Dalgakıran etrafında dalga etkisiyle oluşan sıvılaşmanın incelenmesi
Wave-induced liquefaction around breakwaters
Yazar: VOLKAN ÖZTUĞ
Danışman: DOÇ. DR. ŞEVKET ÇOKGÖR ; YRD. DOÇ. DR. BERRAK TEYMUR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Son yıllarda yapılan araştırmalar siltli zeminlerin sıvılaşmaya müsait olduğunu, deprem dalgaları, deniz dalgaları, şok dalgaları gibi periyodik yüklemelerin bu tip drenajsız zeminlerde sıvılaşmaya yol açması sonucu zemin üzerindeki yapılarda ciddi hasarlara yol açtığını göstermiştir. Yapının taşıyıcı zeminde meydana gelen sıvılaşma sonucu yapıların zemine batması, lokal oturmalar neticesinde yapının yan yatması veya göçmesi gibi hasarlar gözlenmiştir. Bu hasarlar yapıları kullanılmaz hale getirebildiğinden ciddi can ve mal kaybına sebep olabilmekte, ekonomik faaliyetleri aksatabilmekte, 1999 İzmit depreminde T.S.K. Deniz Kuvvetleri'ne ait donanma tesislerinde olduğu gibi ülkenin stratejik yapılarını kullanılamaz hale getirebilmektedir.Yukarıda özetlenen risklerden dolayı sıvılaşmanın çok iyi analiz edilmesi gerektiği açıktır. Sıvılaşmanın analizinde sıvılaşmanın hangi durumlarda, hangi zemin türlerinde, nasıl bir mekanizmayla gerçekleştiğini bilmek hayati önem taşır. Analize ek olarak sıvılaşmaya karşı alınabilecek tedbirlerin incelenmesi, deneysel çalışmalarla sınanması ve böylece sıvılaşma riski taşıyan bölgelerdeki yapıların korunması önem arz eden bir konudur.Bu tez çalışması kapsamında %10 su muhtevasında silt bir zemin üzerinde inşa edilen 50 cm yüksekliğinde, 140 cm genişliğinde bir dökme taş dalgakırana ortalama 8 cm dalga yüksekliğine ve 1 saniye periyoda sahip düzenli dalgalar gönderilmiştir. Bu dalgaların dalgakıranın altındaki 20 cm kalınlığındaki silt zeminde yol açtığı sıvılaşma, açık deniz, kayma dairesi, topuk ve dalgakıranın ağırlık merkezinin izdüşümündeki zemin en kesitlerindeki boşluk suyu basınçlarının değişiminin gözlenmesi yoluyla incelenmiştir. Bu ölçümlerle sıvılaşmanın oluştuğu bölgeler ve bu bölgelerdeki basınç değişimleri gözlenerek sıvılaşma hasarlarına karşı yapıyı koruyacak tedbirler aranmıştır.Bu çalışma kapsamında üç set deney yapılmıştır. Bu deney setlerinin birincisinde zeminde herhangi bir ıslah çalışması yapılmamış, dalgakıran altındaki silt zemin direk olarak dalga yüklerine maruz bırakılmıştır. Zemine dalga yüklerinin tesir etmesi sonucu zeminin bütün en kesitlerinde boşluk suyu basınçlarının yükseldiği gözlenmiş, bu yükseliş trendinin bir noktadan sonra durduğu ve bu andan sonra zeminin taşıma gücünü kaybederek bir sıvı gibi davrandığı ve dalgakıranı oluşturan taşların zemin içinde batarak ve kayarak dalgakıranı göçmeye sevk ettiği gözlenip kayıt altına alınmıştır.İkinci set deneyde kayma dairesi ile topuk bölgesi arasına yerleştirilen altı adet taş kolonla drenaj sağlanmaya çalışılmış, böylece zemindeki boşluk suyu basınçlarının artması engellenmeye çalışılmıştır. Yerleştirilen taş kolonlar bir süre çalışmalarına rağmen zaman içinde tıkanarak drenaj işlevini yerine getirememeye başlamış, bunun neticesinde sıvılaşma olmuş ve dalgakıranda hasar meydana gelmiştir. Bu deney sonucunda taş kolonların zeminin fırtınaya dayanma süresini artırdığı, fakat belli bir süre sonra tıkanarak zemini sıvılaşmaya karşı koruyamadıkları sonucuna varılmıştır.Üçüncü deney setinde kayma dairesi ile topuk bölgesi arasına yerleştirilen geotekstil, yüzeydeki dalga yüklerinin zeminin iç kısımlarına tesir etmesini engellemiş böylece sıvılaşma süresini ciddi biçimde uzatmıştır. Fakat geotekstil de geçirimli olduğu için yine de dalgakıranda hasar meydana gelmiş fakat meydana gelen hasar, fırtına süresi göz önüne alındığında kabul edilebilir bir düzeyde kalmıştır.

Abstract:
Recent research indicated that silty soils are susceptible to liquefaction, which is induced by cyclic loads such as earthquake waves, sea waves and shock waves in undrained soils like silt, causes serious damage to occur in the structure built on the soil. As a result of liquefaction that occured in the bearing soil, damages like sinking of the structure into the soil, declination and collapse of the structure caused by the local settlements had been observed. These damages can make structures unusable, may cause losses of life and estate, interrupt the economical activities and make the strategic structures of a country unusable as experienced at Izmit Earthquake in the Turkish Navy?s Golcuk Base on August, 1999.It is obvious that liquefaction should be analyzed very well due to the risks summarized above. It is crucial to know the conditions, the soil types and the mechanism of liquefaction during the liquefaction analysis. In addition to this analysis, examination and experimental testing of the precautions, thus protection of the structures in the areas which have the risk of liquefaction, is an important subject.In this study, regular waves with a height of 8 cm and a period of 1 second were sent to a rubble-bound breakwater 50 cm high and 140 cm wide, which was constructed on a silty soil with a water content of 10%. The liquefaction caused by the waves on the 20 cm thick silty soil under the breakwater, was studied by observing the pore water pressure increase in the soil offshore, failure arc, toe and the projection of center of gravity of the breakwater. In this study, precautions against liquefaction damages were researched for by the observation of pore water pressure increment and the process of liquefaction in the areas which it has occured.Three sets of experiments were made in this study. In the first set, none of the soil improvement techniques was applied to the soil, and it was exposed to the wave loads directly. It was observed and recorded that pore water pressures in the soil has been increased and this increment was stopped at a level of pressure as a result of exposition of wave loads to the soil. After this moment, bearing capacity of the soil reduced and the stones which made the breakwater sank and this led the breakwater to collapse.In the second set of experiment, the drainage was maintained by six stone columns which were placed between the failure arc and the toe of the breakwater to prevent the increment of pore water pressures. The stone columns worked for a period of time but then they were clogged and could not function. Thus, liquefaction occured and the breakwater was damaged. As a result of this experiment, the stone columns increase the time of resistance of the soil to the storm but after some time, they clog and the soil can not resist liquefaction.In the third set of the experiment, geotextile which was placed between the failure arc and the toe of the breakwater prevented the wave loads to reach the inner layer of the soil, so the resistance time of the soil to the liquefaction was lengthened. As a result of the permeability of the geotextile the breakwater was damaged, but considering the storm duration, the damage was tolerable.