makale - jeofİzİk · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r das, 1993)ve...

12
JEOFİZİK BÜLTENİ www.jeofizik.org.tr 65 S�SMK YÖNTEM LE ZEMN TAIMA KAPASTESVE OTURMASININ SAPTANMASI Prof. Dr. Ali KEÇELÖzet Zemin tama kapasitesi hesaplamalarnda, temelin taban seviyesi üzerindeki hafriyatyaplan arln yerine ilave edeer bir yük konduunda, yerine koyma ilevi hesaplamalarbasitletirir ve hata küçük ve emniyetli tarafta olur. Bu görünoktasndan hareket ederek, zeminlerin sismik kayma dalga empedans(direnci) ile yer basncifade edilerek zeminlerin s�n�r tama kapasitesi tanmlanm�tr. Emniyetli tama kapasitesi elde edebilmek için zeminlerin özelliklerine ba�lgüvenlik faktörü deerleri ile hz oran>Vp/Vs@ deerlerinin benzerliinden yararlanarak >Vp/Vs@ hz oran�n�n güvenlik faktörü olarak kullanlabilecei gösterilmitir. Bu balamda, sismik kayma dalgash�z�na ba�lyounluk tan�m� yaplmve bu çalmadaki saysal deerlendirmelerde kullanlm�tr. Müsaade edilebilir tama kapasitesinin, standart penetration test (SPT (N))’tekine benzer olarak temel ekil faktörüne ba�ltanmlanabilecei gösterilmitir. Ayrca, zeminlerin yatak katsaylarve elastik oturma miktarlar�n�n Boussinesq denklemine göre basnç da�l�m�n�n aktif derinliine ba�lolarak saptanabilecei gösterilmitir. Zemin mekaniinden elde edilen yük-oturma erisi ile sismik hzlardan elde edilen yük-oturma erisi benzer de�iim gösterdii görülmütür. Zemin etütlerinde, sismik yöntem, yapsal jeolojiyi ve dier özelliklerini aydnlatmak için kullan�l�rken, bu yöntem ile güvenilir zemin emniyetli tama kapasitesi, yatak katsay�s� ve oturma deerleri hakknda daha çabuk ve ucuz olarak güvenilir ön bilgi elde etmek mümkün olmaktadr. Anahtar kelimeler: Tama kapasitesi, younluk, yatak katsay�s�, yük-oturma, sismik DETERMNATION OF BEARING CAPACITY AND SETTLEMENT BY MEANS OF SEISMIC METHOD Prof. Dr. Ali KEÇELAbstract In computation of bearing capacity, if the weight of the soil above level of the foundation is replaced by an equivalent load, this substitution simplifies the computations and the error involved is small and the safe side. Starting from this point of view, an ultimate bearing capacity has been defined by expressing the earth pressure with the seismic shear wave impedance. In order to obtain a safe bearing capacity, it has been shown that velocity ratio >Vp/Vs@ can be used as a safety factor due to the similarity of their values depending on the earth properties. Thus, a density relation depending on the seismic shear wave has been defined and it was used for the numerical evaluations in this study. It was shown that the allowable bearing capacity could be expressed depending on the foundation shape factor as used in the Standart Penetration Test (SPT(N)). It has also been shown that amounts of the subgrade reaction and the elastic settlement can be determined by means of Boussinesq’s equation. It was observed that the load-settlement curve obtained by the seismic method indicates similar variation to that obtained by the soil mechanics. In soil and rocks studies, while the seismic method is used to elucidate the structral geology and its other properties, it is also possible to obtain a reliable reconnaissance knowledge about the safety bearing capacity, subgrade reaction and settlement values quickly and low cost by this method. Key words: Bearing capacity, density, subgrade reaction, load-settlement, seismic method. GiriZeminlerin sismik hz, özdirenç, kütle çekimi vb. gibi yaln fiziksel özelliklerinin, katmanlarn yer altkonumlar�n�n ve elastik parametrelerinin saysal olarak belirlenmiolmasmühendislik projelerinin tasarmlarnda yeterli olmamaktadr. Örnein; sismik h�z�n ve elastik parametre deerinin mühendislik projesinin temelini oluturacak bir zemin için ne ifade ettiinin, i�levinin ve öneminin proje mühendisi dilinde ifade edilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, son yllarda, zeminlerin anlan yaln fiziksel özellikleri yannda zeminlerin mühendislik özelliklerinden olan Litolojik, Fiziksel ve Elastik (mekanik) özelliklerinin aydnlatlmasna yönelik jeoteknik ve jeofizik inceleme ve uygulamalarn artmakta olduu görülmektedir. Ayrca, pratikte çok önemli olan, zemin özelliklerinin indeks deerlerinin de ifade edilmesi gerekmektedir. Ancak, jeofizik mühendislii uygulamalarzemin indeks özelliklerinin elde edilmesine henüz ulaamam�tr. Söz konusu çalmalar genellikle deneysel uygulamalardr. Bunlardan ba�lcalarunlardr: Hardin ve dierleri (1972) sismik kayma modülü ve konsolidasyon oran, Imai ve dierleri (1976) kayma dalga h�z� ve standart penetrasyon (STP) vurusay�s� (N), Stuempel ve dierleri (1984), Phillips ve dierleri (1989) sismik hz ile basnç etkisi, gözenek ve kil içerii, Othman (2005) sismik hzlarla kayaç kalitesi, yatak katsay�s� arasnda deneysel bantlar gelitirmilerdir. Bir mühendislik yap�s�n�n zeminle ilgili tasar�m�nda önde gelen ana faktörlerden biri zeminin tama kapasitesi, dieri ani veya elastik ve zamanla zemin oturmasdolay�s�yla yatak katsay�s�d�r. Zemine yük konsun veya konmasn zeminin zamanla oturmas, yani konsolidasyon oturmasoluur. Konsolidasyon oturmaslaboratuar deneyleriyle saptanabilmektedir. Ani oturma deerini saptamak için dorudan bir laboratuar teknii henüz yoktur. Zemin deformasyonlar�n�n incelenmesinde kayma direnci veya makaslanma direnci ve elastisite modülü çok önemlidir. Zeminin jeolojik yap�s� karmak olmasndan dolay, zemin mekanii ilkelerine göre, gerçee uygun deformasyon analizleri yapmak oldukça zordur. Bu nedenle yaklak olmasna ramen ani oturmalar için genellikle elastisite teorisi kullanlmakta ve makul sonuçlar elde edilmektedir (Uzuner, 1992). Makale

Upload: others

Post on 05-Nov-2019

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

JEOFİZİK BÜLTENİwww.jeofizik.org.tr65

S�SM�K YÖNTEM �LE ZEM�N TA�IMA KAPAS�TES� VE OTURMASININ SAPTANMASI

Prof. Dr. Ali KEÇEL�

Özet

Zemin ta��ma kapasitesi hesaplamalar�nda, temelin taban seviyesi üzerindeki hafriyat� yap�lan a��rl���n yerine ilave e�de�er biryük kondu�unda, yerine koyma i�levi hesaplamalar� basitle�tirir ve hata küçük ve emniyetli tarafta olur. Bu görü� noktas�ndanhareket ederek, zeminlerin sismik kayma dalga empedans� (direnci) ile yer bas�nc� ifade edilerek zeminlerin s�n�r ta��makapasitesi tan�mlanm��t�r. Emniyetli ta��ma kapasitesi elde edebilmek için zeminlerin özelliklerine ba�l� güvenlik faktörüde�erleri ile h�z oran� Vp/Vs de�erlerinin benzerli�inden yararlanarak Vp/Vs h�z oran�n�n güvenlik faktörü olarakkullan�labilece�i gösterilmi�tir. Bu ba�lamda, sismik kayma dalgas� h�z�na ba�l� yo�unluk tan�m� yap�lm�� ve bu çal��madakisay�sal de�erlendirmelerde kullan�lm��t�r. Müsaade edilebilir ta��ma kapasitesinin, standart penetration test (SPT (N))’tekinebenzer olarak temel �ekil faktörüne ba�l� tan�mlanabilece�i gösterilmi�tir. Ayr�ca, zeminlerin yatak katsay�lar� ve elastikoturma miktarlar�n�n Boussinesq denklemine göre bas�nç da��l�m�n�n aktif derinli�ine ba�l� olarak saptanabilece�igösterilmi�tir. Zemin mekani�inden elde edilen yük-oturma e�risi ile sismik h�zlardan elde edilen yük-oturma e�risi benzerde�i�im gösterdi�i görülmü�tür. Zemin etütlerinde, sismik yöntem, yap�sal jeolojiyi ve di�er özelliklerini ayd�nlatmak içinkullan�l�rken, bu yöntem ile güvenilir zemin emniyetli ta��ma kapasitesi, yatak katsay�s� ve oturma de�erleri hakk�nda dahaçabuk ve ucuz olarak güvenilir ön bilgi elde etmek mümkün olmaktad�r.

Anahtar kelimeler: Ta��ma kapasitesi, yo�unluk, yatak katsay�s�, yük-oturma, sismik

DETERM�NATION OF BEARING CAPACITY AND SETTLEMENT BY MEANS OF SEISMIC METHOD

Prof. Dr. Ali KEÇEL�

Abstract

In computation of bearing capacity, if the weight of the soil above level of the foundation is replaced by an equivalent load,this substitution simplifies the computations and the error involved is small and the safe side. Starting from this point of view,an ultimate bearing capacity has been defined by expressing the earth pressure with the seismic shear wave impedance. Inorder to obtain a safe bearing capacity, it has been shown that velocity ratio Vp/Vs can be used as a safety factor due to thesimilarity of their values depending on the earth properties. Thus, a density relation depending on the seismic shear wave hasbeen defined and it was used for the numerical evaluations in this study. It was shown that the allowable bearing capacitycould be expressed depending on the foundation shape factor as used in the Standart Penetration Test (SPT(N)). It has alsobeen shown that amounts of the subgrade reaction and the elastic settlement can be determined by means of Boussinesq’sequation. It was observed that the load-settlement curve obtained by the seismic method indicates similar variation to thatobtained by the soil mechanics. In soil and rocks studies, while the seismic method is used to elucidate the structral geologyand its other properties, it is also possible to obtain a reliable reconnaissance knowledge about the safety bearing capacity,subgrade reaction and settlement values quickly and low cost by this method.

Key words: Bearing capacity, density, subgrade reaction, load-settlement, seismic method.

Giri�Zeminlerin sismik h�z, özdirenç, kütle çekimi vb. gibi yal�n fiziksel özelliklerinin, katmanlar�n yer alt� konumlar�n�n ve elastikparametrelerinin say�sal olarak belirlenmi� olmas� mühendislik projelerinin tasar�mlar�nda yeterli olmamaktad�r. Örne�in;sismik h�z�n ve elastik parametre de�erinin mühendislik projesinin temelini olu�turacak bir zemin için ne ifade etti�inin,i�levinin ve öneminin proje mühendisi dilinde ifade edilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, son y�llarda, zeminlerin an�lan yal�nfiziksel özellikleri yan�nda zeminlerin mühendislik özelliklerinden olan Litolojik, Fiziksel ve Elastik (mekanik) özelliklerininayd�nlat�lmas�na yönelik jeoteknik ve jeofizik inceleme ve uygulamalar�n artmakta oldu�u görülmektedir. Ayr�ca, pratikte çokönemli olan, zemin özelliklerinin indeks de�erlerinin de ifade edilmesi gerekmektedir. Ancak, jeofizik mühendisli�iuygulamalar� zemin indeks özelliklerinin elde edilmesine henüz ula�amam��t�r.

Söz konusu çal��malar genellikle deneysel uygulamalard�r. Bunlardan ba�l�calar� �unlard�r: Hardin ve di�erleri (1972) sismikkayma modülü ve konsolidasyon oran�, Imai ve di�erleri (1976) kayma dalga h�z� ve standart penetrasyon (STP) vuru� say�s�(N), Stuempel ve di�erleri (1984), Phillips ve di�erleri (1989) sismik h�z ile bas�nç etkisi, gözenek ve kil içeri�i, Othman(2005) sismik h�zlarla kayaç kalitesi, yatak katsay�s� aras�nda deneysel ba��nt�lar geli�tirmi�lerdir.

Bir mühendislik yap�s�n�n zeminle ilgili tasar�m�nda önde gelen ana faktörlerden biri zeminin ta��ma kapasitesi, di�eri ani veyaelastik ve zamanla zemin oturmas� dolay�s�yla yatak katsay�s�d�r. Zemine yük konsun veya konmas�n zeminin zamanlaoturmas�, yani konsolidasyon oturmas� olu�ur. Konsolidasyon oturmas� laboratuar deneyleriyle saptanabilmektedir. Ani oturmade�erini saptamak için do�rudan bir laboratuar tekni�i henüz yoktur. Zemin deformasyonlar�n�n incelenmesinde kayma direnciveya makaslanma direnci ve elastisite modülü çok önemlidir. Zeminin jeolojik yap�s� karma��k olmas�ndan dolay�, zeminmekani�i ilkelerine göre, gerçe�e uygun deformasyon analizleri yapmak oldukça zordur. Bu nedenle yakla��k olmas�na ra�menani oturmalar için genellikle elastisite teorisi kullan�lmakta ve makul sonuçlar elde edilmektedir (Uzuner, 1992).

Makale

Page 2: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

www.jeofizik.org.trHaziran 201066

Türker 1988, 2004 doktora tezinde bu yay�n� haz�rlayan Keçeli’nin önerdi�i ve yürüttü�ü “zemin ta��ma kapasitesinin sismikyöntemle saptanmas�” konusunu zemin hakim periyoduna ba�l� olarak elde etmeye çal��m��t�r. Ta��ma kapasitesi katmankal�nl���na ba�l� olmayan bir özelliktir. (Keçeli, 1990 ve 2000) taraf�ndan sismik yöntemle zeminlerin ta��ma kapasitelerinin,müsaade edilebilir ta��ma kapasitelerinin ve ani oturmalar�n�n elde edilebilece�i kuramsal bir yakla��mla gösterilmi�tir.Tezcan, (2006,2009), Keçeli 2000 nin geli�tirdi�i kuramsal ba��nt�lar� baz alarak kayma dalga h�z� ve ta��ma kapasitesiaras�nda daha ziyade kaya zeminlerin birim a��rl�k tan�m�n� içeren deneysel bir ba��nt� önermi�tir.Bu yay�nda, Keçeli (1990 ve 2000) yay�nlar�nda de�inilen ta��ma gücü ve onun sebep olabilece�i deformasyon veya zeminoturmas�, dolay�s�yla yatak katsay�s� ile sismik empedans aras�ndaki kuramsal ba��nt�lar ve zemin mekani�indeki yük-oturmae�risine benzer e�rinin elde edili�i ara�t�r�lm��t�r.

Ta��ma Kapasitesinin Saptanmas�Zeminin bir noktas�na bir bas�nç veya bir yük uyguland���nda zemin yüzeyinde deformasyon yani oturma olu�ur. Birimalandaki ortalama yük ile oturma aras�ndaki ili�ki, zemin özelli�ine ba�l� olarak, �ekil- 1. deki yük-oturma e�risi ile ifadeedilir. Yük miktar� artt�kça oturma miktar� da artar. Ancak, s�n�r veya son ta��ma kapasitesine var�ld�ktan sonra oturma miktar�h�zla artar ve göçme durumuna ula��l�r. Zeminin birim alan�n�n göçme olmadan ta��yabilece�i yük de�erine s�n�r ta��makapasitesi, qs�n�r, denir.

�ekil – 1 Zeminin birim alan� için yük-oturma e�risi, (Terzaghi, 1967) den adapte edilmi�tir.

(Terzaghi, 1967 ve s.:218), Zemin Mekani�i ta��ma kapasitesi hesaplamalar�nda, �ekil 2. deki gibi, temelin taban seviyesiüzerindeki hafriyat� yap�lan topra��n a��rl���, qdf , yerine ilave bir e�de�er bas�nç veya yük kondu�unda yerine koyma i�levininhesaplamalar� basitle�tirdi�ini, hatan�n küçük ve emniyetli tarafta oldu�unu ifade etmi�tir. Terzaghi e�de�er zeminin bas�nçyükünü

qdf = df (1) �eklinde tan�mlam��t�r.

�ekil-2. Temel hafriyat� derinli�i, df ,ve hafriyat�n noktasal dü�ey bas�nc�, qdf.

Burada (= .g) kN/m3 zeminin birim a��rl���d�r, : Kg/m3 yo�unluk, g (=9,807 m/s2 veya 10 m/s2) yerçekim ivmesi ve df :temel derinli�idir. Hafriyat a��rl��� yerine e�de�er yük konmas�yla zeminde herhangi bir deformasyon olu�mayaca��ndan qdfyükü emin tarafta olan zeminin s�n�r ta��ma kapasitesi, qs�n�r, olarak kabul edilebilir. Yani;qs�n�r = qdf = g df (2) olarak ifade edebilir.

Zeminlerin depremde gösterece�i maksimum yer ivmesi ve s�v�la�ma potansiyelleri aras�ndaki ili�ki analizlerinden biri debirim alanl� ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap�lmas�d�r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak �ekil 3. degörüldü�ü üzere, s�n�r ta��ma bas�nc�, qs�n�r, yerine temel zemininki ile ayn� birim a��rl�kl�, , h derinlikli bir zemin sütunu,qs�n�r, veya e�de�er a��rl�kl� zemin kolonu bas�nc� a�a��daki gibi

qh= h =g h (3) yaz�labilir.

Makale Makale

Page 3: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

JEOFİZİK BÜLTENİwww.jeofizik.org.tr67

�eki- 3. Birim alan kesitli, h derinlikli zemin sütunu

Dü�ey olarak sismik dalga yay�l�m� esnas�nda, h derinli�i, sismik h�z V, ve sabit bir zaman T, cinsinden qh ba��nt�s� a�a��dakigibi ifade edilebilir.

qh = V T (4)

Mühendislik yap�s�n� ta��yan zemin genellikle kayma veya makaslanma direncinin yenilmesiyle deformasyona u�rad���ndan,zeminin qs�n�r ta��ma gücünün kayma dalgas� h�z�, VS, ili�kisinden elde edilmesi gerekir. Dolay�s�yla, qs�n�r ta��ma gücü ba��nt�s�

qs�n�r = g VS T (5) �eklinde yaz�labilir.

(5) denkleminde T zaman� d���ndaki terimler her hangi bir kayac�n özelli�ini tan�mlayan sabit de�erlerdir. Bu nedenle, Tzaman�n�n da tüm kayaçlar için sabit de�erinin saptanmas� gerekir. T zaman miktar�n�n sabit de�eri kayaçlar�n emin ta��ma gücünün literatürdeki en küçük ve en büyük de�erlerine ba�lang�ç veson de�er prensibine göre kalibrasyonu yap�larak, Keçeli (2000) de de belirtildi�i üzere, a�a��daki gibi elde edilebilir:

Zemin mekani�inde yük konan zeminde oturma ve göçme olmamas� için emin ta��ma kapasitesi, qe, elde etme i�levinde s�n�rta��ma kapasitesi bir güvenlik katsay�s�na (FS) bölünür.

s�n�re

S

qqF

(6)

(FS) emniyet faktörü yap�n�n önemine ve özellikle zeminden zemine ba�l� olarak en sa�lam zeminden en gev�ek zemine göres�ras�yla FS=1.5 - 5 aras�nda de�i�mektedir (Venkatramaiah, 1993). Çinicio�lu (2005) yüksek güvenlik gerektiren statik ta��magücü analizlerinde FS =3 ve sismik ta��ma gücü analizlerinde FS = 5 aras�nda veya daha yüksek olarak kullan�ld���n�belirtmektedir.

Building Code’larda ve yay�nlanm�� tablolarda en sert ve masif genç kayalar�n kabul edilebilir veya müsaade edilebilir ta��makapasitesi 10 MPa olarak verilir Bowles (1984), Wyllie (1992). Bu durumda, s�n�r ta��ma kapasitesi üst s�n�r olarak yakla��k 15MPa veya 150 kg/cm2 olarak ifade edilebilir. Yani;

qs�n�r = g VS T

= 1000 x 10(m/s2 ) x (kg/m3) x Vs (m/s) x T(s)

=15000 (kkg/ms2)=kN/m2=(kPa) = 15MPa (7)

yaz�labilir. Kayaçlar için en yüksek s�k��ma dalga h�z� Vp ve kayma dalga h�z� Vs , yakla��k olarak s�ras�yla 6000 m/s; ve4000 m/s , birim a��rl��� da 35 kN/m3 civar�nda olarak kabul edilebilir. Bu de�erler (7) e�itli�inde yerine konursa,

qs�n�r= 1.5 qemniyetli =35x4000xT = 15 (Mpa) (8)

qs�n�r= 35 (kN/m3).4000 (m/s ). T = 15000 (kPa) (9)

(9) e�itli�inin say�sal sadele�tirilmesinden, T zaman miktar� T = 0.1 saniye olarak elde edilir. O zaman, T = 0.1 saniye ve g =10 m/s2 say�sal de�erleri (7) e�itli�inde yerine konursa s�n�r ta��ma kapasitesi

qs�n�r== g VS T == 10. VS .0.1 = Vs (kPa) (10)

Makale Makale

Page 4: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

www.jeofizik.org.trHaziran 201068

elde edilir. Burada, bilindi�i gibi, ZS= VS enine dalga h�z� sismik empedans�d�r. Empedans�n birimi (kg/m2s) olup dalgahareketi bas�nc�n h�za oran�, (Nm�3s), olarak da tan�mlan�r. (10) ifadesi nitelik bak�m�ndan ta��ma kapasitesi, nicelik ve formalbak�mdan enine dalga sismik empedans�d�r.(10) ifadesinden emniyetli zemin ta��ma kapasitesi

sVqeSF

(kPa) (11) olarak yaz�labilir. Veya

s n r s1q V

100� � (kg/cm2 ) (12)

sV1q100e

SF (kg/cm2) (13)

olarak yaz�labilir. Kayma dalgas� sismik empedans� ile kayma dalgas� h�z� aras�nda �ekil 3a. de görüldü�ü gibi do�rusal(lineer) bir ili�ki vard�r. �üphesiz ki, en yüksek sismik dirence sahip sert s�k� masif genç kayaç deformasyonu en küçükdeformasyona sahip kayac� tan�mlar. Sismik h�z�n ve yo�unlu�un en küçük de�erinde ise; gev�ek alüvyon zeminler en büyükdeformasyonu tan�mlar. Yani, herhangi bir kayaç için söz konusu en yüksek sismik direnç a��ld���nda kayaç deformasyonuba�lar, �ekil 3b. Söz konusu sismik dirence ba�l� deformasyon miktar� ile zemin mekani�inde bas�nca ba�l� deformasyonmiktar� e�de�er olur. Söz konusu deformasyon olu�umunun say�sal de�erlendirilmesi a�a��daki bölümlerde gösterilmektedir.

( a ) (b )

�ekil-4 a- Kayma dalgas� h�z� ile sismik kayma empedans� veya direncinin de�i�imini, 4 b- kayaçlar�n sismik kayma direnci ile oturma miktarlar�n�n de�i�imini göstermektedir.

�ekil- 2. deki gibi temelin taban seviyesi üzerindeki hafriyat� yap�lan topra��n a��rl���, qdf , dikkate al�nmas� gerekti�inde qe

fS

fs��n�e d

Fdq

q (14) �eklinde ifade edilir.

Vp/Vs Oran�n�n Güvenlik Faktörü Olarak Kullan�lmas�Elastik özelliklerden Poisson oran� in�aat yap� malzemelerinin gözeneklilik oran�n� ve gözenek içindeki s�v� doygunlu�unuyans�tan ve yayg�n olarak beton incelemelerinde kullan�lan bir elastisite modülüdür. Poisson oran�n�n de�erleri (0-0.5) gibioldukça dar bir aral�kta de�i�ir. Poisson oran� Vp/Vs = (0.5- )/(1- ) 1/2 sismik h�z oran�yla daha geni� olan 1-8 aral��� aras�ndakontrol edildi�inden Vp/Vs oran� a�a��da sözü edilen zemin özelliklerini çe�itli amaçlar için saptanmas�nda kullan�lan önemlibir faktör olmu�tur.S�k��ma dalga h�z�, VP, yeralt� gözenek s�v�s�na doygunlu�una ve kayma dalga h�z�, VS, yeralt�n�n kat�l���na ve s�k�l���na duyarl�olmas� sebebiyle VP/VS oran� son y�llarda deprem, yer kabu�u, zemin s�v�la�mas�nda ön bilgi, zemin büyütmesi, hidrokarbonrezervuarlar�n�n ve akiferlerin incelemelerinde laboratuar ve arazi uygulamalar�yla kullan�lan önemli bir faktör olmu�tur. Sözkonusu uygulamalardan baz�lar� �unlard�r: Tatham (1982) Vp/Vs oran�n�n yer alt� suyu doygunlu�una ve k�r�kl�l���naduyarl�l���n�, Prakla-seismos (1986) katmanlar�n Vp/Vs oranlar�n� ve hidrokarbon rezervuarlar�n�n de�erlendirilmesindekullan�labilece�ini ilk gösterenlerdir. Wang (2001) Vp/Vs oran�n litolojik gösterge olarak kullan�laca��n� ve direk rezervuarsaptamalar�nda da ba�ar�yla kullan�labilece�ini belirtmektedir. Daha sonralar� Ishihara K. ve di�erleri (2004) deneysel s�v�la�maincelemelerinde gözenek bas�nc� katsay�s� ile VP /VS oran� aras�ndaki ili�kinin deprem an�ndaki gibi oldu�unu, Hamada (2004)Vp/Vs oran� kullanarak rezervuar incelemelerinin ba�ar�yla yap�labilece�ini, Carvalho ve di�erleri (2008) olas� bir depremdelokal etkilerini mikrobölgelemede zemin davran��� büyütmesinin belirlenmesinde ve s�n�flamas�nda VP/VS oranlar�n�n önemli birparametre oldu�u uygulama örnekleri ile göstermi�tir. Bu konularda di�er ba�l�ca çal��malar Fu ve di�erleri (2006, Moreno vedi�erleri (2003), Hicks (2006) olarak belirtilebilir.

Makale Makale

Page 5: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

JEOFİZİK BÜLTENİwww.jeofizik.org.tr69

Sismik s�k��ma dalga h�z�n�n, Vp , kayma dalgas� h�z�na,Vs, oran�, (Vp/VS), da yeralt�suyuna doygun olmayan çok s�k�, sertortamlarda 1.5 ile yeralt�suyuna doygun gev�ek ortamlarda genelde 8 aras�nda de�i�mektedir. Güvenlik say�s�, FS , ve (Vp/VS)oran� aras�ndaki zemin türüne ba�l� benzerlik tablo 1. de görülmektedir.

Zemin türü ( Vp / Vs )Güvenliksay�s�(FS)

Kaya ortamlarda 1.45 - 2 1.5Çok s�k� sert ortamlarda 1.5 – 2 1.5-2S�k� kat� ortamlarda 2 – 3 2Orta s�k� bozu�mu� ortamlarda 3 - 4 3Gev�ek yumu�ak ortamlarda 4 - 6 3-4

Gev�ek yer alt� suyuna doygun 5 - 8 4-5Tablo-1. Zemin türüne göre VP/VS ve (FS) de�i�imi.

Tablo-1’ de Vp /Vs FS veya Vp /Vs 1.5 FS oldu�u görülmektedir. Tablo 1. deki güvenlik say�s� de�erleri ile Vp /Vs h�zoran� de�erlerinin benzerli�inden yararlanarak güvenlik faktörü yakla��k olarak sismik h�z oran� cinsinden

PS

S

VFV

(15)

�eklinde ifade edilebilir. Buradan emniyetli zemin ta��ma kapasitesi, qe , sismik yöntemde (13-14) e�itli�inden a�a��daki gibiifade edilebilir:

p

se V

Vq2

(kPa) (16)

p

se V

Vq2

1001

(kg/cm2) (17)

Bu durumda, G= VS2 kayma modülü tan�m� ile, 16 e�itli�i

kPavelocityvavenalcompressio

ülshearndeformasyoBoyuna

nudeformasyoMakaslanmaVG

VVq

Pp

se

mod

2

(18)

�eklinde ifade edilebilir. Bu ifade ile sismik h�zlardan elde edilen emniyetli ta��ma kapasitesi ifadesinin zemindeki bir yükünsebep olaca�� bilinen deformasyon türlerini içerdi�i görülmektedir.Vp / Vs oran� yer alt� suyu içeren gözenekli gev�ek zeminlerde oran� artar. Çünkü, zeminin yer alt� suyu doygunlu�u artt�kça,VS den ziyade, a�a��da yo�unluk bölümünde aç�kland��� gibi, VP h�z� önemli miktarda etkilenir. Bu nedenle, Vp / Vs oran�güvenlik faktörü olarak kullan�lmas� halinde zemin mekani�inde oldu�u gibi suya doygun zeminlerdeki emniyetli ta��ma gücüde�erinde herhangi bir indirgeme faktörü kullanmaya gerek kalmamaktad�r. Dolay�s� ile, (Vp / Vs ) oran� güvenlik say�s�nae�de�er olarak kullan�lmas� halinde ki�isel tercihe ba�l� olmad���ndan daha sa�l�kl� olmaktad�r. Nitekim Pi�en S. ve Pek�enE.(2009) fakl� yöntemlerden elde edilen emniyetli ta��ma kapasitesi de�erlerinin kar��la�t�r�lmas�nda “Kullan�lan güvenliksay�lar�n�n zeminlerin heterojen oldu�unu bildi�imiz halde her tür zemin için 3 kullan�lmas� yerine, FS= Vp/Vs oran�ndan eldeedilerek kullan�lmas�n�n ilgili zemin için daha do�ru de�erler verebilece�i sonucuna var�lm��t�r.”denilmektedir.

Tezcan (2006 ve 2009) sadece taneli zeminler için emniyet faktörünü 4 sabit de�erinde kabullenip onun tersi 0.25 ile kaymadalgas� empedans�n�n çarp�m�ndan olu�an fakat deformasyon türlerinden olan kayma modülü ve dü�ey deformasyonuiçermeyen q = 0.25 PVS �eklinde deneysel bir ba��nt� önermi�tir. Burada, P = boyuna dalga h�z�na ba�l� birim a��rl�k (kN/m3).

VP /VS oran�n kullan�lmas�n�n di�er bir yarar�, Vs h�z�n�n elde edilmesinin titizlik gerektirmesinden kaynaklanmaktad�r.Bilindi�i gibi elde edilen verinin sa�l�kl� olmas� birinci derecede önem ta��r. Polaritesi kontrol edilmemi� sadece Vs ölçülmü�olsa Vs ölçülerine Vp dalgas�n�n kar���p kar��mad���n�n fark�na var�lamaz. Bu nedenle sadece Vs h�z�n� kullanarak i�lemyapmak hatal� sonuç verebilir. VP /VS oran de�eri Tablo 1’ deki zemin türüne uygun olup olmad���n�n kontrolünü sa�lar.

Makale Makale

Page 6: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

www.jeofizik.org.trHaziran 201070

Yo�unluk tan�m�

Kayaçlar�n yo�unluklar�n�n sismik h�zlardan elde edilmesinde kaya zeminlerde (Telford et al., 1976) Vp h�z� ile kaya zeminleriçin yo�unluklar� aras�nda deneysel ili�kiyi a�a��daki gibi vermi�tir.

= 1.6 + 0.2 (VP (km/s)) (19)Lankston (1990) Vp h�z� ile taneli zeminler için yo�unluklar� aras�nda deneysel ili�kiyi a�a��daki gibi vermi�tir.

= 0.31 (Vp0.25 (m/s)) (20)

Tezcan (2006 ve 2009) Vp h�z� ile taneli zeminler için birim a��rl�klar�, , aras�nda deneysel ili�kiyi a�a��daki gibi vermi� = 0+ 0.002 (VP (m/s)) (21)

ve (21) da zeminler için 0 =16 (gev�ek kum, kil ve silt), 0 = 17 (s�k� kum ve çak�l), 0 = 18 kN/m3 (çamurta�� kireçta��), 0 =20 kN/m3 (k�r�kl� kumta�� ve tüf), 0 =24 kN/m3 (sert kaya) için tan�mlam��t�r.

Halbuki; gev�ek taneli zeminlerin birim a��rl�klar� 0=12 kN/m3 na kadar de�i�ebildi�inden (21) tan�m� tüm zeminyo�unluklar�n� temsil etmemektedir. Ayr�ca, suya doygun taneli zeminlerde VP =500 m/s iken yer alt� suyu VP=1500 m/setkisiyle suya doygun ayn� taneli zeminlerde VP =1300 m/s daha yüksek olabilmektedir. Bu bak�mdan taneli gev�ekzeminlerde VP h�z�ndan yo�unluk saptamak sa�l�kl� olmamaktad�r. A��r� k�r�kl� ve gözenekli olmayan kaya ortamlarda yer alt�suyu miktar� kat� k�sm�na oranla çok az olaca��ndan VP h�z�n� fazla etkilememektedir. Bu tür kaya ortamlarda VP h�z�ndanyo�unluk saptamas� yan�lt�c� olmaz. Bu nedenle, VS kayma dalgas� h�z� suya duyars�z oldu�undan ve sadece kat� ortam�n h�z�n�yans�tt���ndan taneli zeminlerin yo�unluklar�n�n saptanmas�nda VS h�z�n�n kullan�lmas� daha uygun olmaktad�r. Ayr�ca, buradata��ma kapasitesi saptamas�nda VS h�z� esas al�nd���ndan zemin yo�unlu�unun VS h�z�ndan saptanmas� gerekmektedir.

Sismik yöntemle ta��ma gücü elde edilmesinin di�er önemli yan� ölçü ve hesaplamalarda ki�isel tercihlerin ortadankalkmas�d�r. Bu nedenle, numune ko�ullar�na ba�l� olmamas�, ayn� zamanda yo�unlu�un yukar�da kalibrasyon için kullan�lande�erlerden elde edilmesi ve ön görülen kalibrasyon i�levine uygun olmas� gerekmektedir.

Lankston (1990) n�n taneli zeminler için yapt��� yo�unluk tan�m�na paralel olarak

SaV (22)

genel tan�mlamas� yap�l�rsa, burada =0.25 olup

0.25 0.25

3.5 0.444000S

aV

(23)

ifadesinin say�sal sadele�tirmesi yap�larak elde edilen a�a��daki yo�unluk tan�m�n�n kullan�lmas� daha uygun olmaktad�r.

= 0.44 VS0.25 (24)

burada yo�unluk de�eri gr/cm3 ve VS m/s birimi ile ifade edilmektedir.

Müsaade Edilebilir Ta��ma Kapasitesinin Saptanmas�(10-11 veya 14) ba��nt�lar� ile tan�mlanan emniyetli ta��ma kapasitesi birim alanda noktasal bir ta��ma kapasitesi olup temel�ekil faktörü ile birlikte de�erlendirildi�inde ancak bir mühendislik yap�s� için müsaade edilebilir ta��ma kapasitesi, qa,anlam�n� ta��r. Bu sonuca göre, �erit temel ba��nt�lar�yla SPT (N) say�s� ili�kilendirilmesinden müsaade edilebilir ta��makapasitesinin, qaN, elde edilmesinde oldu�u gibi keçeli 2000 de (10-11) ba��nt�lar�n� �erit temel �ekil faktörleri ileili�kilendirerek müsaade edilebilir ta��ma kapasitesinin elde edilebilece�ini göstermi�tir.

Örne�in df temel derinli�i, B temel geni�li�i olmak üzere temel �ekil faktörüne ba�l� olarak Meyerhof SPT müsaade edilebilirta��ma kapasitesi, qaN, deneysel tan�m�n� Bowles (1984) a�a��daki gibi vermi�tir.qaN= 12N kd B 1.22 (25)qaN= 8N((B+0.305)/B)2 kd B 1.22 (26)

Literatürde yukar�daki ko�ullarda kd=1+0.33(df / B) 1.33 olmas� önerilir. (25) e�itli�inde N yerine qe konursa, sismikyöntemde de temel �ekil faktörüne ba�l� müsaade edilebilir ta��ma kapasitesi, qas, benzer �ekilde a�a��daki gibi ifade edilebilir.Bowles ifadesi, T/m2 biriminde olan SPT (N) vuru� say�s� (10N) kPa birimine dönü�türerek ifade edilirseqas= 1.2 qs kd (kPa) (27)qas 0.12 qs kd (kg/cm2) (28)

Burada, temel �ekil faktörlerine ba�l� olarak a�a��daki de�erler elde edilir.

B=1 metre için kd 1.33 ko�ulunda qas=1.5 qs (29)df = 0 yani yeryüzünde kd = 1 ko�ulunda qas=1.2 qsB=2 metre ve df = 0 için kd= 0.5 ko�ulunda qas= 0.6 qs

Makale Makale

Page 7: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

JEOFİZİK BÜLTENİwww.jeofizik.org.tr71

22

22 43

SP

SP

VVVVGE

Ara�t�rman�n ba�lang�c�nda dikkate al�nmayan temel �ekil faktörü bu �ekilde i�leme sokulabilir. Burada, SPT (N) yöntemindeoldu�u gibi, geli�tirilen bu teknikte de temelin zemine aktaraca�� müsaade edilebilir ta��ma kapasitesi (29) e�itli�inde yer alankd içindeki B temel geni�li�i büyüdükçe azalaca��, df temel derinli�i büyüdükçe artaca�� sonucu benzerdir.

Yatak Katsay�s�n�n ve Zemin Oturmas�n�n Elde EdilmesiZemine konan yükün sebep olabilece�i oturma miktar� yük miktar�na ve zemin özelli�ine ba�l� oldu�u kadar ayn� zamandayük geriliminin etki alan�n�n da��l�m �ekline de ba�l�d�r. Sismik yöntemde yük-oturma e�risinin de�i�im �ekli a�a��daaç�kland��� gibi elde edilebilmektedir.Elastik ortamlarda bas�nç sonucu olu�an elastik deformasyon miktar� Hook Kanununu

limBoyuna geri PEBoyuna deformasyon

(30)

ba��nt�s� ile tan�mlan�r. Burada E elastisite modülü,

(31)

P uygulanan gerilim ve deformasyon miktar�d�r. Jeoteknik mühendisli�inde zemine herhangi bir yük kondu�unda zemininelastik deformasyon karakteri analiz yöntemlerinden biri olan yatak katsay�s�, ks, ile belirli bir gerilme alt�nda zemindemeydana gelen oturma olarak tan�mlar. Elastik s�k��ma genelde ani oturma olarak adland�r�l�r, çabuk vuku bulur ve küçüktür.ks Hook kanunu tan�m�na benzer �ekilde a�a��daki gibi

qks (32)

ifade edilir. Burada oturmay� temsil etmektedir. Yatak katsay�s� hesaplama yöntemlerinden biri de e�de�er devre gibi yaysistemi kullanan hesap yöntemidir. Yatak katsay�s� uygulamas�nda oldukça iyi sonuç veren bir yöntem olarak bilinir. ksde�erini saptamak için do�rudan bir laboratuar tekni�i yoktur. Nihai oturma de�eri laboratuar yöntemleri ile numunelerüzerinde uygun bir konsolidasyon teorisine göre oturma hesaplar� yap�l�r ve yatak katsay�s� belirlenir. Yatak katsay�lar� toplamoturmay� bulmak için kullan�lmaz.

Sismik h�zlardan elastisite modülü kolayl�kla saptanabildi�inden yatak katsay�s� tan�m�n�n Hook kanunu ile benzerli�indenyararlanarak zemin elastik oturmas� saptay�p yatak katsay�s� için süratli ve kolay bir �ekilde ön bilgi edinmek a�a��daki gibisismik h�zlarla mümkün olabilmektedir.

(32) ifadesi zemine konan bir yap� yükü temel �ekil faktörünü �imdilik dikkate almadan dü�ey z derinli�i kadar bir zeminkal�nl���n�n dü�ey yöndeki oturma (deformasyon), z miktar� için Hook kanunu a�a��daki gibi ifade edilebilir.

sz

qz zE

(33)

(33) ifadesinde oturma miktar�na q ve E kadar z derinlik de�eri de etkili olmaktad�r. ( 33 ) ifadesindeki z derinli�i a�a��dakiBoussinesq denkleminden saptanabilir. Boussinesq denklemi genel olarak zemin içindeki gerilim da��l�m�n� zemin yüzeyindetahmin için kullan�l�r. Zemine konan mühendislik yap�s� yükünün birim alanda zemin içinde dü�ey do�rultuda olu�an dü�eygerilim da��l�m� Boussinesq denklemine göre zemin mekani�inde �ekil 5. - 6. deki gibi verilir, (Terzaghi, 1967) ve(Uzuner,1992).

�ekil 5. Zemine konan yükün zemin içinde dü�ey yönde bas�nç noktalar� (Terzaghi, 1967).

Makale Makale

Page 8: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

www.jeofizik.org.trHaziran 201072

�ekil 6. Birim alanda q yükünden dolay� dü�ey do�rultuda olu�an bas�nç so�an� ve dü�ey gerilme da��l�m� (Uzuner,1992).

5/2

2 2 2

3 12 1 ( / )z

q qp Ir z z z

(34)

Burada pz : birim alandaki q yükünün derinli�e ba�l� gerilim de�eri, ( I ) : dü�ey noktasal yük için etki faktörü olaraktan�mlan�r.r=0 için (34) ba��nt�s�

2

32z

qpz

(35)

olur. Buradan z derinli�i ( 35) ifadesinden a�a��daki gibi saptanabilir. Boussinesq denklemine göre zemine konan yüktendolay� gerilim da��l�m�n�n veya bas�nç so�an�nda yükün üçte bir de�erini ald��� derinlik de�eri (zemine konan yükündeformasyon etkinlik derinli�i) aktif derinlik olarak kabul edilmektedir. Ba�ka bir deyi�le, ancak aktif derinlik içinde oturmaolu�abilmektedir. Bu çal��mada, farkl� yükler ve farkl� özellikteki zeminlerin oturma miktarlar�n� saptamak durumundaoldu�umuzdan k�stas yük olarak birim yük ve birim yükün üçte bir de�erini kullanmak durumunday�z. Yani, pz=0.333 kPade�erini kullanmam�z uygun olmaktad�r. Ayr�ca, jeofizik mühendisli�i potansiyel alan da��l�m�nda kütle yer içinde, hesaplamakütle üstündeki yeryüzündedir, yani hesaplama yar�sonsuz ortamdad�r. Burada yük veya kütle yeryüzünde, etkide�erlendirmesi yer içindedir, yani üç boyutlu ortam içindedir. Bu sebeple, bu çal��mada I etki faktöründeki 2 yerine 4kullan�lmas� gerekmektedir. Bu durumda ön görülen ko�ullar alt�nda söz konusu aktif derinlik, (35 ) ifadesinden

2 34 0.333

s�n�rqz (36)

olarak elde edilir. z aktif derinli�e ba�l� oturma miktarlar� sismik h�zlardan saptanan yük yani empedans de�eri ve elastisitemodülü kullanarak zemin oturmas� ve yatak katsay�s� a�a��daki örnekteki gibi saptanabilir.

Sismik h�zlar� VP=400 m/s, VS=100 m/s olan ve bu h�zlardan zeminin yeryüzüne konan qs�n�r = 139 kPa yükünün olu�turaca��E elastisite modülü ve zemin deformasyonu geriliminde oturma, Hook kanununa göre;

s�n�rqE

=139

40773 =0.0034 (37)

olup burada deformasyonu birim uzunluk veya birim derinlik için deformasyondur. Zemine konan yük nedeniyledeformasyon yükün 0.333 de�erini ald��� aktif derinli�ine kadar etkin olaca�� için, bu deformasyonun etkin derinlik de�erininsaptanarak i�lem görmesi gerekir. Bunun için (36) ba��nt�s�ndan VP , VS h�zlar�ndan elde edilen yüke ba�l� etkin derinlik zz = 10 m (38)

olarak elde edilir. Zemine konan yükün etkin derinli�i z=10 m itibariyle toplam elastik oturma miktar�

s�n�rz

qz zE

=0.0034x10=0.034 m veya 3.4 cm (39)

olabilece�i elde edilir. Buradan yatak katsay�s�

Makale Makale

Page 9: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

JEOFİZİK BÜLTENİwww.jeofizik.org.tr73

139 40880.034

s�n�rs

z

qk kN/m3 (40)

elde edilir. Bowles deneysel ba��nt�s� kBowles ‘ na göre

kBowles = 40 x qs�n�r= 40 x 139= 5560 kN/m3 (41)

olarak elde edilir. Temel mühendisli�inde maksimum oturma toleranslar�, genel olarak, kil zeminlerde 2.5 cm, kum zeminlerde2 cm olarak kabul edilir. Nitekim Bowles (1984) yatak katsay�s�, s , deneysel ba��nt�s�n� kBowle=40x qs�n�r olarak tan�mlam�� vekatsay�y� 40 olarak seçmi�tir.

4 0s �n �rB ow les s�n �r

z

qk xq (42)

buradan maksimum oturma miktar� (42) e�itli�inin sa� taraf�nda z çekildi�inde ve M.K.S. sisteminden c.g.s. sisteminedönü�türüldü�ünde z = 2.5 cm elde edilir. Bowles çe�itli zeminlerin yatak katsay�lar�n� a�a��daki Tablo 1. deki gibi vermi�tir.

Zemin türü Yakla��k ks T/m3

Gev�ek kum zemin 4800 -16000Orta s�k� kum zemin 9600 – 80000S�k� kum zemin 64000 -128000Killi s�k� kum zemin 32000 - 80000Siltli s�k� kum zemin 24000 - 48000Killi toprak zemin (qu < 2 kg/cm2) 12000-24000

Killi toprak zemin (qu = 0.2-0.4 kg/cm2) 24000-48000

Killi toprak zemin (qu 8 kg/cm3) 48000Tablo-2. Yatak katsay�s� deneysel de�erleri

38 ifadesine yatak katsay�s� de�erinin 40 ifadesindeki ve Tablo 2. deki de�erle belirli bir aral�k içinde uyumlu oldu�ugörülmektedir.Tablo 3. çe�itli kayaçlar�n farkl� h�z ve h�z oranlar�na göre saptanan konu edilen parametre de�erlerini ve ayn� zamanda Bowlesyatak katsay�lar�na göre elde edilenle sismik h�zlardan elde edilen katsay�lar�n kar��la�t�r�lmas�n� göstermektedir. Tablo 3.de�erlerine göre sismik kayma dalgas� h�z� azald�kça yani sismik kayma dalgas� empedans� azald�kça yatak katsay�s�n�nküçüldü�ü dolay�s�yla oturma miktar�n�n art��� görülmektedir.

Tablo-3. Bowles yatak katsay�lar� ile sismik h�zlardan elde edilen katsay�lar�n kar��la�t�r�lmas�.

Bowles yatak katsay�lar� ile sismik h�zlardan elde edilen katsay�lar�n kar��la�t�r�lmas� de�erlerinden �ekil 3. deki sismik

empedans- oturma ili�kisini gösteren grafi�in çizilebilece�i görülmektedir.

VS - VPP

S

VV g/cm3

qs�n�rkPa

qekPa

EkPa

zs�n�m

s�n�m

ks�n�rkN/m3

kBowles=40qs�n�r

zem

em

4000-6000 1.5 3.5 14000 9333 1232x105 100 1.1 1232000 560000 82 0.6

2000-3000 1.5 2.94 5885 3923 25894000 65 1.5 398548 235400 53 0.8

1000-2000 2 2.47 2474 1237 6597333 42 1.6 156613 98960 30 0.6

1000-1500 1.5 2.47 2474 1649 5442800 42 1.9 129225 98960 34 1

700-1400 2 2.26 1584 792 2949408 34 1.8 87508 63360 24 0.6500-1250 2.5 2.1 1040 416 1460952 27 1.9 53489 41600 17 0.5300-900 3 1.83 549 183 473513 20 2.3 23869 21960 11 0.4250-1250 5 1.75 437 87 323198 18 2.4 18268 17480 7.9 0.2200-800 4 1.65 331 83 194186 15 2.6 12614 13240 7.7 0.3100-400 4 1.39 139 35 40773 10 3.4 4097 5560 5 0.450-250 5 1.2 60 12 8874 6.6 4.4 1353 2400 2.9 0.4

Makale Makale

Page 10: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

www.jeofizik.org.trHaziran 201074

Makale

VS - VPm/s g/cm3

EkPa

qkPa

zcm

300-900 1.83 473513 33 0.034300-900 1.83 473513 100 0.18300-900 1.83 473513 150 0.33300-900 1.83 473513 200 0.5300-900 1.83 473513 275 0.8300-900 1.83 473513 331 1.1300-900 1.83 473513 400 1.4300-900 1.83 473513 500 2

300-900 1.83 473513 549 2.3300-900 1.83 473513 650 3300-900 1.83 473513 800 4300-900 1.83 473513 1000 5.7300-900 1.83 473513 1300 8.4300-900 1.83 473513 1600 11.4300-900 1.83 473513 2000 16

Tablo- 4. Yük-oturma ili�kisi say�sal de�erleri.

Tablo 4. örnek olarak seçilen sismik h�zlar� VP = 900 m/s, VS = 300 m/s ve yo�unlu�u = 1.83 g/cm3 olan bir zeminde yük(sismik empedans) art�r�ld���nda oturma miktar�n�n ne �ekilde de�i�ti�inin say�sal de�erlerini göstermektedir. Tablo 5. örnekolarak seçilen sismik h�zlar� VP = 400 m/s, VS = 100 m/s ve yo�unlu�u = 1.39 g/cm3 olan bir zeminde yük (sismikempedans) art�r�ld���nda oturma miktar�n�n ne �ekilde de�i�ti�inin say�sal de�erlerini göstermektedir.

Tablo-5. Yük-oturma ili�kisi say�sal de�erleri.

Farkl� kayaçlar�n sismik empedanslar�n�n (dirençlerinin) da farkl� s�n�r de�erleri oldu�undan bu ba�lamda a�a��daki yük-oturma �ekli içinde benzer olarak çizilebilir. Tablo 3’ daki de�erlere göre olu�turulan yük-oturma e�risi �ekil 7 degösterilmi�tir. �ekil 7. yük artt�kça qs�n�r de�erinin a��ld���n�, oturma veya göçmenin ba�lad���n� ve olu�acak oturmamiktarlar�n� göstermektedir. Tablo 3. ve ondan olu�turulan �ekil 7’ daki artan yüke ba�l� oturma de�erlerinin zeminmekani�inde elde edilen �ekil 1. deki yük-oturma e�risi de�i�im ile uyumlu oldu�u görülmektedir.

VS - VPm/s g/cm3

EkPa

qkPa

zcm

100 -400 1.39 40773 33 0.39100 -400 1.39 40773 100 2.1100 -400 1.39 40773 139 3.4100 -400 1.39 40773 150 3.8100 -400 1.39 40773 200 5100 -400 1.39 40773 275 9.5100-400 1.39 40773 350 14100-400 1.39 40773 500 23

100-400 1.39 40773 650 34100-400 1.39 40773 800 47100-400 1.39 40773 1000 66

Page 11: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

JEOFİZİK BÜLTENİwww.jeofizik.org.tr75

Makale

�ekil-7. Zeminlerin yük - oturma veya sismik empedans - deformasyon ili�ki grafi�i .

�ekil 1. ve 7. daki yük-oturma e�rilerinin benzer de�i�ime sahip olmalar� sismik dalga yay�lmas�nda olu�an deformasyonmiktarlar�n�n Das (1993) belirtti�i gibi (10-2 – 10-4) mertebelerinde çok küçük olmas�n�n zeminlerin ta��ma kapasitelerinin veoturmalar�n�n saptanmas�nda önemli olmad���n� göstermektedir.Yukar�da hesaplanan yatak katsay�s� ve oturma miktarlar� birim alandaki yükün dü�ey bas�nc�na aittir. Mühendislik yap�lar�n�ntemel �eklinin de�i�ik k�s�mlar�nda yük da��l�m� farkl�d�r, dolay�s�yla ( I ) etki faktörü farkl�d�r. Bunun sonucu olarak, farkl�bas�nç da��l�m� oturmalar�n da farkl� olmas�na neden olur. Temel �ekil faktörüne ba�l� zemin oturma konusu bu çal��man�nd���ndad�r.

SONUÇ

Bu çal��mada elde edilen sonuçlar a�a��daki gibi s�ralanabilir:

1- Zeminlerin s�n�r ta��ma kapasiteleri sismik kayma dalgas� empedanslar� ile ifade edilebilmektedir.

2- Zeminlerin özelliklerine ba�l� olan güvenlik say�s� de�erleri ile Vp /Vs h�z oran� de�erlerinin benzerli�inden yararlanarak

Vp/Vs oran�n�n güvenlik faktörü olarak kullan�lmas� mümkün olmaktad�r.

3- Vp / Vs oran� güvenlik faktörü olarak kullan�lmas� halinde zemin mekani�inde oldu�u gibi suya doygun zeminlerdeki

emniyetli ta��ma gücü de�erinde herhangi bir indirgeme faktörü kullanmaya gerek kalmamaktad�r.

4- Tüm zemin türlerinin yo�unluklar�n�n sismik kayma dalgas� h�z�na ba�l� yeni bir yo�unluk tan�m� ile ifade edilmesi daha

uygun oldu�u görülmü�tür.

5- Zemine konan yükün Boussinesq denklemine göre bas�nç da��l�m�n�n aktif derinli�ine ba�l� olarak zeminlerin yatak

katsay�lar� ve ani oturma miktarlar�n�n sismik h�zlardan elde edilen elastisite modülü de�erleri kullanarak saptanabilmektedir.

6- Sismik h�zlardan elde edilen emniyetli ta��ma kapasitesi ifadesinin zemindeki bir yükün sebep olaca�� bilinen deformasyon

türlerini içermektedir.

7- Zemin mekani�i ilkelerinden elde edilen yük-oturma e�risi ile sismik h�zlardan elde edilen yük-oturma e�risi benzer

de�i�im göstermektedir.

8- SPT (N) müsaade edilebilir ta��ma kapasitesi tan�m�ndakine benzer olarak sismik yöntemde de temel �ekil faktörüne ba�l�

müsaade edilebilir ta��ma kapasitesi tan�mlanabilmektedir.

9- Yük-oturma e�rilerinin benzer de�i�ime sahip olmalar� sismik dalga yay�lmas�nda olu�an deformasyon miktarlar�n�n (10-2 –

10-4) mertebelerinde çok küçük olmas�n�n zeminlerin ta��ma kapasitelerinin ve oturmalar�n�n saptanmas�nda önemli olmad���n�

göstermektedir.

Sonuç olarak, sismik yöntem yap�sal jeolojiyi ve di�er özelliklerini ayd�nlatmak için kullan�l�rken, bu yöntem ile güvenilir

zemin emniyetli ta��ma kapasitesi, yatak katsay�s� ve oturma de�erleri hakk�nda daha çabuk ve ucuz olarak güvenilir ön bilgi

elde etmek mümkün olmaktad�r.

Page 12: Makale - JEOFİZİK · birim alanl ve h derinlikli zemin kolonu kabul ile yap lmas d r Das, 1993)ve (Seed ve Idriss, 1971). Benzer olarak ekil 3. de görüldü ü üzere, s n r ta

www.jeofizik.org.trHaziran 201076

Makale

YARARLANILAN KAYNAKLAR

Bowles,J.E.,(1984). Physical and Geotechnical Properties of Soils. McGraw-Hill.Carvalho J., Dias R., Pinto C., Leote J. and Mendes-Victor L., 2008, a Soil Classification for Seismic Hazard Assesment andMitigation of the Algarve The 14 th World Conference on Earthquake Engineering, October 12-17, Beijing, China. http://e-geo.ineti.pt/edicoes_online/artigos/44.pdfCarvalhoJ., Dias R., Pinto C., Leote J. and MendesV., L., 2009, SPT seismic hazard seismic refraction soil classification. andGeotechnical Data Applied to the Soil Microzoning of Western Algarve, European Journal of Environmental and EnginneringGeophysics 5, 3-14.Çinicio�lu S. F., 2005, Zeminlerde Statik ve Dinamik Yükler Alt�nda Ta��ma Gücü Anlay��� ve Hesab�: �MO, �stanbul SeminerNotu.Das, M.B, (1993). Principles of Soil Dynamics. 2nd edn. PWS-KENT Publishing Company.Fu D., Sullivan E.C. and Marfurt K.J., 2006, Rock-Property and Seismic-Attribute Analysis of a chert reservoir in DevenianThirty-one Formation: Geophysics, Vol. 71, No.5.Guliev E., Vp/Vs estimation from Multicomponent Seismic Data for Improved Characterization of a Tight sanstone Gasreservoir, Colorado School of Mines , A thesis for the degree of Master of Science (Geophysics).Hamada G. M., 2004, Reservoir Fluids Identification Using Vp/Vs Ratio? Oil & Gas Science and Technology-Rev.IFP,Vol.59,No.6,pp.649-654.Hardin, B.O., Drnevich, V.P., (1972), Shear modulus and damping in soils: design equations and curves, Journal of SoilMechanics and Foundation Division, ASCE, 98(SM7),pp.667-692.Hicks G.J., 2006, Extended Elastic �mpedance and Its Relation to AVO Crossplotting and Vp/Vs EAGE 68th Conference,Vienna, Austria.Ishihara K. and Tsukamoto Y., 2004, Review: Cyclic Srength of Imperfectly Saturated Sands and Analysis of Liquefaction:Proc. Japan Acad. V.80, Ser. B(2004).Keçeli, A. D., (1990). The determination of the Bearing Capacity by means of the seismic method. ( in Turkish). Jeofizik 4, 83-92.Keçeli, A., (2000), “Sismik Yöntemle Kabul edilebilir veya Emniyetli Ta��ma Kapasitesi Saptanmas�”, “The Determination ofthe Presumptive or Safe Bearing Capacity by means of the Seismic Method”, Jeofizik Dergisi, Cilt:14, Say�: 1-2, Ankara.Moreno C., Huffman A., and Bertagne A., 2003, The Vp/Vs Inversion Procedure: A Methodology for Shallow Water Flow(SWF) Prediction from Seismic Analysis of Multicomponent Data. Offshore Technology Conference, Houston, Texas.Othman A. A., (2005) Construed geotechnical characteristics of foundation beds by seismic measurements . J. Geophys. Eng. 2126–138.Pi�en S. ve Pek�en E., (2009), S�� Zeminler için Farkl� Yöntemlerden Elde Edilen Zemin Emniyet Gerilmesi De�erlerininKar��la�t�r�lmas�: Uygulamal� Yerbilimleri Say�:2(Ekim-Kas�m) 2009 36-46.Phillips, D. E., Han, D. H. & Zoback, M. D., (1989). Emprical Relationships among Seismic Velocity, Effect Pressure,Porosity, and Clay Content in Sandstone. Geophysics,54:(1) 82-89.Prakla - , (1986). Seismos AG. Buchhholzer Str. 100 P.O.B. 510530 D-300 Hannover 51.Seed H.B., and Idriss I. M., 1971, Simplified Proce4dure For evaluating Soil Lequefaction Potential: Journal of the SoilMechanics and Foundation Division. ASCE. V.:97, No:SM9.PP:1249-1273.Tatham, R.H.,(1982). Vp/Vs and Lithology. Geophysics, 47: 336-344.Tezcan S. S., Keceli A., Özdemir Z., 2006, Allowable Bearing Capacity of Shallow Foundations Based on Shear Wave Velocity,Geotechnical and Geological Engineering, p:203-2188.TEZCAN S., OZDEMIR Z. and KECELI A., 2009, Seismic Technique to Determine the Allowable Bearing Pressure forShallow Foundations in Soils and Rocks: Acta Geophysica, vol. 57, no. 2, pp. 400-412.Türker, E.,(1988). Sismik Yöntemlerle Zemin Ta��ma Gücünün Saptanmas�, Doktora Tezi, A.Ü.Isparta Mühendislik Fakültesi.Türker, E.,(2004). Computatio of ground bearing capacity from shear wave velocity. In: D. Bergman et al. (eds.), ContinuumModels and Discrete Systems Kluwer Academic Publishers, Neterhlands, 173-180.Uzuner B.A.,1992, Temel Zemin Mekani�i, �n�aat Mühendisleri Odas� Trabzon �ubesiVenkatramaiah, C., (1993). Geotechnical Engineering, John Wiley & Sons.Wang Z., 2001, Fundamentals of Seismic Rock Physics: Geophysics, Vol. 66, No. 2; P. 398–412.Willkens, R., Simmons G. & Caruso, L., (1984). The ratio Vp/Vs as a Discriminant of Composition for Siliceous Limestones.Geophysics, 49( 11) 1850-1860.Wyllie, D. C. , (1992). Foundations on Rock. E & FN Spon, London.