Jet Enjeksiyon Yöntemiyle Temel Zeminlerinde Sıvılaşma Riskinin Azaltılması: Saha ve Sayısal Analizler

Abstract

Bu çalışmada, mevcut bir proje binasının jeoteknik performansı, saha araştırmalarından elde edilen veriler kullanılarak taşıma kapasitesi, oturma ve sıvılaşma potansiyeli açısından değerlendirilmiştir. Tüm analizler, Türk Yapı Deprem Yönetmeliği'ne (TBEC, 2018) uygun olarak yapılmıştır. Temel zemininin hesaplanan nihai taşıma kapasitesi 337 kPa olarak belirlenmiş olup, zeminin yapısal yükleri güvenli bir şekilde taşıdığını göstermektedir. Oturma analizleri, kil tabakaları için 4,21 cm ve kum tabakaları için 3,66 mm değerlerini verirken, toplam oturma 4,576 cm olarak hesaplanmıştır. Tüm oturma değerlerinin izin verilen sınırlar içinde olduğu bulunmuştur. Sondaj verilerine dayalı sıvılaşma analizleri, temel zemininin sismik yükleme altında sıvılaşmaya karşı hassas olduğunu göstermiştir. Bu riski azaltmak için, zemin iyileştirme yöntemi olarak jet enjeksiyonu seçilmiştir. Buna göre, temel zemini çevresinde 13 m ve bina çevresinde 18 m uzunluğunda eğimli ve dikey jet enjeksiyon kolonları tasarlanmıştır. 13 m ve 18 m uzunluğundaki jet grout kolonlarının taşıma kapasiteleri sırasıyla 61,3 ton ve 88,9 ton olarak hesaplanmıştır. Zemin iyileştirmesinden sonra, temel zemininin izin verilen taşıma kapasitesi 448 kPa ve 517 kPa'ya yükselmiştir. İyileştirme sonrası sayısal sıvılaşma analizleri, kritik derinliklerdeki sıvılaşma riskinin etkili bir şekilde ortadan kaldırıldığını göstermiştir. İdealize edilmiş zemin profili, iki boyutlu sonlu eleman yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Sonuçlar, oluşan yer değiştirmelerin kabul edilebilir sınırlar içinde kaldığını ve eğimli jet grout kolonlarının dikey kolonlara benzer bir performans sergilediğini göstermiştir. Dinamik analizler ayrıca, iyileştirmeden sonra aşırı gözenek suyu basıncında önemli bir azalma olduğunu ve jet grout uygulamasının sismik performansı artırmada ve sıvılaşma riskini azaltmada etkili olduğunu doğrulamıştır.

Keywords

• zemin sıvılaşma analizi
• sonlu elemanlar yöntemi
• deprem

Mitigation of Liquefaction Risk in Foundation Soils Using Jet Grouting: Field and Numerical Analyses

Abstract

In this study, the geotechnical performance of an existing project building was evaluated in terms of bearing capacity, settlement, and liquefaction potential using data obtained from field investigations. All analyses were conducted in accordance with the Turkish Building Earthquake Code (TBEC, 2018). The calculated ultimate bearing capacity of the foundation soil was determined as 337 kPa, indicating that the soil safely supports the structural loads. Settlement analyses yielded values of 4.21 cm for clay layers and 3.66 mm for sand layers, while the total settlement was calculated as 4.576 cm. All settlement values were found to be within the allowable limits.Liquefaction analyses based on borehole data indicated that the foundation soil was vulnerable to liquefaction under seismic loading. To mitigate this risk, jet grouting was selected as the ground improvement method. Accordingly, inclined and vertical jet grout columns with lengths of 13 m around the foundation soil and 18 m around the building perimeter were designed. The bearing capacities of the 13 m and 18 m long jet grout columns were calculated as 61.3 tons and 88.9 tons, respectively. After ground improvement, the allowable bearing capacity of the foundation soil increased to 448 kPa and 517 kPa.Post-improvement numerical liquefaction analyses demonstrated that liquefaction risk at critical depths was effectively eliminated. The idealized soil profile was modeled using the two-dimensional finite element software. The results showed that the induced displacements remained within acceptable limits, and inclined jet grout columns exhibited performance comparable to that of vertical columns. Dynamic analyses further indicated a significant reduction in excess pore water pressure after improvement, confirming the effectiveness of jet grouting in enhancing seismic performance and mitigating liquefaction risk.

Keywords

• soil liquefaction analysis
• finite elements method
• earthquake

References

1. [1]Seed, H.B., & Idriss, I.M. (1971).Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential.Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 97(9), 1249–1273.
2. [2]Youd, T.L., Idriss, I.M., et al. (2001).Liquefaction resistance of soils: Summary report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF workshops. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 127(10), 817–833.
3. [3]Kramer, S.L. (1996).Geotechnical Earthquake Engineering.Prentice Hall, New Jersey.
4. [4]Sünbül, A. B., & Mungan, H. (2018). Sonlu Elemanlara Dayalı Dinamik Analiz; Zemin İyileştirme- Derin Temel Örneği. 6th International Symposium on Innovative Technologies in Engineerind and Science, 206–215.
5. [5]TBDY-2018; Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği. 30364 Sayılı Resmî Gazete. Çevre Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü.
6. [6]Hausmann, M.R. (1990).Engineering Principles of Ground Modification.McGraw-Hill, New York.
7. [7]Aksangür, Z. (2017). ‘Yüksek Modüllü Kolonların Zemin İyileştirmesinde Kullanılması ve Hesap Yöntemleri’, Y. L. Tezi, Sakarya Üni.Fen Bil. Ens. Sakarya, Türkiye.
8. [8]Al,N.(2018). ‘Zemin İyileştirme Teknikleri: Bir Uygulama Örneği’, Yüksek Lisans Tezi, Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, Türkiye.

9. [9]Mitchel, J. K., & Katti, R. K. (1981). Soil Improvement-State-of-the-Art Report. 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stocholm, 509–565.
10. [10]Nicholson, P. G. (2014). Soil Improvement and Ground Modification Methods. Elsiever Inc.
11. [11]Kayakeser U., (2022). Mevcut yapı zemininde sıvılaşma analizi ve sonlu elemanlar yöntemiyle modelleme, Y. L.T.i, Düzce Üni. Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Düzce,Türkiye.
12. [12]Google Earth, 2025 Map data: Google, Maxar Technologies.
13. [13]Akbulak, C. (2006). ‘İznik Gölü Depresyonunun Beşerî ve İktisadi Coğrafya Açısından İncelenmesi’, Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul, Türkiye.
14. [14]Ardel, A. (1954). İznik Depresyonu ve Gölü. İstanbul Üniversitesi Coğrafya Enstitüsü Dergisi, 5–6, 225–230.
15. [15]Garipağaoğlu, N., & Uzun, M. (2019). İznik Gölü Havzası’nda Doğal Ortam Koşullarının Havza Yönetimi ve Planlamasına Etkisi. Doğu Coğrafya Dergisi, 24(42), 1–15.
16. [16]Bargu, S. (1982). The Geology of İznik- Yenişehir (Bursa) Osmaneli (Bilecik) Area. İstanbul Earth Sciences Rewiew, 3(1–2), 191–234.
17. [17]Bargu, S., & Sakınç, M. (1989). İzmit Körfezi ile İznik Gölü Arasında Kalan Bölgenin Jeolojisi ve Yapısal Özellikleri. İstanbul Üniv. Müh. Fak. Yerbilimleri Dergisi, 6(1–2), 45–76.
18. [18]Burmeister, R. A. (1950, September). Tests of paper molds for concrete cylinders. In Journal Proceedings (Vol. 47, No. 9, pp. 17-24).
19. [19]Türk. Standartları Enstitüsü (2006). TS 1900-2 İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri-Bölüm 2: Mekanik Özel. Tayini. Ankara, Türkiye.
20. [20]Küsin, C. C. (2009). ‘Jet Grout Yöntemi ile İyileştirilen Zeminlerin Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Sayısal Analizi’, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, Türkiye.
21. [21]Parlak, S. (2017). Temel altı zemin iyileştirme yöntemi olan jetgrout yöntemi ile iyileştirilen zeminlerin sonlu elemanlar yöntemiyle sayısal analizi, Yüksek Lisans Tezi, BEUN, Fen Bilimleri Enstitüsü,Zonguldak ,Türkiye.
22. [22]Özdemir, H. B. (2024). İksa sistemlerinin iki boyutlu sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi: Bir vaka analizi, Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Universitesi ,Fen Bilimleri Enstitüsü ,Bursa,Türkiye.
23. [23]Bentley Advancing Infrastructure, PLAXIS 3D 2024.1 3D 2 Reference Manual, Dec. 2023. [Online]. https://www.scribd.com/document/721587598/ PLAXIS-3D-2024-1-3D-2-Reference-Manual
24. [24]Vilhar, G., Laera, A., Foria, F., Gupta, A., & Brinkgreve, R. B. (2018). Implementation, validation, and application of PM4Sand model in PLAXIS. In Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics V (pp. 200-211). Reston, VA: American Society of Civil Engineers.
25. [25]Utkucu, M., Uzunca, F., Durmuş, H., Kızılbuğa, S. and Nalbant, S. (2022). Seismicity of the Southern Marmara Region (Türkiye) before and after the August 17, 1999 İzmit earthquake Academic Platform Journal of Natural Hazards and Disaster Management 4(1), 22-33, 2023 DOI: 10.52114/apjh ad.1218427.
26. [26]Utkucu, Y. (2025). Bursa Bölgesi Depremleri ve Yerleşimler Üzerindeki Etkileri= Bursa Regıon Earthquakes and Theır Impacts On The Settlements (Master's thesis, Sakarya Üniversitesi).
27. [27]Öztürk, K., Yaltirak, C., & Alpar, B. (2009). The Relationship Between the Tectonic Setting of the Lake Iznik Basin and the Middle Stand of the North Anatolian Fault. Turkish Journal of Earth Sciences, 18(2), 209–224.
28. [28] Akkaş, Ü. (2006). Sıvılaşma Potansiyeli ve Etkilerinin Azaltılması (Master's thesis, Sakarya Universitesi (Turkey)).
29. [29]Tsegaye, A. B. (2010). Plaxis Liquefaction Model (UBC3D).
30. [30]Laera, A., & Brinkgreve, R. B. J. (2015). Plaxis Site Response Analysis Liquefaction Evaluation.
31. [31]Petalas, A., & Galavi, V. (2012). Plaxis Liquefaction Model UBC3D-PLM.