İstanbul yerleşim alanı içerisindeki kuvaterner çökellerin sıvılaşma potansiyeli
Liquefaction potential of quaternary deposit in İstanbul metropolitan area
Yazar: FEYZİ POLAT
Danışman: YRD. DOÇ. DR. YILMAZ MAHMUTOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2002
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Deprem = Earthquake ; Kuvaterner = Quaternary ; Mühendislik jeolojisi = Engineering geology ; Sıvılaşma = Liquefaction ; Çökeller = Sediments

Özet:
ISTANBUL YERLEŞİMİ İÇERİSİNDEKİ KUVATERNER ÇOKELLERİN SIVILAŞMA POTANSİYELİ ÖZET 17 Ağustos 1999 İzmit ve 12 Kasım 1999 da Düzce de Meydana gelen depremler, bir kez daha depremde hasar dağılımının yerel zemin koşulları ile çok yalan ilişki içinde olduğunu göstermiştir. Bu depremlerde şahit olunduğu üzere deprem kaynağına uzak dahi olsa özellikle yumuşak ve kalın alüvyal (genç) çökel alanlarında yoğun hasar, buna karşın deprem kaynağına yakın bile olsa kayalık alanlarda ise az hasar olmuştur. Bu iki uç örneğin yanı sıra İstanbul'un Avcılar, Ambarlı, Küçükçekmece, Yeşilköy, Ataköy gibi semtlerinin bulunduğu bölgeyi oluşturan yan taşlaşmış- taşlaşmış sahalarda da deprem etkisi çok ciddi biçimde yaşanmış ve Avcılar'da nedenleri hala bilim çevrelerinde tartışılmakta olan önemli can ve mal kaybına neden olan hasarlar meydana gelmiştir. Bu tez kapsamında İstanbul'da bulunan ve kaim alüvyal çökeller bulundurdukları bilinen Çamaşırcı, Kurbağalı, Ortaköy-Ambarh, Ihlamur - Fulya, Dolapdere- Baruthane, Cendere, Alibeyköy, Siyavuşpaşa ve Ayamama deresi vadilerinde yer alan genç çökellerin ( ayrık daneli kayaçlar) mühendislik özellikleri ve sıvılaşma- taşıma gücü kaybı potansiyelleri irdelenerek muhtemel bir Marmara depremi durumunda bu çökellerin bulunduğu alanlarda hasarların meydana gelip gelmeyeceğine ışık tutacak bilgiler verilmeye çalışılmıştır. Eski çalışmalardan yararlanılarak bu vadileri kapsayan alanın 1/50.000 ölçekli Jeoloji Haritası derlenmiş, her vadi için ayrı ayrı 1/5 000 ölçekli Mühendislik Jeolojisi Haritası yapılmıştır. Çalışmada genç çökellerin ( Ayrık Daneli Çökeller = Alüvyon) yanı sıra inceleme alanlarında yer alan anakaya, yan taşlaşmış - taşlaşmış çökeller, aşın konsolide Pliyosen çökelleri ve yapay dolguların mühendislik özellikleri hakkında da bilgi verilmiştir. Çalışmada derinlikleri 5 ile 55 m arasında değişen yaklaşık 220 adet, toplam 4000 m sondaj, 2120 adet Stanart Penetrasyon Test, ulaşılabilen 197 adet kıvam limiti deneyi, 185 adet su içeriği deneyi, 175 adet Dane boyu dağılım deneyi, 65 adet birim hacım ağırlık, 43 adet üç eksenli ve 21 adet tek eksenli basınç deney sonucundan yararlanılmıştır. Sıvılaşma ve taşıma gücü kaybı irdelemeleri için bir yandan alüvyal çökel ortamını oluşturan malzemenin dane boyu dağılımı, plastisitesi ve sıkılığı araştmlırken diğer yandan kuvvetli yer hareketi - sıvılaşma - mesafe ilişkisi açısından inceleme konusu noktalann konumu belirlenmiştir. Sıvılaşma analizleri, deterministik yöntemle belirenmiş deprem kaynağı ve bu kaynağın oluşturacağı deprem büyüklüğü esas alınarak basitleştirilmiş Seed ve Idriss yöntemi ile yapılmıştır. Bu yöntem, inceleme konusu noktada dinamik yük altoda meydana gelen tekrarlı kayma gerilmesi ile XIIzeminin sıvılaşması için gerekli tekrarlı kayma gerilmesinin karşılaştırılması esasına dayanır. Oluşacak depremin magnitüdü aşağıda verilen bağıntı yardımı ile saptanmıştır. Mw = 5.16+ 1,12 ( log L) (1) Bu bağıntıya göre Marmara Denizi içinde öngörülen fay hatlarının kırılması halinde büyüklüğü Mw = 7,2 ile 7,7 arasında değişen depremlerin meydana gelmesi beklenmektedir. Bu koşul öngörülerek analizde Tasarım Depremi büyüklüğü Mw =7,5 alınmıştır. Analizde gerekli ivme değerleri, her çalışma konusu vadi için doğrultu atımlı faylar ile ilgili olarak geliştirilen azalım ilişkisi bağıntısından «nBX=ö1+&aK-6)+ö3(Mw-6)2+ö5lnr + ivln(vs/vfl) (2) hesaplanmıştır. Bu bağıntıda gerekli Vs hızı ise her saha için elde edilen ortalama N30 değerlerinden aşağıda verilen iki bağıntı yardımı ile türetilmiştir. Vs = 76N?'33 (3) Vs = 84N0,31 (4) Yapılan analizler sonucunda İstanbul'da ki vadilerde yer alan alüvyal ortamların yer altı suyu durumu, çökellerin kumlu kesimlerinin tane boyu dağılımı ve sıkılığı açısından sıvılaşabilme özellikleri taşıdıkları, Marmara Denizi içinde varlığı bilinen Kuzey Anadolu Fayının kırılması halinde oluşacak deprem büyüdüklerinin de bu ortamlarda sıvılaşmaya yol açabilecek dinamik koşullan yaratabileceği sonucuna varılmıştır. Bu bulgular ışığında inceleme konusu bu alanlarda mümkün mertebe yoğun yapılaşmaya izin verilmemesi, yapılaşma amaçlı jeoteknik araştırmalarda mutlak surette ve yeterli veriye dayalı sıvılaşma ve taşıma gücü kaybına yönelik analizlerin yapılması, yapılacak yeni yapıların zeminin özel koşullan gözetilerek depreme karşı yeterli güvenliğe sahip olmalan için gerekli önlemlerin alınması, mevcut yapıların ise özellikle temel yönünden, deprem güvenliğinin sorgulanması gerektiği sonucuna varılmıştır. XU1

Abstract:
LIQUEFACTION POTENTIAL OF QUATERNARY DEPOSITS IN ISTANBUL METROPOLITAN AREA SUMMARY Once again, The August 17, 1999 and November 12, 1999 earthquakes divulged the close interaction between local soil conditions and damages distribution during earthquake. An intensive damage was observed on soft and thick recent sedimentary basins even at distant areas to the epicentres. However, the location having rocky ground suffered slight damage. Apart from this two extreme examples, Avcılar, Ambarlı, Küçükçekmece and Ataköy district of Istanbul city having semi compacted- well compacted ground were seriously affected from the earthquakes. The actual causes of damages at Avcılar are still under discussion among scientists. Liqueafaction and strain softening (loss of bearing capacity) behaviour and other engineering properties of young sediments located on Çamaşırcı, Kurbağalı, Ortaköy-Ambarlı, Düamur-Fulya, Dolapdere-Baruthane, Cendere, Alibeyköy, Siyavuşpaşa, Ayamama valley (İstanbul) were investigated with in the frame of this dissertation. The results were analysed in order to reveal their potential damage risks. 1/50000 scaled geological map was compiled using a literature survey of previous studies. Every valley stated above was mapped in 1/5.000 scale. Further detailed information on engineering properties of semi compacted and cemented formations besides loosely compacted (young) deposits are also investigated. The database comprises 220 bore holes varying in depth between 5-55 m, 4000 m totally, 2120 Standard penetration, 197 Atterberg limit, 185 water content, 175 grain size analyses, 65 unit weight determinations (index tests), 43 triaxial and 21 uniaxial load tests. During analyses of liquefaction and loss of bearing capacity of investigated deposits, both critical soil properties and strong ground motions were taken into consideration. Liquefaction, distance relations were studied as well as the susceptibility of the investigated area determined as a function of their location. Design earthquake source, liquefaction analyses were based on, selected deterministically and Simplified Seed & Idriss Method is used in this study. This method is based on comparison of the cyclic shear resistance of soil against liquefaction and the cyclic shear stress occurred under dynamic load. The magnitude of design earthquake determined by the following equation; Mw = 5.16 + 1,12 (log L) (1) XIVAccording to this equation, the magnitude (Mw) Of earthquake expected depending on the rapture of fault zone in the Marmara Sea will be vary between 7.2 to 7.7. In this study, the magnitude of design earthquake is taken 7.5 for liquefaction analysis. The maximum ground acceleration values necessary for the analyses were found by using the equation developed for strike-slip faults. «max = h + b2 (Mw -6) + b3 {Mw - 6)2 + b5 lnr + bv ln(v, / va ) (2) The S wave velocity (Vs) required for the equation was derived from N values by using average of equations blow; Vs = 76N0'33 (3) Vs = 84N0'31 (4) In conclusion, the valleys of Istanbul, except Çamaşırcı, having alluvial deposits are at the risk of liquefaction from the point of ground water conditions, grain size distributions, and stiffness. The North Anatolian Fault Zone in the Marmara Sea and its anticipated magnitude is a big potential to create dynamic conditions for liquefaction. Within the light of findings obtained from our studies, investigated valleys should not be allowed to dense population. On the other hand geo-technical investigations must include data based and detailed liquefaction and loss of bearing capacity analyses prior to civil engineering applications. New construction should comply with the earthquake and special earth conditions. The grounds of existing buildings and their earthquake safety conditions should be examined. XV