Yazı Arşivi

Yazı Arşivi

Mail: arsiv@teknikelektrik.com

Afet Riski Altındaki Alanlarda Jeofizik Yöntemlerle Taşıma Gücü Tayini

Zeminlerin taşıma gücü değeri belirlenirken sismik kuvvetlerin etkisi çoğunlukla ihmal edilmektedir. Kullanılan emniyetli katsayıları, dış kuvvetlerden sismik etkiler kısmen
düşünülmekle birlikte çoğunlukla yetersiz kalmakta veya geniş değer aralıklar şeklinde önerilmektedir. Bu çalışmada çoğunlukla ihmal edilen zemindeki dinamik etkiler, sismik verilerle, Poisson oranı ve kayma dalga hızları göz önüne alınarak zeminin birim alandaki güvenli taşıma gücü (qsb) değeri şeklinde regresyon bağıntılar önerilmiştir. Zeminin genel davranışını yansıtacak bir şekilde qsb değeri tespit edilerek taşıyıcı sistemin boyutlandırılması mümkündür.

Sismik yöntemlerle zeminin taşıma kapasitesinin saptanması konusu birkaç araştırmacı (Keçeli A, Ercan A, Tezcan S, Özdemir Z, vd. ) tarafından tartışılmıştır.

Laboratuar testlerine tabii tutulan numuneler zeminin çok küçük bir hacmini test etmektedir. Laboratuar testlerinde çoğunlukla birbirlerinden oldukça farklı değerler elde edilmekle birlikte, doğada bulunduğu gerçek şartlar altında ölçüm olmamaktadır. Bir kayaç numunenin laboratuarda tespit edilen sismik hızları veya arazide ölçülen sismik hızlardan daha farklı elde edilebilmesi oldukça doğaldır. Laboratuarda numune boyutunda değerler elde edilmektedir. Arazide farklı dayanım özellikteki birimler, doğal ortamda (yeraltı suyu, süreksizlik Vd. özellikler) bir bütün olarak ölçülmekte ve zeminlerin genel karakteristik özelliklerini yansıtabilmektedir.

Zemini yerinde görmek ve tanımlamak çok önemlidir. Zemin – kaya mekaniği uygulamalarındaki laboratuar testlerinden elde edilen sonuçlarda zeminin mekanik ve fiziksel özellikleri hakkında numune boyutunda önemli ve kesin bilgiler vermektedir. Bunlara bağlı olarak olası deformasyon türleri belirlenebilmektedir. Ancak zeminlerin standart olmadığı, her noktada farklılık gösterdiği, bu durumda ortamı bir bütün olarak değerlendirmek, sismik etki altındaki deformasyon risklerini belirlemek için bunların yanında jeofizik ölçümlerin alınması gerekliliği sağlıklı bir tasarım için şarttır. Bir cismin yavaş yavaş yüklenmesi ile ani yüklenmesi arasında büyük fark bulunmaktadır.

Ani yükleme esnasında kinetik enerjisi olacağından bu enerjinin bir kısmı şekil değiştiren cisme geçecektir. Sismik dalgalar materyalin fiziksel özelliklerine göre yayılırlar ve içinde yayıldıkları materyalin şeklini bozmasına neden olabilmektedir. Sismik deformasyon birbiri ardınca sıkışma ve genleşmelerden ibarettir. Zeminin sismik (dinamik) yükler altındaki davranışı, başka bir ifade ile Sismik hızları etkileyen faktörlerin başında malzemenin gözenekliliği, gözenek boşluğundaki su, tane yapısı, çimentolanma, yoğunluk, süreksizlik yapıları ve sıkılık özelliklerdir. Zemine aktarılacak yükler nedeniyle zeminde oluşacak gerilmeler temel alanını büyütmek suretiyle azaltılabilir. (P=F/A) Yada tersi olarak emniyetli birim gerilme hedeflenerek Temel boyutlandırılabilir(A=F/P). Temel geometrisinin, zemin özellikleri ve güvenli taşıma gücü katsayısı değerine bağlı olarak değiştiği bir gerçektir. Zeminin genel davranışını yansıtacak bir şekilde zeminin birim alandaki güvenli taşıma gücünü tespit ederek temellerin boyutlandırılması mümkündür.

Sismik kuvvet etkisi altında kalacak zeminlerin olası deformasyon veya taşıma gücü değerindeki azalma, o zeminin fiziksel özelliklerine bağlı olarak, sismik dalgaların etkisi ile oluşacak kuvvetlerin etki büyüklüğüne bağlıdır. Suya doygun bir zeminin, taneler arasını bağlayan su taneciklerinden dolayı Vp dalgasının seyahat zamanı kısalmakta dolayısı ile Boyuna (P) dalga hızı büyümektedir. Vs kesme dalgasının ise seyahat zamanı uzamaktadır. Elastik yapıya P=0 iken bir basınç uygulandığı zaman, katı malzeme hacminde ve porozitede bir azalma meydana geldiği ve bunun elemandan dışarıya sıvı akımına neden olacağı düşünülebilir. Bu şekilde sıvı hacminde meydana gelecek bir değişim, katının poisson oranına bağlı olmaktadır.

Sismik Empedans, Zp=g*Vp ve Zs=g*Vs olarak ifade edilmektedir. Ancak burada Sismik direnç sadece Vs veya Vp olarak göz önünde bulundurulduklarında, tanım kısmen eksik kalacağı düşüncesindeyiz. Sismik direnç, aynı zamanda su içeriği, gözeneklilik ve sıkılık özelliklerine bağlı olarak etki göstereceğinden, Sismik hızların (Vp –Vs) birlikte değerlendirilmesi ve Poisson oranın önemi bir kat daha artmaktadır.

Yeri oluşturan birimlerin moleküller arası kuvvetlilik (bağlayıcılık, sıkılık, sertlik), gözeneklilik, taneler arası boşluklar (su,hava), yoğunluk ve yapısal özellikler sismik hızları ve frekansı etkileyen faktörlerdir. Bu özelliklere bağlı Poisson oranı değerlerinde farklılıklar olmaktadır.
Kayma dalga hızları aynı olan zeminlerin frekansları aynı olmayabilir. Poisson oranı değeri daha büyük olan zeminde, daha düşük olan zemine göre, zeminin dalga boyunun büyümesini sağlayacak ve periyot büyüyecektir.

Başka bir ifade ile, aynı kalınlıklara ve aynı kayma dalga hızlarına sahip iki zeminin Poisson değerleri farklı ise, aynı dinamik etki ve aynı basınç altında kalmaları durumunda, su durumu, gözeneklilik, yoğunluk, sıkılık veya sertlik özellikleri değişkenlik göstereceğinden, zemin frekansları (baskın periyotları), zemin büyütme aralıkları (T1-T2), zemin büyütmeleri, sönüm oranları, dayanımları aynı olmayacaktır. Bu olgu zemin etüt çalışmalarında dikkat edilmesi gereken en önemli noktalardan birisidir. Bir zeminin veya kaya ortamının frekansı, kayma dalga hızı değerinin yanında, Poisson değeri ile ilişkilidir. Poisson oranı daha yüksek olan zeminlerde tekrarlı yükler daha fazla olacağı göz önüne alındığında zeminin salınım süresi daha uzun, ivme değeri ve büyütme katsayısı daha büyük olacaktır. Bu özelliklere de bağlı olarak, deformasyon riski artacağından, taşıma gücünde azalmalar veya yenilmeler olabilecektir. Poisson oranının, bir deprem esnasında zeminin taşıma gücünü etkileyecek ve deformasyon riskini belirleyecek faktörlerden biri olduğu görülmektedir.

Kayma dalga hızın belirlenmesinin tek başına yeterli bir veri olmayacağı, dinamik elastisite parametreleri, Vp/Vs oranın bilinmesi ve bu orana bağlı olarak hesaplanan Poisson oranı değerin tespitidir.Tüm bunlar ise zeminin mukavemetini etkileyen faktörlerdir. Zeminin frekansı, Dinamik Taşıma gücü ve olası deformasyonları Poisson oranı değerine de bağlı olduğu açıktır.

Birim alan üzerinde etki ettiği yükün zeminin mukavemeti belirlenirken dinamik kuvvetlerin etkisi göz önüne alınarak, birim alandaki zeminin güvenli taşıma gücü yaklaşımlar ve kuramsal olarak aşağıdaki bağıntı önerilmektedir.

Klasik yöntemlerle zemin ve kaya birimler için ayrı ayrı formül kullanılsa da, sismik veriler yerin yapısal ve fiziksel özelliklerine bağlı olarak bir bütün olarak elde edildiğinden
Yapılan korelasyonlar sonucunda zemin veya kaya ortam fark etmeksizin kaya ve zemin göçmeler kabul edilebilir sınırları içinde K1= Hxg1(T/m2), K2=g2xVsx (1-pois1/2 ), Kpa Birim alanda taşıma gücü (qab): K1+K2 H = Kaldırılacak doğal malzemenin toplam düşey kalınlığı (m)  g1 = Kaldırılacak doğal malzemenin ortalama tabii birim hacim ağırlığı (t/m3) g2(t/m3) = Taşıyıcı zeminin birim hacim ağırlığı, Vs(m/s) = Taşıyıcı zeminin kayma dalga hızı Poisson oranı: Yük uygulanacak zeminin poisson (deformasyon) oranı değeri Gs: Güvenlik sayısı, Birim alanda güvenli taşıma gücü(qsb)=qab/Gs; zeminin yapısal özelliklerine bağlı olarak Gs= min.1,5, max. 2,5 aralarında alınmalıdır.

Mukavemet hesaplamalarında, dış kuvvetler ve momentler tam olarak belli değildir. Bunların büyüklükleri, doğrultu ve yönleri ve zamana bağlı değişken durumları yeteri kadar tayin edilmediğinden emniyet katsayısı kullanılmalıdır.

Birim hacim ağırlık Laboratuar verileri veya sismik verilerle hesaplanabilir. Plaka tipi Yapı Taşıyıcı sistemin (Temelin) boyutları belli ise ;

Taşıma gücü:
qa= g1* h1 * K1 + g2 Vs2 (1- Pois2 1/2 )* K2 (2)
K1= ( 1+0.33 B/L ) (Krinitzsky, 1993)
K2= ( 1- 0.2 B/L )

Taşıyıcı sistemin B=10m, L=20m, kabulü ile sabit kayma dalga hızı verisine bağlı olarak poisson oranın değişimine göre elde edilen taşıma gücü değerlerin değişimini ifade etmektedir.

2. formülde zeminin yapısal özelliklerine bağlı olarak
Gs= min. 1,5, max. 2,5 aralarında alınmalıdır.

Farklı Poisson değerlerine sahip zeminlerin önerilen formüllere bağlı olarak hesaplanan, birim alandaki taşıma gücü değerlerinin farklı olduğu görülmektedir. Aynı kayma dalga hızına sahip zeminlerin, Poisson oranı değerleri arttıkça taşıma gücü değerlerinde azalma olmaktadır.

Sismik kuvvet etkisi altında kalacak zeminlerin olası deformasyon veya taşıma gücü değerindeki azalma, o zeminin fiziksel özelliklerine bağlı olarak oluşacak çekme ve basınç kuvvetlerin etki büyüklüğüne bağlıdır.

Tasarlanan taşıyıcı sistem özelliklerine bağlı olarak yapılan güvenli taşıma gücü değeri hesaplamasının yanında, zeminin genel davranışını yansıtacak bir şekilde zeminin birim alandaki güvenli taşma gücünü tespit ederek, Taşıyıcı sistemlerin tasarımı yapılabilmektedir.

Bir zeminin veya kaya ortamının frekansı, yapısal koşulları, kayma dalga hızı değerinin yanında, Poisson değerine de bağlıdır. Aynı kayma dalga hızlarına sahip, ancak Vp/Vs oranı ve Poisson oranları farklı ise birimlerin frekansları, sismik dirençleri ve bunlara bağlı olarak taşıma güçlerde farklıdır.

Karma yapıdaki (Heterojen) zeminlerin taşıma gücü hesaplamalarında laboratuar deney sonuçlarından elde edilen verilere göre hesaplanmasının yanında, sismik verilerine bağlı olarak hesaplanması ve iki değer mukayese edilerek, daha çok yoruma bağlı olarak değerin verilmesinden daha uygun ve daha gerçekçi olacaktır.

Deprem bölgelerinde inşa edilecek yapılar için, taşıma gücüne yönelik zemin özellikleri, sadece zeminin statik ortamdaki özelliklerine göre tespit edilmemelidir. Zeminin dinamik özellikler de göz önünde bulundurularak hesaplamaların ve tasarımların yapılması şarttır.

Bu çalışmada zeminin mukavemeti belirlenirken zemindeki dinamik kuvvetlerin etkisi göz önüne alınmış ve zeminin birim alandaki güvenli taşıma gücü değeri, ayrıca temel geometrisine bağlı olarak kuramsal ve regresyon bağıntılar önerilmiştir.

Kaynaklar
Kurultay Öztürk (1987) Prospeksiyon Jeofiziği; Keçeli A.(2000) Sismik Yöntemle Kabul Edilebilir veya Emniyetli Taşıma Kapasitesi Saptanması; Curun N. (1977) Cisimlerin Mukavemeti; Tezcan S, Keçeli A, Özdemir Z., Sismik Yöntem ile Zeminlerde ve Kayaçlarda Emniyetli Taşıma Güncünün Kuramsal olarak Tayini; Ercan A. 2001 Kıran(Afet) Bölgelerinde Yer Araştırma Yöntemleri; Özaydın K.(1982) Zemin Dinamiği

Facebook Yorum

Yorum Yazın

Ana Sayfa
Web TV
Foto Galeri
Yazarlar