TBDY 2018’e Göre SPT Düzeltme Hesapları ve Sıvılaşma Analizi
Geoteknik mühendisliği uygulamalarında arazi verilerini doğru yorumlamak çok önemlidir. Özellikle sismik risk analizlerini hatasız yapmak güvenli tasarımın ilk adımıdır. Bu rehberde standart penetrasyon testi verilerini inceleyeceğiz. Bu doğrultuda TBDY 2018 kriterlerine göre adımları tek tek atacağız. Ayrıca hazır Excel dosyalarının yaptığı kritik hataları göreceğiz. Son olarak zemin dinamiği ile fay mekanizması ilişkisini ele alacağız.
1. TBDY 2018 Standart Penetrasyon Testi (SPT) Aşamaları
Sondaj kuyularından ham SPT-N değerleri elde ediyoruz. Ancak bu değerleri tasarımda doğrudan kullanmıyoruz. Çünkü zeminin gerçek parametrelerini görmek için düzeltme yapmalıyız. Bu nedenle TBDY 2018 sayfa 385 kriterlerini uyguluyoruz. Mühendisler ham verileri belirli katsayılarla çarpmak zorundadır.
Ham SPT-N Değerini Nasıl Buluyoruz?
Arazide her deneyde 45 cm’lik çakım yapıyoruz. Bu işlem sırasında ilk 15 cm’lik kısım oturtma çakımıdır. Çevre kirlenmesi riski nedeniyle bu ilk kademeyi tamamen eliyoruz. Sonuç olarak geriye kalan iki adet 15 cm’lik kademeyi topluyoruz. Böylece ham SPT-N değerine ulaşıyoruz.
Bu durumu bir örnekle açıklayalım. Arazideki vuruş sayıları sırasıyla 10, 18 ve 13 olsun. Bu durumda ilk 10 vuruşu hesaba katmıyoruz. Diğer iki değeri toplayarak ham değeri 31 buluyoruz.
2. SPT Düzeltme Katsayıları ve Saha Kabulleri
Saha pratiklerinde denetleyici kurumlarla bazen sorunlar çıkabiliyor. Bu yüzden resmi uyuşmazlıkları engellemek için güvenli sınırlarda kalıyoruz. Mühendislik kabullerini bu doğrultuda şekillendiriyoruz.
Kritik Katsayı Sınırları Nelerdir?
- Enerji Düzeltmesi (CE): Tokmak tipine göre bu değer değişiyor. Ancak piyasada makinelerin enerji verimliliğini tam bilemiyoruz. Bu nedenle en güvenli sınırda kalmak için CE katsayısını 1.0 alıyoruz.
- Sondaj Çapı Düzeltmesi (CB): Türkiye’deki şantiyelerde 140 mm gibi geniş kuyu çapları görmüyoruz. Dolayısıyla bu katsayıyı doğrudan 1.0 kabul ediyoruz.
- İç Tüp Düzeltmesi (CS): Uygulamada jeoloji mühendisleri iç tüpsüz çalışmaz. Fakat denetim mekanizmalarında sorun yaşamamak için bu değeri standart olarak 1.1 alıyoruz.
- Efektif Gerilme Düzeltmesi (CN): Kil katmanlarında kohezyon hakimdir. Bu yüzden yönetmelik gereği CN değerini 1.0 alıyoruz. Oysa killi kum gibi kohezyonsuz zeminlerde formülü uyguluyoruz. Yine de TBDY 2018’in koyduğu 1.70 üst limitini kesinlikle aşmıyoruz.
3. Hazır Excel Şablonlarındaki Efektif Gerilme Hatası
Mühendisler pratik olduğu için hazır Excel tablolarını çok sık kullanıyor. Ancak bu şablonlar sahada büyük riskler barındırıyor. Nitekim yeraltı su seviyesi her zaman tam sayı derinlikte olmuyor. Genellikle -2.23 m veya -2.74 m gibi küsuratlı kotlarda suya rastlıyoruz.
Excel Hesapları Neden Hatalı Sonuç Veriyor?
Küsuratlı kotlar devreye girdiğinde hazır Excel formülleri yetersiz kalıyor. Çünkü bu şablonlar ara efektif gerilme hesaplarını ve tabaka geçişlerini tam çözemiyor. Sonuç olarak su seviyesindeki bu düzensizlik hesapta %5 ile %13 arasında kaymaya yol açıyor. Bu tehlikeli matematiksel hataları engellemek için dinamik algoritmaya sahip profesyonel geoteknik yazılımları tercih etmelisiniz.
4. Zemin Dinamiği Analizi: Depremin Enerjisi ve PGA
Sismik tasarım yaparken sıklıkla büyük bir hata yapıyoruz. Zemin riskini sadece PGA yani en büyük yer ivmesi üzerinden okuyoruz. Oysa PGA değeri tehlikenin yalnızca anlık tepe noktasıdır. Dolayısıyla depremin süresi ivme kadar büyük önem taşır.
Deprem İvmesi ve Süre İlişkisi
Örneğin 1.0G ivmeli ama sadece 0.2 saniye süren bir deprem düşünelim. Bu sarsıntı binaya anlık bir şok verir ve hızla söner. Bu yüzden yapılarda büyük bir yorulma yaratmaz. Nitekim sıvılaşmayı tetikleyen şey anlık şoklar değildir.
Buna karşın 0.4G ivmesinde ama 10 saniye süren sürekli bir depremi ele alalım. Bu hareket yapıyı uzun süre rezonansta tutar. Malzemeyi yorar ve sonunda yıkımı getirir. Çünkü zemine aktarılan toplam enerji yani Arias Şiddeti çok yüksektir. Sıvılaşma analizindeki çevrimsel gerilme oranı (CSR) hesabını da bu sismik enerjiye göre yapıyoruz.
Zemindeki sıvılaşma olgusunu tetikleyen ana unsur da bu tekrarlı gerilme döngüsü ve zemine aktarılan toplam sismik enerjidir (Arias Şiddeti). Sıvılaşma analizinde kullanılan Çevrimsel Gerilme Oranı (CSR), bu düzensiz deprem dalgalarını eşdeğer bir tekrarlı kayma gerilmesine dönüştürmek amacıyla şu formülle hesaplanır:
5. Bölgesel Deprem Mekanizmaları ve Zemin Etkisi
Fay hatlarının türü sismik dalgaları doğrudan etkiler. Aynı zamanda fayın şehre olan mesafesi zemin davranışını değiştirir. Bu durumu İstanbul ve İzmir şehirleri üzerinden çok net görebiliyoruz.
İstanbul ve İzmir Şehirlerinin Sismik Farkları
İstanbul bu konuda zemin açısından daha şanslıdır. Çünkü yerleşim alanlarının %95’i kaya veya çok sert kil tabakalarından oluşuyor. Ayrıca Kuzey Anadolu Fayı kent merkezine yaklaşık 12 km uzaktadır. Bu mesafe sayesinde yıkıcı dalgalar zeminde sönümleniyor.
Oysa İzmir’de durum tamamen tersine dönüyor. Kent nüfusunun %80’i zayıf alüvyonal zeminler üzerinde yaşıyor. Özellikle normal ve ters faylar direkt merkez ilçelerin altından geçiyor. Yapılar fayın tam üzerinde veya topuk bölgesinde kalıyor. Bu nedenle açığa çıkan sismik enerji doğrudan binalara aktarılıyor.
Sonuç olarak kötü zemindeki yeni binalar ağır hasar alırken sert zemindeki eski binalar ayakta kalabiliyor. Bu durum zemin dinamiği çalışmalarının önemini açıkça kanıtlıyor.
Sonuç
Mühendislikte kara kutu programlara veya hatalı Excel tablolarına asla güvenmiyoruz. Bu doğrultuda yeraltı su seviyesini ve efektif gerilmeleri kademe kademe işleyen yöntemleri seçiyoruz. TBDY 2018 sınırlarına harfiyen uyuyoruz. Unutmayın yapıları yıkan sadece depremin ivmesi değildir. Önemli olan zeminin bu sismik enerjiyi üst yapıya nasıl aktardığıdır.
(Not: Projelerinizde en doğru spt düzeltme hesabı işlemlerini ve otomatik tabakalandırma analizlerini hatasız yönetmek için bu hesaplar en iyi GeoteknikPro Studio yazılımı ile çözülür.)