Liquefaction Analysis of Soils according to the New Turkish Building Earthquake Code and Improvement against Liquefaction

Abstract

One of the damages caused by earthquakes in engineering structures is soil liquefaction-induced damages. Because of the many factors that affect the liquefaction mechanism of soils, the assessment of liquefaction potential is a rather complex problem. In the earthquake, it is the necessary to determine the liquefaction sensitivity of soils and take precautions by estimating possible effects. The stress-based liquefaction analysis, which is the commonly used to determine the liquefaction susceptibility of the soils, has been included in the new Turkish Building Earthquake Code (TBEC). In the usage of this method, the numerous parameters such as the earthquake characteristics, the soil properties, the in-situ and underground water conditions, the properties of equipment used during field studies are needed. Due to the excessive number of parameters and empirical expressions used in the analysis, significant errors can sometimes cause in the soil investigation reports in practice. In this study, in order to make practical use of liquefaction analysis based on standard penetration test defined in TBEC, and to control quickly the performed analyses, the graphics that give the factor of safety against liquefaction of sandy soils were prepared for different depths, groundwater levels, fine contents, and SPT-N values. In addition, cards were developed to determine design parameters such as the stiffness of the columns to be used in the column formation method and the column spacing to be used for the improvement of the liquefiable soils.

Keywords

• Liquefaction Analysis,Standard Penetration Test,Ground Improvement,Jet Grouting,Graphical Method

Yeni Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine Göre Zeminlerin Sıvılaşma Analizi ve Sıvılaşmaya Karşı İyileştirilmesi

Abstract

Depremlerin mühendislik yapıları üzerinde yol açtığı hasarlardan birisi zemin sıvılaşması kaynaklı hasarlardır. Zeminlerin sıvılaşma mekanizmasını etkileyen birçok faktör olmasından dolayı, sıvılaşma potansiyelinin değerlendirilmesi oldukça karmaşık bir problemdir. Deprem durumunda zeminlerin sıvılaşma hassasiyetinin belirlenmesi ve olası etkilerin önceden tahmin edilerek gerekli önlemlerin alınması gerekmektedir. Zeminlerin sıvılaşma potansiyelini belirlemek için yaygın olarak kullanılan gerilme esaslı sıvılaşma analizi yeni Türkiye Bina Deprem Yönetmeliğine (TBDY) de dahil edilmiştir. Bu yöntemin kullanımında, depremin karakteristikleri, zemin özellikleri, arazi ve yeraltı su koşulları, arazi çalışmaları sırasında kullanılan ekipman özellikleri gibi çok sayıda parametreye ihtiyaç duyulmaktadır. Analizlerde kullanılan parametre sayısının ve ampirik ifadelerin fazlalığı nedeniyle, uygulamadaki zemin etüt raporlarında zaman zaman önemli hatalar meydana gelebilmektedir. Bu çalışmada, yeni TBDY’nde tanımlanan standart penetrasyon deneyine dayalı sıvılaşma analizlerini pratik hale getirebilmek ve gerçekleştirilmiş analizleri hızlı bir şekilde kontrol edebilmek amacıyla, farklı derinlikler, yeraltı su seviyeleri, ince dane oranları ve standart penetrasyon direnci değerleri için kum zeminlerin sıvılaşmaya karşı güvenlik sayısını veren grafikler hazırlanmıştır. Buna ilave olarak, sıvılaşabilir zeminlerin iyileştirilmesine yönelik olarak zemin içinde kolon teşkili yönteminde kullanılacak kolonların rijitliği ve yerleşim sıklığı gibi tasarım parametrelerinin belirlenmesini sağlayan kartlar geliştirilmiştir.

Keywords

• Sıvılaşma Analizi,Standart Penetrasyon Deneyi,Zemin İyileştirmesi,Jetgrout,Grafik Yöntem

References

1. Baez J.I., (1995), A design model for the reduction of soil liquefaction by vibro-stone columns, Doktora Tezi, The University of Southern California, USA.
2. Boulanger R.W., Idriss I.M., (2014), CPT and SPT based liquefaction triggering procedures, Report No. UCD/CGM-14/01, Center for Geotechnical Modeling, University of California at Davis, 138ss.
3. Bray J.D., Dashti S., (2010), Liquefaction-induced movements of buildings with shallow foundations, International Conferences on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics, Paper No. OSP 2, 24-29 May, San Diego, California.
4. Bray J.D., Sancio R.B., Durgunoglu H.T., Onalp A., Youd L., Stewart J.P., Seed R.B., Cetin K.O., Bol E., Baturay M.B., Christensen C., Karadayilar T., (2004), Subsurface characterization at ground failure sites in Adapazari, Turkey, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130(7), 673-685.
5. Cetin K.O., Seed R.B., Der Kiureghian A., Tokimatsu K., Harder L.F., Kayen R.E., Moss R.E.S., (2004b), Standard penetration test-based probabilistic and deterministic assessment of seismic soil liquefaction potential, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130(12), 1314-1340.
6. Cetin K.O., Youd T.L., Seed R.B., Bray J.D., Stewart J.P., Durgunoglu H.T., Lettis W., Yilmaz M.T., (2004a), Liquefaction-induced lateral spreading at Izmit Bay during the Kocaeli (Izmit)-Turkey earthquake, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130(12), 1300-1313.
7. Durgunoğlu H.T., (2004), Yüksek modüllü kolonların temel mühendisliğinde kullanımı, Türkiye Mühendislik Haberleri, 431, 39-52.
8. Idriss I.M., Boulanger R.W., (2008), Soil liquefaction during earthquakes, Earthquake Engineering Research Institute, EERI Publication, Monograph MNO-12, Oakland, CA, 237ss.

9. Idriss I.M., Boulanger R.W., (2010), SPT-based liquefaction triggering procedures, Report No. UCD/CGM-10/02, Center for Geotechnical Modeling, University of California at Davis, 259ss.
10. Liao S.S.C., Whitman R.V., (1986), Overburden correction factors for SPT in sand, Journal of Geotechnical Engineering, 112(3), 373-377.
11. Mollamahmutoglu M., Kayabali K., Beyaz T., Kolay E., (2003), Liquefaction-related building damage in Adapazari during the Turkey earthquake of August 17, 1999, Engineering Geology, 67, 297-307.
12. Ozener P., Dulger M., Berilgen M., (2015), Numerical study of effectiveness of jet-grout columns in liquefaction mitigation, 6th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, Christchurch, New Zealand.
13. Özsoy B., Durgunoğlu T., (2003), Sıvılaşma etkilerinin yüksek kayma modüllü zemin – çimento karışımı kolonlarla azaltılması, 5. Ulusal Deprem Mühendisliği Kongresi, Bildiri No: AT-004, 26-30 Mayıs, İstanbul.
14. Rayamajhi D., Nguyen T.V., Ashford S.A., Boulanger R.W., Lu J., Elgamal A., Shao L., (2014), Numerical study of shear stress distribution for discrete columns in liquefiable soils, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 140(3), 04013034: 1-9.
15. Seed H.B., Idriss I.M., (1971), Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 97(9), 1249-1273.
16. Sivrikaya O., Toğrol E., (2009), Arazi deneyleri ve geoteknik tasarımda kullanımları, Birsen Yayınevi, İstanbul, 280ss.
17. TBDY, (2018), Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Resmi Gazete, Tarih: 18.03.2018, Sayı: 30364.
18. Youd T.L., Idriss I.M., Andrus R.D., Arango I., Castro G., …, Stokoe K.H., (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), 817-833.