Seismic response and prevention of liquefactionfailure of sands partially saturated throughintroduction of gas bubbles
Gaz girişi ile iyileştirilmiş kısmi doygun kumların sismik davranışı ve sıvılaşmasının engellenmesi
- Tez No: 713481
- Danışmanlar: PROF. DR. MISHAC K. YEGIAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Northeastern University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 287
Özet
Kumların sıvılaşması, çevremizdeki yapılara yıkıcı hasarlar veren depreme bağlı bir olgudur. Sıvılaşma çoğunlukla gevşek doymuş kumlar tekrarlanan veya sismik yüklemeye maruz kaldığında boşluk suyunun sıkıştırılamaz olması sebebiyle aşırı boşluk suyu oluşumu ile oluşur. Bu araştırma, yeni bir İndüklenmiş Kısmi Doygunluk (IPS) olarak adlandırılan sıvılaşmayı azaltan teknik hem yeni hem de mevcut yapılar için uygun maliyetli ve pratik bir çözüm olacaktır. Bu keşfedilen sıvılaşmayı azaltma önlemi, kumun boşluklarına bir miktar gaz/hava sağlayarak doymuş kumları sıvılaşmaya karşı iyileştirir. Eseller (2004) ve Yegian ve diğerleri (2007) tarafından gerçekleştirilen ön araştırma IPS'in sıvılaşmaya karşı potansiyel bir azaltma önlemi olabileceğini göstermiştir. Bu araştırma IPS ile iyileştirilen kumların sismik davranışını ve sıvılaşmaya karşı yararını derinlemesine değerlendirmeyi planlamıştır. IPS'nin çeşitli koşullar altında kumlarda sürdürülebilirliğini araştırmıştır. Entegre bir deneysel ve analitik araştırma programı aracılığıyla sıkışmış gaz/hava kabarcıklarının kısa ve uzun vadeli sürdürülebilirliği, hidrostatik yukarı, aşağı ve yanal hidrolik eğim ve uzun süreli dinamik hareket altında incelenmiştir. Çevrimsel basit kesme sıvılaşma kutusu (CSSLB), homojen bir yapıya neden olabilecek şekilde tasarlanmış ve üretilmiştir. Bir sarsma tablası üzerinde bir kum numunesindeki basit kayma şekil değiştirmeleri oluşturabilmiştir. CSSLB ihtiyaç duyulan çeşitli enstrüman tiplerinin yerleştirilmesini sağlar. Kısmi doygun kum numuneleri hazırlamak için yeni bir laboratuvar IPS tekniği geliştirilmiştir. Bu yeni teknik ile gaz kabarcıkları numune boşluklarında eşit olarak dağılabilmekte ve kontrol edilebilir suya doygunluk dereceleri elde edilebilmektedir. Bu yeni laboratuvar tekniği, kuru kumun Efferdent adı verilen bir diş ürünü ile karıştırılmasını ve hacmi önceden belirlenmiş suyun içerisine yağmurlama tekniği ile katılmasını içermektedir. Zemin parametrelerinin tekdüzeliği çoklu P ve S dalga ölçümleri ile değerlendirilmiştir. P dalgası ölçümleri zeminin suya doygunluk derecesini ölçmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Zemin parametreleri değerlendirildikten sonra IPS yöntemi ile hazırlanan suya doygun ve kısmi suya doygun kum numunelerinde çevrimsel basit kesme deneyleri yapılmıştır. Bu seri deneylerde, sıkılık, doygunluk derecesi, birim kayma deformasyonları, başlangıç efektif gerilmesi ve uygulanan çevrim sayısı gibi parametrelerin boşluk suyu basıncı oranına etkisi incelenmiştir. Son olarak kısmi doygun kumlarda oluşan aşırı boşluk suyu basıncını tahmin edebilecek yeni bir ampirik model geliştirilmiştir. Bu araştırmanın sonuçları gösteriyor ki IPS yöntemi ile iyileştirilmiş kumlarda sıkışmış olan hava veya gaz kabarcıkları zemin içerisinde birçok farklı akım ve sarsıntı koşullarında uzun süre kalmaktadır. Yapılan P dalgası ölçümlerine göre literatürde bahsedilmiş olan P dalgasının doygunluk derecesini tahmin edebileceği yargısına ters düşerek P dalgasının %90 doygunluk derecesinin altında doygunluk derecesini tahmin edemediği görülmüştür. Çevrimsel basit kesme deney sonuçları IPS yönteminin aşırı boşluk suyu basınç oranını 1.0'den daha düşük seviyelerde tutarak kumların sıvılaşmasına engel olduğunu göstermiştir. IPS rumax değerinin daha yüksek çevrim sayılarında oluşmasını sağlayarak küçük ve orta büyüklükteki depremler sırasında daha küçük aşırı boşluk suyu basınç oranı değerlerinin oluşmasına imkân vermektedir. Ayrıca aşırı boşluk suyu basınç oranı daha düşük doygunluk derecelerinde daha yüksek sıkılıklarda ve daha düşük birim kayma deformasyonlarında azalmaktadır. Geliştirilmiş olan ampirik model kısmi doygun kumlarda aşırı boşluk suyu basıncı oranını doygunluk derecesine, rölatif sıkılığa, başlangıç efektif gerilmesine, birim kayma deformasyon değerine ve deprem büyüklüğüne bağlı olarak tahmin edebilmektedir. Bu model IPS yönteminin saha uygulamalarında belirli bir doygunluk derecesi için aşırı boşluk suyu basıncı oranını veya belirli bir boşluk suyu basınç oranı için doygunluk derecesini tahmin edebilir.
Özet (Çeviri)
Liquefaction of sands is an earthquake-induced phenomenon that can cause devastating damages to our built environment. Liquefaction mostly occurs in loose saturated sands when subjected to repeated or seismic loading, due to excess pressure generation of incompressible pore water. This research reports on developing a new liquefaction mitigating technique referred to as Induced Partial Saturation (IPS) which will be a cost-effective and practical solution for new as well as existing structures. The liquefaction mitigation measure that was explored improves earthquake resistance of loose saturated sands by introducing some amount of gas/air in the voids of the sand. Preliminary research performed by Eseller (2004) and Yegian et al. (2007) demonstrated that IPS can be a potential mitigation measure against liquefaction. This research further evaluates in depth the seismic response and liquefaction benefit of sands mitigated by IPS as well as it investigates the sustainability of IPS in sands under various conditions in nature through an integrated experimental and analytical research program. The short- and long-term sustainability of entrapped gas/air bubbles was tested in large scale experimental setups under hydrostatic, and upward, downward, and lateral hydraulic gradients as well as under horizontal excitation. A cyclic simple shear liquefaction box (CSSLB) was designed and manufactured which can induce uniform shear strains in a sand specimen through the use of a shaking table. The CSSLB is versatile and accommodates the insertion of various types of transducers needed in this research. A new laboratory IPS technique was developed to prepare partially saturated sand specimens with uniformly distributed gas bubbles and at controllable degrees of saturations. The new technique involved mixing dry sand with a dental product“Efferdent”(main ingredient being an oxygen source: Sodium Perborate) and raining the mixture in water leading to generation of oxygen gas bubbles in the voids. Then the uniformity of the soil characteristics (relative density and degree of saturation) of sand specimens prepared by IPS was evaluated using a multiple P and S wave measurement facility that was developed for use in large soil specimens. The P-S wave measurement set-up was used to investigate the potential use of P-wave measurements as a means for estimating partial degree of saturation in sands. After evaluating the soil characteristics, cyclic simple shear strain tests were performed on fully and partially saturated sand specimens prepared by IPS. The effect of important parameters including relative density, degree of saturation, induced shear strain levels, initial effective stresses, and applied number of cycles, on excess pore water pressure ratio (ru) generated in sand specimens was investigated through a series of cyclic simple shear strain tests. Finally, an empirical model (RuPSS, excess pore water pressure ratio (ru) in Partially Saturated Sands) was developed to predict excess pore water pressure ratios in partially saturated sands. The model was based on the experimental data obtained from the cyclic simple shear strain tests. The results from this research show that gas/air bubbles entrapped in sand specimens by IPS remain in the voids even under various flow and ground shaking conditions encountered in nature. It was confirmed by the P and S wave measurements that the new IPS laboratory technique is capable of achieving uniform partially saturated sand specimens. Also P wave measurements performed in partially saturated sand specimens at several degrees of saturation demonstrated that contrary to published information, P wave velocity can not provide estimate of degree of saturation (S) for S
Benzer Tezler
- Dişli döşemeli sistemlerin Türk deprem yönetmeliklerinde algılanışı açısından parametrik incelenmesi
Başlık çevirisi yok
ALPER KERESTECİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ HASGÜR
- Betonarme yüksek binalarda yangın güvenliği ve yangın senaryoları üzerinde incelemeler
Investigations on fire safety and fire scenario for reinforced concrete high rise buildings
HASAN KAYACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA GENÇOĞLU
- Mevcut ve güçlendirilmiş betonarme bir binanın deprem güvenliğinin doğrusal ve doğrusal olmayan elastik yöntemlerle belirlenmesi
Seismic performance of an existing and a retrofitted reinforced concrete building using linear and nonlinear elastic analysis procedures
HASAN ÖZEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN AYDOĞAN
- 20 katlı betonarme bir yapının Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği'ne göre tasarımı ve deprem performansının belirlenmesi
Design of 20 storey reinforced concrete building according to Turkish seismic code and determine of seismic performance
FERİT KÜRKÇÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KUTLU DARILMAZ
- Kocaeli ili Dilovası ilçesi gömülü boru hatlarının deprem risklerinin belirlenmesi
Determination of earthquake risks of buried pipelines in Dilovasi district of Kocaeli province
HALİL TURGUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Deprem MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA İLKNUR KARA