Zemin mekaniği

Zemin mekaniği, zemin davranışlarını inceleyen zemin fiziği ve mühendislik mekaniğinin bir dalıdır. Zemin akışkanların (genellikle hava ve su) ve tanelerin (genellikle kil, silt, kum ve çakıl) heterojen karışımını içerdiğinden akışkanlar mekaniği ve katı cisim mekaniğinden ayrılır. Ancak zemin ayrıca organik katılar ve diğer maddeleri de içerebilir.^[1]^[2]^[3]^[4] Kaya mekaniğinin yanı sıra zemin mekaniği, bir inşaat mühendisliği alt disiplini olan geoteknik mühendisliği ve jeoloji alt disiplini olan mühendislik jeolojisinin teorik temellerinin analizini de sağlar.^[5]

Zemin Bileşenleri ve Ağırlık, Hacim İlişkileri

Hava, katı, su ve boşlukların kütlelerini ve hacimlerini gösteren bir zemin faz diyagramı.

Zeminde hava, su ve katının nispi oranlarını tanımlamak için kullanılan çeşitli parametreler vardır. Bu bölüm, bu parametreleri ve bunların bazı ilişkilerini tanımlamaktadır.^[2]

$V_{a}$ , $V_{w}$ ve $V_{s}$ zemin karışımındaki hava, su ve katı hacimlerini temsil eder;

$W_{a}$ , $W_{w}$ ve $W_{s}$ zemin karışımındaki hava, su ve katıların ağırlıklarını temsil eder;

$M_{a}$ , $M_{w}$ ve $M_{s}$ zemin karışımındaki hava, su ve katı kütlelerini temsil eder;

$\rho _{a}$ , $\rho _{w}$ ve $\rho _{s}$ zemin karışımındaki bileşenlerin (hava, su ve katılar) yoğunluklarını temsil eder;

Zemin Taşıma Gücü

Zemin taşıma gücü, bir zemin tabakasının üzerindeki yapı yüklerini, herhangi bir göçme (kayma kırılması) oluşmadan ve aşırı oturma yapmadan güvenle taşıyabileceği maksimum birim gerilme değeridir.

Temel tasarımında en kritik parametredir. Taşıma gücü hesabı yapılırken zeminin kohezyonu, içsel sürtünme açısı ve birim hacim ağırlığı gibi parametreler kullanılır. Bu alandaki en temel teori, modern zemin mekaniğinin kurucusu kabul edilen Karl von Terzaghi tarafından geliştirilmiştir. Eğer yapıdan gelen yük, zeminin nihai taşıma gücünü aşarsa zemin kayar ve yapı devrilme riskiyle karşılaşır.^[6]

Zemin Sıvılaşması

Zemin sıvılaşması (İngilizce: Soil liquefaction), genellikle deprem gibi dinamik yükler altında, suya doygun gevşek kumlu veya siltli zeminlerin, boşluk suyu basıncının artması sonucu kayma mukavemetini tamamen veya kısmen kaybederek bir sıvı gibi davranması olayıdır. Bu durum, binaların zemin içine batmasına, yan yatmasına veya yer altı yapılarının (borular, tanklar) yüzeye çıkmasına neden olabilir.^[7]

Oluşum Mekanizması

Normal şartlar altında zemin taneleri birbirine temas ederek yükü taşır (efektif gerilme). Ancak deprem sarsıntısı sırasında:

Suya doygun zeminlerdeki su, ani yükleme nedeniyle dışarı kaçamaz.
Zemin taneleri sıkışmaya çalışırken suyu da sıkıştırır ve boşluk suyu basıncı artar.
Artan su basıncı, taneleri birbirinden uzaklaştırır.
Efektif gerilme sıfıra yaklaştığında zemin katı özelliğini yitirir ve bir süspansiyon (sıvı-katı karışımı) gibi davranmaya başlar.^[8]

Riskli Zeminler ve Şartlar

Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) ve literatüre göre sıvılaşma riski taşıyan zeminlerin özellikleri şunlardır:^[9]

Yeraltı su seviyesinin yüzeye yakın olduğu bölgeler (Genellikle ilk 20 metre).
Gevşek, ince taneli kumlu ve siltli zeminler (Kohezyonsuz veya düşük kohezyonlu, PI<%12).
Jeolojik yaşı genç (Holosen) alüvyon tabakaları.

Önleme ve İyileştirme Yöntemleri

Mühendislikte sıvılaşma riskini bertaraf etmek için çeşitli zemin iyileştirme yöntemleri uygulanır:

Vibro-Kompaksiyon / Taş Kolonlar: Titreşimle zemini sıkıştırarak ve drenaj kanalları oluşturarak boşluk suyu basıncının sönümlenmesini sağlar.
Jet Grout (Yüksek Basınçlı Enjeksiyon): Zemine yüksek basınçla çimento şerbeti enjekte edilerek zemin içinde betonarme benzeri rijit kolonlar oluşturulur.
Deep Mixing (Derin Karıştırma): Zemin yerinde çimento veya kireç ile karıştırılarak stabilize edilir.^[10]

Kaynakça

^ Mitchell, J.K., and Soga, K. (2005) Fundamentals of soil behavior, Third edition, John Wiley and Sons, Inc., ISBN 978-0-471-46302-3.
^ ^a ^b Santamarina, J.C., Klein, K.A., & Fam, M.A. (2001). Soils and Waves: Particulate Materials Behavior, Characterization and Process Monitoring. Wiley. ISBN 978-0-471-49058-6. .
^ Powrie, W., Spon Press, 2004, Soil Mechanics – 2nd ed ISBN 0-415-31156-X
^ A Guide to Soil Mechanics, Bolton, Malcolm,Macmillan Press, 1979. ISBN 0-333-18931-0
^ 9780415304023 Fang, Y., Spon Press, 2006, Introductory Geotechnical Engineering^{[ölü/kırık bağlantı]}
^ Uzuner, B.A. (2018). Çözümlü Problemlerle Temel Zemin Mekaniği. Derya Kitabevi. ISBN 978-6059639144 |isbn= değerini kontrol edin: checksum (yardım).
^ Kramer, Steven L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall. ISBN 978-0133749434.
^ Youd, T. L.; Idriss, I. M. (2001). "Liquefaction Resistance of Soils: Summary Report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF Workshops on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils". Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 127 (10). ss. 817-833.
^ "Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği". Resmî Gazete. 18 Mart 2018. Erişim tarihi: 25 Ekim 2023.
^ Özaydın, Kutay (2015). Zemin Mekaniği. Birsen Yayınevi. ISBN 978-9755115668 |isbn= değerini kontrol edin: checksum (yardım).

[mitchell&soga-1] Mitchell, J.K., and Soga, K. (2005) Fundamentals of soil behavior, Third edition, John Wiley and Sons, Inc., ISBN 978-0-471-46302-3.

[santamarina-2] Santamarina, J.C., Klein, K.A., & Fam, M.A. (2001). Soils and Waves: Particulate Materials Behavior, Characterization and Process Monitoring. Wiley. ISBN 978-0-471-49058-6. .

[powrie-3] Powrie, W., Spon Press, 2004, Soil Mechanics – 2nd ed ISBN 0-415-31156-X

[bolton-4] A Guide to Soil Mechanics, Bolton, Malcolm,Macmillan Press, 1979. ISBN 0-333-18931-0

[fang-5] 9780415304023 Fang, Y., Spon Press, 2006, Introductory Geotechnical Engineering^{[ölü/kırık bağlantı]}

[6] Uzuner, B.A. (2018). Çözümlü Problemlerle Temel Zemin Mekaniği. Derya Kitabevi. ISBN 978-6059639144 |isbn= değerini kontrol edin: checksum (yardım).

[7] Kramer, Steven L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall. ISBN 978-0133749434.

[8] Youd, T. L.; Idriss, I. M. (2001). "Liquefaction Resistance of Soils: Summary Report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF Workshops on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils". Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 127 (10). ss. 817-833.

[9] "Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği". Resmî Gazete. 18 Mart 2018. Erişim tarihi: 25 Ekim 2023.

[10] Özaydın, Kutay (2015). Zemin Mekaniği. Birsen Yayınevi. ISBN 978-9755115668 |isbn= değerini kontrol edin: checksum (yardım).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]