 — Gerilmeler:

$${\sigma }_v=1,5\times 17+4,5\times 19,5=25,5+87,75=113,25\text{ kPa}$$ $${\sigma }_v^{\prime }=113,25-4,5\times 10=68,25\text{ kPa}$$

Adım 2 — $C_N=9,78\sqrt{1/68,25}=1,18\le 1,70$ ✓

Adım 3 — $r_d$ ($z=6,0$ m): $r_d=1,0-0,00765\times 6,0=0,954$

Adım 4 — CSR:

$$CSR=0,65\times \frac{113,25}{68,25}\times 0,30\times 0,954=0,65\times 1,659\times 0,286=0,308$$

Adım 5 — $N_{1,60}=12\times 1,18\times 1,0\times 1,0\times 0,85\times 1,0=12,04\approx 12,0$

Adım 6 — İnce dane düzeltmesi (IDI = %5 → $\alpha =0$, $\beta =1,0$): $N_{1,60f}=12,0$

Adım 7 — $CR{R}_{7,5}$:

$$CR{R}_{7,5}=\frac{1}{34-12,0}+\frac{12,0}{135}+\frac{50}{[10\times 12,0+45{]}^2}-\frac{1}{200}$$ $$=0,0455+0,0889+0,0018-0,005=0,131$$

Adım 8 — MSF ($M_w=7,0$; TBDY 2018 Denk. 16B.4c):

$$C_M=\frac{10^{2,24}}{7,0^{2,56}}=\frac{173,8}{145,7}=1,19$$ $$CRR=0,131\times 1,19=0,156$$

Adım 9 — $F{S}_L$:

$$F{S}_L=\frac{0,156}{0,308}=0,51<1,0\Rightarrow \text{SIVILAS¸MA BEKLENI˙R}$$

Adım 10 — $I_L$ katkısı ($W(6)=10-0,5\times 6=7,0$):

$$F(6)=1-0,51=0,49;\Delta I_L\approx 0,49\times 7,0\times 1=3,43\text{ (1 m tabaka ic¸in)}$$

Sonuç: $F{S}_L=0,51<1,0$; bu derinlik sıvılaşma bölgesindedir ve TBDY 2018 Madde 16.6.9 koşulu ($\ge 1,10$) sağlanmaz. 6 m derinlikteki 1 m'lik tabaka, toplam $I_L$'ye 3,43 birim katkı sağlamaktadır.

Kontrol: $M_w=7,0<7,5$ olduğundan $C_M=1,19>1$ (Tablo 6 ile tutarlı). $C_M$ yanlışlıkla 2,0 alınsaydı $F{S}_L=0,131\times 2,0/0,308=0,85$ bulunur ve güvenlik payı olduğundan yüksek görünürdü. ✓

Problem 3 — Zor

Senaryo: Adapazarı tipi alüvyon profili (0–12 m), YAS = 1,0 m.

Veriler:

$a_{max}=0,40g$ ($S_{DS}=1,0$); $M_w=7,4$; $C_B=C_S=1,0$. $C_R$, tij boyu yaklaşık deney derinliğine eşit kabul edilerek TBDY 2018 Tablo 16B.1'den alınmıştır (Tabaka 1: 0,75; Tabaka 2: 0,85; Tabaka 3: 0,95; Tabaka 4: 1,00).

İstenen:

(a) Her tabaka için CSR, $N_{1,60f}$, CRR ve $F{S}_L$ (b) Toplam Sıvılaşma Potansiyeli İndeksi $I_L$ (c) Önerilen zemin iyileştirme yöntemi

Çözüm:

MSF hesabı (TBDY 2018 Denk. 16B.4c): $C_M=10^{2,24}/7,4^{2,56}=173,8/168,0=1,035$ (TBDY bu katsayı için ayrıca bir üst sınır vermez).

Tabaka 1 ($z_{ort}=2,0$ m, 1,0–3,0 m):

• ${\sigma }_v=1,0\times 17+1,0\times 19=36$ kPa; ${\sigma }_v^{\prime }=36-1,0\times 10=26$ kPa
• $r_d=1,0-0,00765\times 2,0=0,985$
• $CSR=0,65\times (36/26)\times 0,40\times 0,985=0,355$
• $C_N=9,78\sqrt{1/26}=1,92$ → üst sınır 1,70
• $N_{1,60}=7\times 1,70\times 0,80\times 0,75=7,1$; IDI = %4 → $\alpha =0$, $\beta =1,0$ → $N_{1,60f}=7,1$
• $CR{R}_{7,5}=1/(34-7,1)+7,1/135+50/[10\times 7,1+45{]}^2-1/200=0,088$
• $CRR=0,088\times 1,035=0,091$; $F{S}_L=0,091/0,355=0,26<1,0$ → SIVILAŞIR

Tabaka 2 ($z_{ort}=4,5$ m, 3,0–6,0 m):

• ${\sigma }_v=17+2,0\times 19,0+1,5\times 19,2=83,8$ kPa; ${\sigma }_v^{\prime }=83,8-3,5\times 10=48,8$ kPa; $r_d=0,966$; $CSR=0,431$
• $C_N=9,78\sqrt{1/48,8}=1,40$; $N_{1,60}=11\times 1,40\times 0,80\times 0,85=10,5$
• IDI = %18 → $\alpha =\exp (1,76-190/18^2)=3,23$, $\beta =0,99+18^{1,5}/1000=1,066$ → $N_{1,60f}=3,23+1,066\times 10,5=14,4$
• $CR{R}_{7,5}=0,154$; $CRR=0,154\times 1,035=0,159$; $F{S}_L=0,159/0,431=0,37<1,0$ → SIVILAŞIR

Tabaka 3 ($z_{ort}=7,5$ m, 6,0–9,0 m):

• ${\sigma }_v=83,8+1,5\times 19,2+1,5\times 19,5=141,85$ kPa; ${\sigma }_v^{\prime }=141,85-6,5\times 10=76,85$ kPa; $r_d=0,943$; $CSR=0,453$
• $C_N=9,78\sqrt{1/76,85}=1,12$; $N_{1,60}=15\times 1,12\times 0,85\times 0,95=13,6$
• IDI = %6 → $\alpha =0,03$, $\beta =1,005$ → $N_{1,60f}=0,03+1,005\times 13,6=13,7$
• $CR{R}_{7,5}=0,147$; $CRR=0,147\times 1,035=0,152$; $F{S}_L=0,152/0,453=0,34<1,0$ → SIVILAŞIR

Tabaka 4 ($z_{ort}=10,5$ m, 9,0–12,0 m):

• ${\sigma }_v=141,85+1,5\times 19,5+1,5\times 20,0=201,10$ kPa; ${\sigma }_v^{\prime }=201,10-9,5\times 10=106,10$ kPa
• $r_d=1,174-0,0267\times 10,5=0,894$; $CSR=0,65\times (201,10/106,10)\times 0,40\times 0,894=0,441$
• $C_N=9,78\sqrt{1/106,10}=0,95$; $N_{1,60}=25\times 0,95\times 0,90\times 1,00=21,4$; IDI = %5 → $N_{1,60f}=21,4$
• $CR{R}_{7,5}=0,234$; $CRR=0,234\times 1,035=0,242$; $F{S}_L=0,242/0,441=0,55<1,0$ → SIVILAŞIR

(b) Sıvılaşma Potansiyeli İndeksi $I_L$:

$$I_L=13,32+14,65+12,38+6,41=46,76$$

$I_L=46,76>15$ → ÇOK YÜKSEK SIVILAŞMA POTANSİYELİ (Iwasaki vd. 1982)

(c) Tavsiye edilen yöntem:

YAS = 1,0 m ve incelenen 1–12 m aralığındaki tüm tabakalarda ${\tau }_R/{\tau }_{deprem}<1,10$ olması nedeniyle taş kolon (vibro-replacement) veya jet grout gibi derin iyileştirme ya da sıvılaşabilir tabakaları geçen kazıklı temel değerlendirilir:

• Örnek ön boyut (proje hesabıyla doğrulanacak kabul): taş kolon çapı 0,80 m; aralık 1,8 m (üçgen grid); kolon boyu sıvılaşabilir tabakaları geçecek biçimde en az 12 m (12 m altındaki zemin sondajla doğrulanmalıdır)
• Hedef: iyileştirme sonrası her tabakada ${\tau }_R/{\tau }_{deprem}\ge 1,10$. Bu ivme düzeyinde koşul, yalnız sıkılaştırmayla $N_{1,60f}\approx 28$–30 düzeyini gerektirir; bu nedenle taş kolonların drenaj ve gerilme paylaşımı katkısı tasarımda ayrıca hesaba katılır
• Uygulama sonrası CPT/SPT kontrolü: TBDY 2018 Ek 16D (16D.4) uyarınca hedeflenen iyileşme derecesinin gerçekleştiği doğrulanır

Sonuç: Orijinal profilde $I_L=46,76$ ve dört tabakanın tamamında ${\tau }_R/{\tau }_{deprem}<1,10$ → TBDY 2018 Madde 16.6.9 güvenlik koşulu sağlanmaz. Madde 16.6.9 ve 16.6.10 uyarınca dayanım ve rijitlik kaybı, taşıma gücü, oturma ve yanal yayılma değerlendirilerek zemin iyileştirmesi ve/veya uygun temel sistemi uygulanmadan yapı inşası önerilmez.

Kontrol: 1999 Marmara depremi sırasında benzer Adapazarı profilleri gerçekte sıvılaşmış ve birçok bina batmıştır; hesap sonuçları tarihsel gözlemlerle örtüşmektedir. ✓

8. Sık Yapılan Hatalar

9. İlgili Standartlar ve Kaynaklar

Kaynaklar

1. TBDY 2018 Bölüm 16.6 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. Resmî Gazete — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (18.03.2018)
2. TS EN 1998-5:2004 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). Avrupa Komisyonu JRC — Eurocodes (eurocodes.jrc.ec.europa.eu)
3. TS 3234 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. Türk Standardları Enstitüsü (tse.org.tr)
4. EN 1997-1 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). Avrupa Komisyonu JRC — Eurocodes (eurocodes.jrc.ec.europa.eu)

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Zemin Taşıma Gücü Hesaplama
• SPT N30 Düzeltme Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.

yapidan (2026). Zemin Sıvılaşması — Mekanizma, Hesap Yöntemi ve Risk. Yapıdan — İnşaat Mühendisliği Bilgi Portalı. https://yapidan.com/kategoriler/gt/zemin-sivilasmasi-mekanizma-hesap-yontemi-risk-degerlendirmesi