DEPREMDE ZEMİN SIVILAŞMASINA BAĞLI BİNALARIN DÖNMESİ, GÖMÜLMESİ VE DEVRİLMESİ
DR EŞREF ATABEY
Jeoloji Yüksek Mühendisi / Tıbbi Jeoloji uzmanı / Yazar
Deprem sırasında yeryüzünde görülen en önemli etkiler; tsunami, sıvılaşma, heyelanlar, kopmalar, çökmeler, toprak ve çamur akmaları, yangınlar, su baskınlarıdır. Zeminde kırılmalar, yapılar, sanayi tesisleri, köprüler, binalarda yıkılmalar olur. Bunlar arasında en etkili olanları sıvılaşma olaylarıdır.
Alüvyon zeminlerde depremin yıkıcı etkisi
Depremde ilk hissedilen Primer dalgalardır. Bu dalgalar boyuna, basınç dalgaları olup, katı, sıvı ve gazlarda hareket eder ve cisimleri ileri geri hareket ettirir. Bina ileri hareket eder; tekrar geri gelir.
İkincil dalga olan Segonder deprem dalgaları aşağı, yukarı, ileri, geri cisimleri hareket ettirir. Enine sismik dalga olup, katılarda hareket eder, sıvı ve gazlarda hareket edemez. Dalgalarda sörf hareketi gibi cisim yukarı çıkar; ve geri iner.
Deprem enerjisi yüzeye ulaştığında yüzey dalgalarına dönüşür ve asıl yıkıcı etkiyi bu sismik dalgalar yapar. Cisimler gölde sallanan kayık gibi yükselir; geri iner.
Alüvyon zemin çakıl, kum, silt, kil, çamurdan oluşur. Kum ve silt taneleri gözeneklerinde su bulunur. Kil mineralleri içeren bütün kayaçlar yüksek iletkenliğe sahip olmasına rağmen, suyun elektrik iletkenliği zayıftır. Deprem dalgalarının genliği ve zaman aralıkları genellikle ana kayaçtan zayıf pekişmiş ya da suya doygun alüvyon malzemeye geçtiğinde artar. Bu yüzden zayıf malzeme üzerine yapılmış olan binalar, ana kayaç üzerine yapılmış olanlara göre daha çok hasar görür [1].
Şekil 1
Zemin sıvılaşması nedir ve nasıl oluşur?
Suya doygun, gevşek kum/kumlu zeminler, tekrarlı yükler etkisinde, sıkışma ve hacim daralması eğilimi gösterir. Bu eğilim, drenajın olmadığı koşullarda, boşluk suyu basıncını artırır. Tekrarlı yükler kum tabakası içindeki boşluk suyu basıncının artmasını desteklediği zaman, toplam normal gerilme, boşluk suyu basıncına eşit değere ulaşabilir [2]. Bu durumda, kohezyonsuz zemin kayma direnimini kaybeder ve bir sıvı gibi davranarak büyük yer değiştirmelerine maruz kalır. Böylece sıvılaşma evresine geçilmiş olur [2, 3].
Kum, mil, kil ve çamurdan oluşan zemine sismik kuvvet etki ettiğinde, kum tanecikleri arasındaki denge bozularak kumla birlikte su yüzeye çıkmakta ve yüzeye çıkan su ve kum karışımı, bulamaç halini alan zeminin bir sıvı gibi davranmasına yol açmaktadır. Bir sıvı gibi davranan zemin üzerindeki binalarda hasarlar, yana yatmalar olmaktadır. Bu olaya sıvılaşma-zemin yenilmesi denilmektedir [3].
Şekil 2- Deprem sırasında zemin sıvılaşması [4].
Şekil 3- Alüvyon ve dolgu zeminde sıvılaşması olayı.
Şekil 4- Sıvılaşma sonucu zeminin dayanımını yitirmesi ve binanın yan yatması [3, 6].
Şekil 5- Zemin salınımının mekanizması [7].
Şekil 6- Yanal yayılmanın mekanizması [7].
Şekil 7- Zemin sıvılaşması sırasında oluşan kum volkanı
Sıvılaşmayı anlamak için deney
Deneyi yapmak için, bir briket, kovayı dolduracak kadar yeterli kum ve kovadaki kumun tepesini örtecek kadar su gerekmektedir. İlkin, kovayı kuru kum ile doldur ve dikine bir briketi kum yüzeyine oturt. Eğer kovayı, depremdeymiş gibi hafif sallar iseniz, briket sallanır ancak çökmez.
Sonra kum seviyesine kadar kovayı su ile doldurun, kum suya doygunlaşsın. Önceden yaptığınız gibi kovayı sallarsanız, kum suya karışır; briket yavaş yavaş batar; ya eğilir ya da devrilir; hatta kaybolur. Briket toprak üzerindeki uzun bir binayı andırır ve kumun içine briketin kaymasını sağlayan bir gevşetici olarak nasıl davrandığını gösterir. Benzer olay, suya doymuş bir kum sahiline yakın veya zayıf bir toprağa inşa edilen bir binada da gözlenir. Sıvılaşma, deprem alanlarında çok tehlikeli bir olaydır [3, 6].
Şekil 8
Sıvılaşmanın oluştuğu zeminler nelerdir?
Sıvılaşma suya doygun olan kumlu, çamurlu zeminlerde, sonradan kurutulmuş göl ve akarsu taşkın ovalarında, akarsu ve deniz kıyılarında olmaktadır. Denizden kazanılmış dolgu zeminleri, eski alüvyon yatağı zeminler depreme karşı son derece dayanıksız zeminlerdir. Bazen kum volkanları oluşabilmektedir. Bazen de sıvılaşma yüzeye kadar erişememekte ve yüzeyin birkaç metre aşağısında dayk (yüzeye çıkan sulu siltli kanallar) ve sil şeklinde olabilmektedir. Bu suretle yüzeyde kum fışkırması olmazken, alttaki düşey ve yatay yöndeki yayılma sonucunda yüzeyde oturmalar olmaktadır. Sıvılaşma olayı sırasında yer altı suyunun yüzeye çıkması sonucunda binaların altındaki zemin duraysız, kaygan bir hal almaktadır [3, 5, 7].
6 Şubat 2023 tarihinde olan Kahramanmaraş Pazarcık depreminde Adıyaman Gölbaşı’nda sıvılaşma olayı ile bazı binalar yan yatmıştır. Aynı şekilde 17 Ağustos 1999 yılında olan Gölcük-Adapazarı depreminde de Adapazarı Ovasında zemin sıvılaşmasından dolayı bazı binaların birinci ve ikinci katları gömülmüş, bazı binalar rotasyona uğramış yani yerinde dönmüş, bazıları da yan yatmıştır.
27 Haziran 1998 Ceyhan-Misis depremi, Ceyhan Nehri kıyısına paralel, 50-60 km’lik bir hat boyunca sıvılaşmalara neden olmuştur. Sıvılaşmalar, düşey yönde, kum volkanları, kum kraterleri ve kademeli yarıklar, yanal yönde nehir kıyısı oturmaları şeklinde gelişmiştir [5].
Diğer bir olay da zemin yayılmasıdır. Reyhanlı karayolunda yayılma olayı gerçekleşmiştir. Dolgu olan karayolu yanlara doğru yayılmıştır. Bu yayılma olayı daha çok eğimli kıyıdaki deniz kıyısındaki dolgu zeminlerde gelişir. Yine 17 Ağustos 1999 yılında olan Gölcük-Adapazarı depreminde deniz kıyısında zeminde yayılmalar, denize doğru göçmeler olmuştur. Bu yayılma olayları yüzey kırıklarıyla karıştırılmamalıdır.
Şekil 9- Depremde Antakya-Reyhanlı karayolu dolgu zeminde gelişen yayılma olayı.
Şekil 10- Depremde Antakya-Reyhanlı karayolu dolgu zeminde gelişen yayılma olayı.
Şekil 11- 17 Ağustos 1999 Gölcük-Adapazarı depreminde zemin sıvılaşmasına bağlı yan yatmış bina.
Şekil 12 6 Şubat 2023 Kahramanmaraş-Pazarcık depreminde Adıyaman Gölbaşı’nda sıvılaşma nedeniyle yan yatmış bina.
Sıvılaşmaya karşı ne yapılabilir?
Binaların ya da köprü, yol gibi yapıların tasarımında ve inşasında gelecekte meydana gelebilecek zararların en aza indirilebilmesi için esas yöntemler;
1- Sıvılaşma riski taşıyan duyarlı zeminlerde yapı inşasından kaçınmalı,
2- Sıvılaşmaya karşı dayanıklı yapı inşası,
3- Zemin iyileştirilmesi gerekir.
*temizmekan.com internet portalında yayımlanan yazının yeniden düzenlenmiş halidir.
Kaynaklar
[1] J. S. Monroe ve R. Wicander. 2004. Physical Geology (Fiziksel Jeoloji Yeryuvarının Araştırılması; Türkçe baskıya hazırlayanlar. K. Dirik ve M. Şener). TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Çeviri Serisi No:1, 642s.
[2] B. M. Das. 1993. Principles of Soil Dynamics, PWS-Kent Publ. Co. Boston, MA.
[3] Eşref Atabey. 2018. Deprem ve Tsunami. Asi Kitap. 309s.İstanbul.
[4] F. Watt. 1993. (Çev. A. Yurtsever), Depremler ve Yanardağlar: TÜBİTAK Popüler Bilim kitapları.
[5] Ramazan Demirtaş. 1998. 27 Haziran 1998 Ceyhan-Misis depremi; sıvılaşma ve Hendek çalışması, Jeoloji Mühendisliği, TMMOB Jeoloji Müh. Odası Yayını, 53, 40-57.
[6] M. Levy ve M. Salvadori. 1997. Earthquake Games. Earthquakes and volcanoes explained by 32 games and experiments. ISBN: 0-689-81367-8.
[7] Reşat Ulusay. 2000. Zemin sıvılaşması. JMO Mavi gezegen. S. 2. 47-56.
