Tekrarlı Yüklerin Zeminler Üzerindeki Etkisi

Zeminlerde Dinamik Yükleme

Zeminler oluşumları sırasında ve sonrasında devamlı bir yüklemeye maruz kalmaktadır. Çoğunlukla kendi durağan halinde statik yükleme altında bir sorun teşkil etmeyen zemin bazı zaman dilimlerinde de dinamik yüklemelere (Deprem, trafik yükleri, dalga ve titreşim yükleri ve diğ. gibi) maruz kalabilmektedir.

Dinamik yük zemine aynı nicelik ve nitelikte gelmeyen ve zamana karşı değişen bir kuvvetin varlığını belirtmektedir. Zemin dinamik yükleme aldığı anda Hooke Kanunu gereği bu yüklemeye karşı cevap vererek zeminin özelliklerinin değişimine maruz kalabilmektedir. Bu değişim zeminin davranışına yansıyarak zeminde taşıma gücü kayıpları, oturmalar açığa çıkabilmektedir. Bu nedenle zeminin bu tip yüklemeler sonrası temsil edilmesinin önemi ve gereği açığa çıkmaktadır. (Zemin Yapı Etkileşimi-Zeminin Yapı Üzerindeki Etkileri)

Tekrarlı Yükler Altında Zeminler

Bilindiği üzere tekrarlı yükler altında zeminler, gerilme-birim şekil değiştirme özellikleri ve mukavemet özellikleri olarak iki durumda incelenmektedir. İlk kısımda zemin elastik kısımda kalırken belirli bir gerilmeden sonra elasto-plastik yere geçip artan yüke karşı koyamayıp plastik davranışa geçiş yapmaktadır. Yani elastik ve elasto-plastik davranış koşullarındaki zeminlerin, gerilme-şekil değiştirme durumu açığa çıkarken plastik durumda ise geri dönüşü olmayan kalıcı deformasyonlar açığa çıkmaktadır.

Gerilme-şekil değiştirme özelliği olarak genellikle elastik ve plastik şekil değiştirme durumlarına göre kayma modülü (D) ve sönüm oranı (G) değerleri öne çıkmaktadır. Mukavemet özelliklerinde ise zeminin maruz kaldığı dinamik yükün genliği ve çevrim sayısı (N) göz önüne alınmaktadır. (Zemin Cinslerine Göre Yaklaşık Zemin Emniyet Gerilmeleri)

Deprem Etkisi ile Zeminlerde Tekrarlı Yükleme

Dinamik yükün genliği zeminin davranışını etkilemektedir. Düşük genlikli yüklerin neden olduğu yükleme durumlarında elastik şekil değiştirme izlenirken büyük genlikli yükleme durumlarında danelerin kopmasına bağlı olarak plastik şekil değiştirme durumu açığa çıkmaktadır. Depreme bağlı yapılarda oluşan deformasyonların zeminin davranışına önemli derecede bağlı olduğu görülmektedir.

Depremler sırasında oluşan tekrarlı gerilmeler farklı genlik ve frekanslarla zemin tabakalarında deformasyonlara sebep olmaktadır. Dolayısıyla deformasyona uğrayan zemin tabakasının üzerinde bulunan yapılar da bu durumdan etkilenmekte belki de zarar görmektedir. Ayrıca zemin tabakalarındaki tekrarlı yüklemeler sırasında zeminin gerilme-şekil değiştirme ve mukavemet özellikleri de değişecektir. Bu duruma bağlı olarak da toprak dolguları ve istinat duvarları gibi yapıların dayanımında negatif etkiler açığa çıkacaktır.

Zeminlerde Tekrarlı Yüklemelerin Sonuçları

Tekrarlı yükler zeminlerde hacim azalıma neden olabilmektedir. Eğer artan boşluk suyu basınçları hacim azalmasıyla aynı oranda hızlı bir şekilde sönümlenemez ise boşluk suyu basınçları açığa çıkacaktır. Killer üzerinde bulunan yapılar için tekrarlı gerilmeler etkisinde boşluk suyu basınçlarının sönümlenebilmesi için zamana ihtiyaç olacaktır. Bu koşullarda kısa dönemde drenajsız durum etkin olup boşluk suyu basınçlarının artmasıyla efektif gerilmenin düşmesine sebep olacaktır. Efektif gerilmenin düşmesiyle statik yük dağılımı yeniden olacak bu da drenajsız durumda yapıya etkiyen kayma deformasyonları ve oturmaların artmasına neden olabilecektir.

Tekrarlı yüklemeler arasındaki durağan zamanlarda artmış olan boşluk suyu basınçları sönümlenebilmek için yeterli zamana sahip olur bu durumun sonucunda da efektif gerilmede yeniden artışlar olur. Hacim azalması yeniden meydana gelir bu da oturmalara yol açar.