Depremden sonra herkesin sık duyduğu 'zemin sıvılaşması' nedir, nasıl oluşur? İşte madde madde açıklama...

Türkiye'yi yasa boğan 7,7 ve 7,6'lık Kahramanmaraş merkezli, Adana, Adıyaman, Diyarbakır, Gaziantep, Kilis, Hatay, Malatya, Osmaniye ve Şanlıurfa'da büyük yıkımlara neden olan depremlerden sonra uzmanlardan diri faylar üzerine değerlendirmeler devam ediyor.

Kahramanmaraş merkezli depremde birçok yerde sıvılaşmaya tanık olundu. Sıvılaşma kumlu zeminlerde görülen, yer altı suyunun da var olduğu yapılardan görülen ve depremle birlikte ortaya çıkan bir durum. Kumların tanelerinin birbirlerine artık ettikleri temasın deprem sırasında yok olması sonucunda sıvılaşma meydana gelir.

Hacettepe Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Öğretim Üyesi Prof. Dr. Candan Gökçeoğlu da "Geoteknik Mühendisliği TR" adlı Twitter hesabının hazırlamış olduğu "zemin sıvılaşması" anlatan paylaşımı alıntılayarak "Sıvılaşmayı merak edenler lütfen 10 dk'sını ayırıp okusun. Gayet güzel bir derleme olmuş" notunu paylaştı.

İşte zemin sıvılaşmasına ilişkin merak edilenler...

"Zemin sıvılaşması konusunda ben de birkaç şey söylemek istiyorum. Öncelikle zemin sıvılaşması denen fenomenin gerçekleşmesi için tekrarlı yükler (mesela deprem), yeraltı suyu seviyesi altında bulunan belirli dane boyutunda zemin üçlüsünün aynı anda bulunması gerekmektedir

Herhangi bir yerden zemin örneği aldığınızda bu zemin örneğini gittikçe açıklıkları azalan bir dizi elek ile eleme işlemine tabi tutarsanız. Zemini oluşturan danelerin büyüklük dağılımını elde edersiniz. Resimdeki gibi bunları bir grafiğe koyduğunuzda dağılımı görürsünüz.

Sıvılaşma açısından düşünüldüğünde tabi ki çoğu zaman karışım olacaktır ve bu bir aralıktır ama sıvılaşmaya en uygun zeminle ince kum (grafikteki fine sand) dane boyutundaki yüzdenin çok fazla olduğu zeminlerdir. Genel olarak konuşmak gerekirse dane boyutu bur ince kum etrafında olan kum ve düşük plastisiteli silt karışımları en sıvılaşma potansiyeli yüksek zeminlerdir. İnce dane oranı arttıkça sıvılaşma potansiyeli düşer, yani zorlaşır.

Peki neden? Bunu anlamak için öncelikle sıvılaşma anında ne olduğuna bakmak gerekir.

Sıvılaşma öncesinde yani normalde zemin daneleri üzerindeki ağırlığı şekildeki gibi birbirlerine aktarırlar ve toplam dayanım ise kabaca = (üzerlerindeki stress x sürtünme katsayısı) = σ x tan(Φ). Ancak deprem anında deprem dalgası her vurduğunda aralardaki su çok hızlı bir şekilde dane aralarından drene olmaya çalışır. İlk birkaç seferde bu sorun olmasa da bir noktada su zemin daneleri arasından geçemez ve su basıncı artmaya başlar.

Bu baskı da bizim σ x tan(Φ) denklemindeki σ değerini yani daneler arasında stress i sürekli düşürür ve bir noktada sıfırlayabilir. Bu anda tüm zemin daneleri sanki su içerisinde yüzen bir çorbaya döner. İşte tam burada zeminin dane dağılımı çok önemlidir. Eğer zemin resimdeki gibi çakıl boyutunda ise su basınç oluşturmadan drene olur.

Diğer uçta ise ince danelerinin çok olması durumunda su gözenekleri daha küçük olması sebebiyle basınç artışı kum kadar fazla olamaz (resimdeki clay gibi). Ayrıca ince daneli zeminler dayanım açısında sadece daneler arası sürtünme değil hamurun yapışkanlığı gibi kohezyondan da dayanım katkısı alırlar ki bu üzerlerindeki stres ile sürtünme gibi direkt ilişkili değildir. Yani zeminin öyle bir boşluklu olması gerek ki ne çok ne az.

Bu akışta σ' olarak bahsettiğim. Bir derinlikteki zemin üzerindeki toplam ağırlıkların oluşturduğu stress olarak düşünülebilir. Bu illa ki sıfırlanmak zorunda değil, üzerindeki binanın salınımı sırasında bir an için σ' x tan(Φ) üzerindeki binadan gelen yüklerden daha az da olabilir. Bu durumda Gölbaşı'nda çok fazla paylaşılmış olan bina gibi bir sonuç oluşabilir.

Sıvılaşma sonucunda büyük zemin deformasyonları oluşur. Kırık, kaymış yollar, birkaç metre zemine gömülmüş yapılar, blok olarak yan yatmış yapılar. Sıvılaşma bölgelerinde üst yapısı yıkılmadan deforme olmuş yapılar çok görülür. Bunun bir sebebi ise sıvılaşabilir zeminler (ÇOĞU ZAMAN kesinlikle her zaman değil) deprem ivmelerini yapıları yıkacak yüksek ivmelere dönüştürmektense aşırı deforme olarak sönümler.

Diğer bir yandan yüzeyden ne kadarlık bir zemin katmanın sıvılaşabildiği tartışılır. Tabi ki bahsettiğim zemin kompozisyonu ve deprem büyüklüğüne bağlı olarak değişir ancak bunun bir sınırı vardır. Yapıları etkileyebilecek düzeydeki dayanım kaybı için literatürde genellike 12-15m arası derinlikten sonra sıvılaşma olmayacağı kabul edilir. Türkiye Bina Deprem Yönetmeli sıvılaşma tahkikini en üst 20m zemin tabakaları için yapmamızı ister. Peki neden böyle bir sınır var. Bu yine tanıma geliyor.

Bir derinlikten sonra zemin üzerindeki yük o kadar fazla oluyor ki, boşluk suyu basıncı artışı σ' olarak bahsettiğim zemin üzerindeki yükü yenemiyor. Yani tabi ki yenemese bile azaltıyor ve deformasyon oluyor ancak mühendislik açısından önemsizleşmeye başlıyor.

Ayrıca ÇOĞU zaman derinlere gittikçe zeminlerin daha sıkı/katı bir hal aldığını gözleriz. Bunun nedeni uzun zamandır yüzeydeki zemine göre daha fazla bir yük altında sıkışmakta olmasındandır.

Sıvılaşabilir zeminleri zaten yer bilimcilerin çalışmaları sayesinde nerelerde bekleyebileceğimizi biliyoruz. Yani jeolojik makro açıdan beklediğimiz yerler var, ayrıca her parsel bazında yapılan zemin etüt ve geoteknik değerlendirme çalışmalarında belirlemek çok kolaydır.

Hala bu sorundan kayıp yaşamamız ilginç ancak böyle. Belirlendiği takdirde ise çoğu zaman en efektif çözümler zemin iyileştirme yöntemleri olmaktadır. Her deprem sonrasında ve bu deprem sonrasında meslektaşlarımızdan gelen geri dönüşlerde zemin iyileştirme yapılan yapıların hasarsız olduğu bilgisi çok fazla geldi. Tabi ki farklı çözümler önerilebilir. Böyle risklerin olduğu arazileri imara açmamak veya açılması zorunlu ise bile nitelikli mühendislik hizmetine zorunlu tutmanızın çok önemli olduğunu düşünüyorum.

Son olarak, kumdan çok daha ince daneli zeminler için cyclic softening (türkçesi var mı bilmiyorum) denen sıvılaşmaya benzeyen farklı bir konu da vardır. Bunu da daha sonra konuşuruz. Buraya kadar okuduysanız teşekkür ediyorum."