Deprem sebebiyle zeminlerin sıvılaşma potansiyelinin `bulanık mantık modellemesi (fuzzy logic modelling)` ile değerlendirilmesi

Abstract

ivÖZETBir deprem anında, suya doygun gevşek kum ve siltli kum zeminlerde boşluk suyubasınçları ani artış gösterir. Kum daneleri arasındaki kayma mukavemetini sağlayanefektif gerilme sıfır oluncaya kadar boşluk suyu basınçları artarsa, kumlu zeminlerdebüyük hacim değişiklikleri meydana gelir. Sıvılaşma dediğimiz bu hadise bu türzeminlerin üzerine oturtulmuş olan yapıların yıkılmasına, devrilmesine ve zeminegömülmesine sebep olduğundan büyük can ve mal kayıpları oluşturur. Bu nedenlesuya doygun gevşek bir kum zeminin sıvılaşma riskinin bilinmesi çok önem arzetmektedir. Zeminlerin sıvılaşma potansiyeli üzerinde yoğun olarak yapılançalışmalar otuz kırk sene öncesine kadar gitmektedir. Bu son kırk yıl içerisindebirçok yöntem geliştirilmiştir. Geliştirilen bu yöntemlerin çoğu, zaman alıcı, teknikzorlukları olan çokta pratik olmayan yoğun arazi ve laboratuar çalışmalarınıgerektirmektedir. Özellikle tekrarlı gerilmeler altında gevşek kum zeminlerinlaboratuar testini yapmak hem arazi şartlarını birebir laboratuarda sağlamak oldukçazordur ve pahalı yöntemleri gerektirmektedir. Ayrıca şimdiye kadar geliştirilen buyöntemlerin hepsinde sıvılaşma potansiyelini tam tespit etmek noktasında bazıeksiklikler ve sınırlamalar vardır.Bu tez çalışmasında gevşek kum depozitlerin sıvılaşma potansiyeli bulanık mantıkmodelleme yöntemi ile zor pahalı ve kompleks olan laboratuar ve arazi çalışmalarınaihtiyaç olmaksızın sadece sıvılaşmada etkili birkaç arazi verisine dayanarak kısazamanda tespit edilebilmektedir. Bulanık mantık teoremi, zemin sıvılaşmasıhadisesinde olduğu gibi belirsizliklerin hakim olduğu birçok parametrenin farklışekillerde etki ettiği problemlerin çözümünde kullanılmaktadır. Tez çalışmasında ilkolarak, bütün dünyada deprem etkisiyle sıvılaşma olan yerlere ait arazi verileriliteratür taraması yapılarak elde edilmiştir. Daha sonra bu veriler kullanılarak araziSPT değerlerinden bazı korelasyonlar vasıtası kayma dalgası hızları elde edilmiştir.Sıvılaşma olan veya olmayan yerlere ait SPT değerlerinden sadece kum ve çakıldepozitler için verilen bağıntılar yardımıyla hesaplanan zemin kayma dalgası hızlarıve eğrileri elde edilmiş ve bu eğriler içinde de gevşek kum ve çakıl depozitleriyaygın olarak temsil eden alt ve üst sınır eğrileri belirlenmiştir. Bundan sonravMicrosoft Excel' de sıvılaşma da etken olan önemli parametrelerden düzeltilmiş SPTdeğeri, kayma dalgası hızı, yeraltı su derinliği, zemin derinliği ve deprem zeminyüzey ivmesi değerleri çizelge halinde özetlenerek sıvılaşma olan ve olmayan verilerayrılmış ve bunlardan, yukarda ki her bir parametrenin bulanık alt küme aralıklarınıngerçeğe yakın olarak bulunabilmesi için üçlü ilişki grafikleri elde edilmiştir.Sıvılaşmaya etki eden parametreler, literatürde genelde ikili korelasyonlar halindeverilmektedir. Halbuki üçlü ilişkiler, sıvılaşmaya etki eden parametrelerin aralıklarıhakkında daha doğru bir fikir vermektedir. Daha sonra bu elde edilmiş üç boyutlugrafikler değerlendirilerek bulanık alt kümeler ve bu kümelere ait fonksiyonlarıbulunmuştur. Sonra bulanık kurallar yazılarak sıvılaşma yüzdeleri bulanık olarakelde edilmiştir. Sonuçta ise durulaştırma işlemi yapılarak sıvılaşmayüzdeleri bulunmuştur. Sonuçlar arazi verileri ile karşılaştırıldığında bu tezde yapılanmodellemenin çok uygun ve makul sonuçlar verdiği görülmektedir.ANAHTAR KELİMELER: Gevşek suya doygun kum ve siltli kum zeminler,deprem, sıvılaşma, bulanık mantık.

viABSTRACTAt the time of an earthquake, the pore water pressures in sand an silty sand soildeposits suddenly increase. If those additional pore pressures continue to increase upto a level where effective soil pressure becomes zero, then large volume changes insandy deposits can occur. This phenomenon is called ?liquefaction?. When a soilliquefaction occurres structures tilt, fail, and sink in to the soil. So, the big lost oflifes and properties can happen.There have been many methods developed for learning the liquefaction potential ofloose saturated sandy soils for thirty-fourty years. Almost all these methods dependon somehow complex field and laboratory tests and calculations. Also they havesome inherit limitations.Therefore, in this research, we used the fuzzy logic method to estimate theliquefaction potential of such soils without need of large scale complex laboratorytest data and calculations. First of all, we obtained shear wave velocities using SPTdata from liquefied and non-liquefied sites. Later on, we defined the most importantparameters causing the liquefaction. After that, we obtained three dimensionalgraphics to define the fuzzy sets and functions for these parameters. Later fuzzyrules were written and fuzzy liquefaction potentials were obtained. At the end,defuzzfication process were done.When we compare the results that we found with the field data, we see that ourmodal runs very well.KEYWORDS: Loose saturated sand and silty sand soils, earthquake, liquefaction,fuzzy logic.