Bursa il merkezi zeminlerinde dinamik zemin davranış analizleri

Abstract

Bu tez kapsamında, Bursa il merkezinin sıvılaşma olasılığı bulunan bir kısım zeminlerinde deprem hareketini büyütme özelliği, sıvılaşma riski ve kumlu zeminlerde meydana gelebilecek oturmalar analiz edilmeye çalışılmıştır. Analizlerde bu yöre çevresinde meydana gelen 17 Ağustos 1999 deprem ivme kayıtları esas alınmıştır. Bursa il merkezi taban kayası yüzeyinde oluşacak maksimum yatay ivmeler, P. Spudich, J.B. Fletcher et al, (1997), tarafından önerilen sönümleme ilişkileri kullanılarak belirlenmiştir. Sönümleme ilişkilerinde, zemin yapısından dolayı Kocaeli-Gebze (GBZ) istasyonundaki ivme kayıtları kaynak veri olarak alınmıştır. Bursa il merkezi zeminlerinin büyütme analizlerinde EERA (Equivalent - Linear Earthquake Response Analysis) bilgisayar programı kullanılmıştır. Program ile ilgili ayrıntılı bilgi http://geoinfo.usc.edu/gees internet adresinden edinilebilir. Zemin büyütme analizlerinin ve kullanılan bilgisayar programının dayandığı bir boyutlu eşdeğer-doğrusal zemin davranış modelinin esasları Bölüm 3. de verilmektedir. Depremler sırasında sismik dalgalar zeminde ilerlerken tekrarlı ve birbirine göre ters yönde kuvvet çiftleri (kayma gerilmesi) yaratarak, daneleri boşluk hacmini küçültecek şekilde yer değiştirmeye zorlar. Bu tekrarlı hareketler çok kısa sürelerde yön değiştirdiğinden dolayı boşluk suyu basıncı artar. Boşluk suyu basıncı düşey efektif gerilmeye eşit olduğunda zemin bir sıvı gibi hareket eder ve bu olaya sıvılaşma denir. Deprem esnasında oluşan bu kayma gerilmesinin düşey efektif gerilme değerine oranına literatürde Tekrarlı Gerilme Oranı (CSR) denir. GSR değeri zeminin Tekrarlı Gerilme Direnci (CRR) değerini aştığında suya doygun kumlu zeminlerde sıvılaşma riski oluşur. CRR nin belirlenmesi için arazi deneylerine dayanan çeşitli korelasyonlar geliştirilmiştir. Bu tezde, sıvılaşma analizleri esas olarak NCEER - 1997'nin önerdiği SPT-N korelasyonlarına dayanmaktadır. Ancak ince malzeme (-No.200) oranının %35< (-No 200) <%45 olduğu durumlar için Seed and De Alba (1986), Seed and Harder (1990)'nın önerdikleri yöntemlerden yararlanılmıştır. Zeminin plastiklik indeksinin, lP>%5 olması durumunda ise Seed et al, (1990), Ishihara et al, (1992) geliştirdikleri yöntemlerden yararlanılmıştır. Deprem etkisi ile zeminde oluşan gerilmelerden dolayı, kumlu zeminlerde sıkılaşmalar oluşur. Bursa il merkezi zeminlerinde deprem etkisi ile oluşacak sıkılaşmaları (oturmaları) tahmin etmek için, GF (sıvılaşmaya karşı güvenlik faktörü) ve SPT-N değerine (veya CPT veya Sıkılık-Dr değerine) bağlı olarak Ishihara and Yoshimine (1992) 'nin geliştirdikleri yöntem kullanılmıştır. Bu yöntem ile GF ve SPT-N değer çiftlerine karşılık gelen deformasyon oranı (e) belirlenerek oturmalar tahmin edilebilmektedir. Yukarıda bahsedilen sıvılaşma ve oturma analizleri, ekler kısmında verilen ve bu tez çalışması için oluşturulan bir Excell programı ile yapılmıştır.

In the scope of this theisis, the amplification and, the liquefaction analysis and the sandy soil settlement analysis of selected locations of Central Bursa has been illustrated. In the analysis the 17 August 1999 Kocaeli Earthquake records have been considered. In the region, the maximum horizontal accelerations in the bed rock have been determined by the damping relations which is offered by P. Spudich, J.B. Fletcher et al, (1997). In this process Kocaeli-Gebze (GBZ) station records have been used. In the analysis of amplification of central Bursa region the software EERA (Equivalent - Linear Earthquake Response Analysis) has been used. Additional information about the software can be found on the web site: http://geoinfo.usc.edu/gees. The information about the software which is used for the analysis of the soil amplification has been given in Section 3. In Section 3 `One Dimensional Equevalent Linear Soil Response Analysis` has been illustrated which is the basic principle of the soil amplification. During the earthquakes, seismic waves travels through the soil and they cause harmonic pair of forces. Those pair of forces force the soil particles to be dense.The direction of the harmonic motion changes in short periods and this cause an increase in the pore water pressure of the soils.When the pore water pressure is equal to vertical effective stress the soil behaves as liquid and this is called liquefaction. The raito of shear stress and vertical effective stress during the earthquake is called Cyclic Stress Ratio (CSR). Liquefaction occurs when the ratio of CRS is greater than the Cyclic Resistance Ratio (CRR) in saturated sandy soils. Some corelations have been developed depending on the results of in situ tests. In the theisis, liquafaction analysis have been done according to SPT-N corelations which are proposed by NCEER - 1997. On the other hand, for the soils which has thin grain size ((-No.200) 35%< (-No 200) <45% methods which is proposed by Seed and De Alba (1986), Seed and Harder (1990) have been used. In the situation which the plasticity index lp>5% the methods which is proposed by Seed et. al. (1990), and Ishihara et. al. (1992) have been used. During the earthquakes, because of the harmonic motion densification occurs in sandy soils. In central Bursa region the prediction of densification (and settlement) due to earthquake have been been done my the method which is proposed by Ishihara and Yoshimine (1992) by using the Safe Factor for liquefaction (SF) and SPT-N. By this method for each SF and SPT-N values the strain (s) of the soil can be calculated. By (s) the settlements can be calculated. Liquefaction and setlement analysis are done by a computer program. This computer program is constituted for this theisis. XI