Liquefaction Analysis of the Haydarpaşa Port Project Area Considering Nonlinear Seismic Local Acceleration Variations

Abstract

The need to carry out liquefaction analyses in detail and quickly reach realistic solutions for these analyses has led to the widespread use of computer technologies in this context. In this study, the liquefaction potential for Haydarpaşa Port (Istanbul) project area was investigated by using real acceleration-time variations depending on earthquake scenarios through computer programs. Seismic response analyses were carried out by the Deepsoil software. The earthquake records of Mw=5.5, Mw=6.0, Mw=6.6, Mw=7.1 and Mw=7.6 magnitudes (Bolu-Düzce-1, Çankırı-Orta, İzmir-Seferihisar, Bolu-Düzce-2, and İzmit-Gölcük, respectively) were used in the analyses, and peak ground acceleration (PGA) values were obtained for each earthquake by choosing the non-linear method. The simplified theoretical method and Novoliq software were used in liquefaction analysis. Analyses were carried out realistically by considering the earthquake records. Liquefaction analyses were conducted according to 9 different methods for each earthquake magnitude in the Novoliq software. Liquefaction analyses were completed according to a total of 10 different methods with the simplified theoretical method, and the results were compared with each other. It has been concluded that there is a risk of liquefaction at all depths for earthquakes of specified magnitudes in the investigated field.

Keywords

• Earthquake
• Liquefaction Analysis
• Liquefaction Potential
• Seismic Field Analysis
• Haydarpasa Port

Haydarpaşa Limanı Proje Alanının Doğrusal Olmayan Sismik Yerel İvme Değişimlerine Bağlı Sıvılaşma Analizi

Öz

Sıvılaşma analizlerinin detaylı olarak gerçekleştirilme gereksinimi ve bu analizlerin realistik çözümlerine hızlı bir şekilde ulaşma ihtiyacı, bilgisayar teknolojilerinin bu kapsamda daha yaygın kullanımını sağlamıştır. Bu çalışmada, bilgisayar programları aracılığıyla deprem senaryolarına bağlı gerçek ivme-zaman değişimleri kullanılarak Haydarpaşa Limanı (İstanbul) proje alanı için sıvılaşma potansiyeli araştırılmıştır. Sismik saha analizleri Deepsoil programı ile gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizlerde Mw=5,5, Mw=6,0, Mw=6,6, Mw=7,1 ve Mw=7,6 büyüklüklerindeki deprem kayıtları (sırasıyla Bolu-Düzce-1, Çankırı-Orta, İzmir-Seferihisar, Bolu-Düzce-2 ve İzmit-Gölcük) kullanılmış olup doğrusal olmayan yöntem seçilerek her deprem için maksimum yer ivmesi (PGA) değerleri elde edilmiştir. Sıvılaşma analizlerinde sadeleştirilmiş teorik yöntem ve Novoliq yazılımı kullanılmıştır. İlgili deprem kayıtlarının sıvılaşma analizlerinde dikkate alınmasıyla gerçek duruma yakın bir şekilde analizler gerçekleştirilmiştir. Sıvılaşma analizleri Novoliq programında her bir deprem büyüklüğü için 9 farklı metoda göre yürütülmüştür. Sadeleştirilmiş teorik yöntemle birlikte toplamda 10 farklı metoda göre sıvılaşma analizleri tamamlanmış ve ulaşılan sonuçlar birbirleriyle kıyaslanmıştır. İncelenen alanda belirtilen büyüklüklerdeki depremler için tüm derinliklerde sıvılaşma riskinin bulunduğu sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Deprem
• Sıvılaşma Analizi
• Sıvılaşma Potansiyeli
• Sismik Saha Analizi
• Haydarpaşa Limanı

References

1. Ansal A. Depremlerde yerel zemin davranışları. TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi 1999; 384: 64-68.
2. Boulanger RW., Idriss IM. CPT and SPT based liquefaction triggering procedures. Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Report No: UCD/CGM.-14, 1, 2014, sayfa no:138, Davis, CA.
3. Chinese Code. Code for seismic design of buildings-GB 50011-2010. National Standard of the People's Republic of China, China Architecture and Building Press, 2010, Beijing.
4. Çıklaiblikçi P. Depremler sırasında zeminlerin sıvılaşması ve sonrasında meydana gelen deplasmanların belirlenmesi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, sayfa no:1, Kayseri, Türkiye, 2019.
5. Hakan T. Zeminlerin sıvılaşmasının tahmini için istatistik ve yapay zekaya dayalı modeller oluşturma. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, sayfa no:1, Kayseri, Türkiye, 2019.
6. Hashash YMA., Musgrove MI., Harmon JA., Ilhan O., Xing G., Numanoglu O., Groholski DR., Phillips CA., Park D. DEEPSOIL 7.0-user manual. IL, Board of Trustees of University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, 2020.
7. Japan Road Association. Design specifications for highway bridges. Part V, Seismic Design, 2002, Tokyo:Maruzen, Japanese.
8. Kayen RE., Mitchell JK., Seed RB., Lodge A., Nishio S., Countinho R. Evaluation of SPT-CPT and shear wave-based methods for liquefaction potential assessment using loma prieta data. Proceedings, Fourth Japan-US, Workshop on Earthquake Resistant Design of Lifeline Facilities and Countermeasures for Soil Liquefaction, Technical Report NCEER-92-0019, M. Hamada and T.D. O’Rourke, (Eds.), Honolulu, Hawaii, Buffalo, NY 1992; 1: 177-204.

9. Kokusho T., Yoshida Y., Esashi Y. A study on a seismic stability of dense sand (part 2)-evaluation method based on SPT N-value. Technical Report of Central Research Institute of Electric Power, Research Report No: 383026, 1983, sayfa no:1-32, Japanese.
10. Liao SSC., Whitman RV. Overburden correction factor for SPT in sand. Journal of Geotechnical Engineering 1986; 3: 373-377.
11. Mollamahmutoğlu M., Kayabalı K. Geoteknik deprem mühendisliği el kitabı. Ankara: Gazi Kitapevi; 2004.
12. Novo Tech Software. NOVOLIQ, versiyon 4.0, kullanım kılavuzu. sayfa no:3-27. Vancouver, Kanada, 2020.
13. Öztürk S. Sıvılaşmaya karşı jet grout yöntemi ile zemin iyileştirilmesi: samsun-tekkeköy örneği. Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, sayfa no:18-19, Trabzon, Türkiye, 2016.
14. Seed HB., Idriss IM. Simplified procedure for evaluating soil liquefaction potential. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE 1971; 97(9): 1249-1273.
15. Seed HB., Idriss IM., Arango I. Evaluation of liquefaction potential using field performance data. Journal of Geotechnical Engineering 1983; 109(3): 458-482.
16. Seed HB., Tokimatsu K., Harder LF., Chung R. Influence of SPT procedures in soil liquefaction resistance evaluations. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE 1985; 111(12): 1425-1445.
17. Shibata, T. Relations between n-value and liquefaction potential of sand deposits. In Proc, 16th Annual Convention of Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1981, sayfa no:621-624, Tokio.
18. Skempton AW. Standard Penetration Test procedures and the effects in sands of overburden pressure, relative density, particle size, aging and overconsolidation. Geotechnique 1986; 36(3): 425-447.
19. Task Force Report. Geotechnical design guidelines for buildings on liquefiable sites in accordance with NBC 2005 for greater vancouver region. 2007.
20. Tokimatsu K., Yoshimi Y. Empirical correlation of soil liquefaction based on SPT n-value and fines content. Soils and Foundations 1983; 23(4): 56-74.
21. TS EN ISO 22475-1. Jeoteknik etüt ve deneyler - numune alma yöntemleri ve yeraltı suyu ölçümleri - bölüm 1: teknik uygulama esasları. Türk Standardları Enstitüsü, 2006, sayfa no:114, Ankara.
22. Youd TL., Idriss IM. Proceeeding of the NCEER workshop on evaluation of liquefaction resistance of soils. State University of New York at Buffalo, National Center for Earthquake Engineering Research, Report No: NCEER-97-0022, 1997, New York.
23. Youd TL., Idriss IM., Andrus RD., Arango I., Castro G., Christian JT., Dobry R., Finn WDL., Harder JrLF., Hynes ME., Ishihara K., Koester JP., Liao SSC., MarcusonIII13 WF., Martin GR., Mitchell JK., Moriwaki Y., Power MS., Robertson PK., Seed RB., StokoeII KH. Liquefaction resistance of soils. Summary Report from the NCEER and NSF Workshops, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 2001; 127(10): 817-833.
24. Zemin Etüt Raporu. Haydarpaşa 5 numaralı bina (eski liman ve gümrük binası) parsel bazında zemin ve temel etüdü veri raporu. İstanbul İli Kadıköy İlçesi Rasim Paşa Mahallesi 54 Pafta 240 Ada 16 Parsel, Rapor No:İZ0319, Tarih: 13.03.2019, 2019.