Standard Penetration Test in Predicting the Shear Strength and the Cyclic Mobility of Fine Grained Soils

Abstract

The evaluation of liquefaction susceptibility of soils and the related failures during earthquakes are one of the important aspects in geotechnical engineering. The liquefied soil will not only cause instability on substructure, but it will also cause failure on superstructure, resulting in catastrophic fatalities. Therefore, it is very important to be able to predict the liquefaction susceptibility of soils during earthquakes. There are different methods used for determining the liquefaction susceptibility of soils. In the present study, 20 boreholes in Basra city in Iraq were considered and the seismicity and the liquefaction susceptibility of the fine grained soils in these boreholes were studied by using the measured Atterberg limits, shear strength parameters and the standard penetration test, SPT N values. Because of the uncertainty and the confusion of the fine grained soils due to cyclic loading, the reliability of using the SPT values in predicting the Atterberg limits and the shear strength parameters of fine grained soils was also evaluated. According to the findings, Seed et al., (2003) and Bray et al., (2004) criteria’s were found to be more applicable for predicting the liquefaction susceptibility of Basra soil based on Atterberg limits data. The calculated factor of safety, FS against liquefaction based on cyclic stress ratio, CSR and cyclic resistance ratio, CRR gave a high liquefaction potential for Basra soil. Strong correlations between the shear strength parameters and the SPT values were obtained whereas for the prediction of cone penetration resistance, qc from SPT is not promising. Keywords: Chinese criteria, cyclic mobility, cyclic resistance ratio, cyclic stress ratio, liquefaction susceptibility, seismicity, sensitivity.

ÖZ: Depremler sırasında toprakta sıvılaşma duyarlılığının ve ilgili göçmelerin değerlendirilmesi geoteknik mühendisliğinin önemli yönlerinden biridir. Sıvılaşmış toprak yalnızca altyapı üzerinde istikrarsızlığa neden olmayıp, aynı zamanda felaket ölümlerle sonuçlanan, üstyapı üzerinde yetmezliğe de neden olur. Bu nedenle, deprem sırasında zemin sıvılaşma duyarlılığını tahmin edebilmek çok önemlidir. Zeminlerin sıvılaşma duyarlılığını belirlemek için kullanılan farklı yöntemler vardır. Bu çalışmada, Irak Basra kentinde 20 adet sondaj kuyusu dikkate alınıp, bu noktalardaki ince taneli zeminlerin depremsellik ve sıvılaşma duyarlılığı, ölçülen kıvam limitleri, kayma mukavemeti parametreleri ve standard penetrasyon deneyi, N değeri kullanılarak incelendi. İnce taneli zeminlerin tekrarlı yükleme altındaki davranışlarındaki belirsizlik nedeniyle, ince taneli zeminlerin kıvam limitleri ve kayma mukavemeti parametrelerinin SPT değerleri kullanılarak tahminindeki güvenilirliği de değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgulara göre, Seed ve diğerleri (2003) ve Bray ve diğerleri (2004) kriterleri, kıvam limitleri verilerine dayanarak Basra toprağının sıvılaşma duyarlılığı tahmininde daha uygun olduğu bulunmuştur. Tekrarlı gerilme oranı, TGO ve tekrarlı direnç oranları, TDO esas alınarak sıvılaşmaya karşı hesaplanan güvenlik faktörü, Basra toprağı için yüksek sıvılaşma potansiyeli verdi. Kayma direnci parametreleri ve SPT değerleri arasında kuvvetli korelasyon elde edilirken SPT kullanılarak koni penetrasyon direnci, qc tahmini umut verici değildir. Anahtar kelimeler: Çin kriteri, tekrarlı hareketlilik, tekrarlı direnç oranı, tekrarlı gerilme oranı, sıvılaşma duyarlılığı, depremsellik, duyarlılık.