ÇEVRE - DOĞADR. EŞREF ATABEYFLAŞ HABER

DEPREMDE YAPI GÜVENLİĞİ İÇİN ZEMİNİN ÖNEMİ 

DEPREMDE YAPI GÜVENLİĞİ İÇİN ZEMİNİN ÖNEMİ 

DR, EŞREF ATABEY

Jeoloji Yüksek Mühendisi / Tıbbi Jeoloji uzmanı / Yazar

 

Depremlerde yapı güvenliğinin ilk kriteri zeminin özellikleridir. İkinci kriter ise depreme dayanıklı yapı inşasıdır.  Bir yerin jeolojik özellikleri (kaya türü dağılımı), tektoniği (faylar, kırıklar, kıvrımlar), yüzey şekli topoğrafyası, jeomorfolojik, yer altı suyu davranışı, hidrojeolojik özellikleri o yerin yerel zemin özelliklerini oluşturur. 

 

Farklı zeminler, farklı kaya türü üzerindeki yapıların, aynı şiddetteki bir depremde yer hareketine karşı davranışları, farklı derecelerde hasar gördükleri, geçmiş depremlerin yarattığı hasarlara bakıldığında açıkça görülmektedir. 

 

Bu durum, deprem dalgalarının geçtikleri zeminlerin özelliklerine göre değişime uğradıklarını ortaya koymaktadır. Yerel zemin özelliklerinin yapılarda hasar oluşturacak etkileri zemin büyütmesi, sıvılaşma, yamaçlarda kaymalar, zeminde çökme şeklinde olmaktadır.

 

Zemin özellikleri 

 

Zeminler kaya türü özelliklerine göre en zayıf, zayıf, orta derecede sağlam, sağlam zeminler diye ayrılabilir.

 

En zayıf zeminler (alüvyon zeminler)

 

 Yeryüzünde ya da yeryüzüne yakın kesimlerde atmosfer, su ve organizmaların neden olduğu fiziksel, mekanik ve kimyasal olayların etkisi altında kalarak gevşek taneli bir yapı oluşturan mineral ve kayaçların zamanla biyolojik ve iklimsel işlevlerle de yoğrulması sonucu oluşan, katı (ayrışmış mineral ve kayaçlar), sıvı (su) ve gaz (hava) bileşenlerinden oluşan,besin maddelerinin esas kaynağı durumundaki ince yüzeysel örtü ya da malzemedir [1, 2, 3]. 

Bu tür zeminler 1.8 ile Günümüz arası yaşlı alüvyon zeminlerdir. En üstte toprak seviyesi olan, altta çakıl, kum, silt, kil ve çamurdan oluşan alüvyon zeminlerdir. Materyaller gevşek ve çimentosuzdur. 

 

Alüvyon zeminde depremin yıkıcı etkisi

 

Alüvyon zemin çakıl, kum, silt, kil, çamurdan oluşur. Kum ve silt taneleri gözeneklerinde su bulunur. Kil mineralleri içeren bütün kayaçlar yüksek iletkenliğe sahip olmasına rağmen, suyun elektrik iletkenliği zayıftır. 

 

Depremde ilk hissedilen Primer dalgaları boyuna, basınç dalgaları olup, katı, sıvı ve gazlarda hareket eder ve cisimleri ileri geri hareket ettirir. Bina ileri hareket eder; tekrar geri gelir.

 

İkincil dalga olan Segonder deprem dalgaları aşağı, yukarı, ileri, geri cisimleri hareket ettirir. Enine sismik dalga olup, katılarda hareket eder; sıvı ve gazlarda hareket edemez. Dalgalarda sörf hareketi gibi cisim yukarı çıkar; ve geri iner.

 

Deprem enerjisi yüzeye ulaştığında havuzun yüzeyindeki su dalgaları gibi yüzey dalgalarına dönüşür ve asıl yıkıcı etkiyi bu Love ve Rayleigh sismik dalgalar yapar. Cisimler gölde sallanan kayık gibi yükselir; geri iner.

 

Deprem dalgalarının genliği ve zaman aralıkları genellikle ana kayaçtan zayıf pekişmiş ya da suya doygun alüvyon malzemeye geçtiğinde artar. Bu yüzden alüvyon üzerine, en zayıf gevşek malzeme üzerine yapılmış olan binalar, ana kayaç üzerine yapılmış olanlara göre daha çok hasar görür [4].  

Şekil 1

 

Zayıf zeminler

 

 Ayrık katı bileşenleri arasında doğal çimento görevi üstlenecek bir bağlayıcı bulunmayan veya çok gevşek olarak bulunan bir bağlayıcının su etkisiyle ortamdan kolayca uzaklaştırılarak tanelerin serbest hale geçebildiği ayrık kayaçlar ve mineraller topluluğudur  [1, 2, 3].  

Genellikle 5 ile 1.8 milyon yıl arası yaşlı birikinti konileri ve yamaç molozlarından oluşur. Dereler, ovaya ulaştıkları alanlarda küçük boyutlu birikinti konileri oluşturlar. Tane çapı çok değişken olup çamur ve silt boyutundan blok boyutuna ulaşan kayaç parçaları içerir. 

 

Orta derecede sağlam zeminler

 

Yeri ve tüm nitelikleri zemin ile kaya arasında bulunan ve mekanik özellikleri açısından zeminden daha dirençli olan kayaç ve mineral topluluğudur.

Bu tür zemin bileşimi 13.5 ile 2 milyon yıl arası yaşlı çakıltaşı, kumtaşı, silttaşı, kiltaşı ve çamurtaşından oluşur. Depremde kayma, kopma ve heyelanlar şeklinde reaksiyon gösterebilir. 

 

Sağlam zeminler

 

Kütlesel, birbirine doğal çimentolanmış taneli veya kristalli yoğun kayaçlardır. Kristalleri ve taneleri su etkisi altında bile zamanla bozulmayan sağlam bağlarla birleştirilmiş, az ya da çok süreksizlikle sınırlandırılmış olan birim kayaç elemanlarının oluşturduğu doğal koşullar altındaki kayaçlardır.

Şekil 2

 

Türkiye’de olan depremlerden sonra görülmektedir ki; kalitesiz ve plânsız yapılaşma ile jeolojik ve jeoteknik faktörler göz ardı edilerek ve buna bağlı olarak hatalı yer seçimi ve yapı inşası deprem anında büyük can ve bina hasarlarına yol açmaktadır.

 

 Baraj, tünel, otoyol gibi mühendislik yapılarının tasarımında olduğu gibi, kentsel gelişmede yapıların üzerinde inşa edileceği zeminlerin jeolojik ve yapısal özelliklerinin, mühendislik girişimi öncesinde, sırasında ve sonrasında davranışlarının jeoteknik özelliklerinin, yer altı suyu koşullarının ve jeolojik çevrenin yapılar ve kentin gelişimi üzerindeki etkilerinin kentsel plânlama sürecinde ve inşaat öncesinde ayrıntılı şekilde değerlendirilmesi ve tasarımda dikkate alınması gerekmektedir [1].  

 

Malzemelerin üç boyutta dağılımının, jeolojik, yapısal ve jeoteknik özelliklerinin ve değişik yükleme koşulları altında (statik ve dinamik) gösterecekleri davranışın önceden belirlenmesi mühendislik tasarımında hayati önem taşımaktadır. Dolayısıyla jeolojik, jeoteknik etütler, yer seçiminin, kent plânlamasının ve yapı tasarımının ayrılmaz bir parçasını oluşturmaktadır [1].

 

Türkiye’de bu tür etütler daha çok baraj, köprü, tünel, yüksek binalar gibi yapılar için uygulana gelmiş olup, kentleşme sürecinde önemli ölçüde ihmal edilmiştir. Gelişmiş ülkelerde, yapının (projenin) boyutlarına bağlı olarak, bu etütler için yapı maliyetlerinin yüzde 0,5’i ile yüzde 5’ine kadar bir bütçenin ayrıldığı, ancak beklenmeyen olumsuz zemin koşullarıyla karşılaşması halinde bu payın yüzde 10’a kadar çıkabildiği dikkate alınırsa, konunun ne kadar önemli olduğu görülmektedir [1].  

 

Türkiye’de son yıllarda sıkça yaşanan depremler ile diğer doğal afetlerden sonra ve yukarıda değinilen hususlar çerçevesinde kentleşme sürecinden ve inşaattan önce;

 

  • Sadece yapı alanındaki (parsel bazında) zeminlere ait zemin emniyet gerilmesi ve zemin oturması gibi hususların belirlendiği klasik zemin etüdünün kapsamı dışına çıkılarak, özellikle depreme karşı hassas bölgelerde; aktif (diri) fayların konumları başta olmak üzere, jeolojik faktörlerin yanı sıra, sıvılaşma riski (gevşek toprak zeminler) ve zemin hakim periyodu gibi zeminin dinamik özelliklerini kapsayan jeolojik-jeoteknik etütlerin yaygınlaştırılması,

 

  • Jeolojik-jeoteknik etüdlerden sağlanan veriler esas alınarak, uygun yer seçimine, temel tipine ve uygun zemin iyileştirme tekniklerine karar verilmesi bir zorunluluk olarak kabul edilmelidir. Jeolojik ve jeoteknik etüdler önce bölgesel ölçekte sonra da yerel ölçekte ele alınmalıdır [1].

 

Bölgesel jeolojik ve jeoteknik etütler

 

Özellikle yeni yerleşim bölgelerinin belirlenmesinde ve mevcut yerleşim bölgelerinin imara yeni açılacak kesimleri için gerçekleştirilecek olan yerleşim alanı seçiminin planlanmasında esas alınacak bölgesel etütler, aşağıda belirtilen aşamalardan/unsurlardan ve bunlara ilişkin teknik belgelerden oluşmalıdır [1].  

  • Topoğrafik koşullar (morfolojik harita),
  • Jeolojik koşullar (jeoloji haritası ve kesitleri),
  • Bölgenin sismisitesi, aktif fayların konumu, uzanımı ve yapılaşma için planlanan alana uzaklığı (sismotektonik harita), 
  • Hidrojeolojik değerlendirme (yer altı suyu haritası),
  • İncelenen alan genelinde kaya ve toprak zeminlerin sınırlarının ayırtlanarak bunların inşaat mühendisliği tasarımında önem taşıyan jeoteknik parametrelerinin ve dinamik özelliklerinin tayini,

 

Doğal afetlere ilişkin değerlendirmeler:

  • Aktif potansiyel heyelan alanları,
  • Taşkın potansiyeline maruz kalabilecek alanlar,
  • Gevşek toprak zeminlerin ve ayrışmış zonların yayılımı,
  • Gevşek zeminlerde sıvılaşma potansiyeli gibi risklerin değerlendirilmesi ve bunlara ilişkin zon haritalarının yapılması,
  • Tüm haritaların birlikte değerlendirilmesiyle (üst üste çakıştırılarak tek bir harita haline getirilmesiyle) “mühendislik jeolojisi” ve “arazi kullanım” haritalarının hazırlanması.

 

Mikrobölgelendirme haritaları

 

Özellikle yerleşim birimlerine özgü olarak, kentsel yerleşim ve sanayi bölgelerinde deprem tehlikesinin belirlenmesi amacıyla hazırlanan ve kullanılan mikrobölgelendirme haritalarının büyük bir önemi vardır. 

 

Depremi sonuçlayan yer hareketinin parametrelerinin ulaşacağı azami seviyeler ve deprem etkisiyle oluşacak zemin sıvılaşmaları, heyelanlar, su baskınları gibi ikincil etkilerin sınırlarının belirlenmesini sağlayan bu haritalar, kentsel bölgelerde meydana gelebilecek büyük depremlerin oluşturacağı hasarları ve sosyo-ekonomik kayıpları tahmin etmeye yarayan ve Deprem Senaryoları olarak adlandırılan çalışmalar için önemli bir veri kaynağı durumundadır [5]. 

 

Büyük şehirlerde, hızlı nüfus artışının körüklediği yanlış arazi kullanımı, sağlıksız yapılaşma, yetersiz altyapı ve çevresel düzensizlikler ise, meydana gelebilecek şiddetli bir depremin oluşturacağı zararları birkaç kat artıracak durumdadır. Bu bölgelerde olabilecek büyük depremlerin oluşturacağı yapı, altyapı ve sistem hasarlarını; heyelanlar, zemin göçmeleri ve sıvılaşmalarını; can kayıpları ve yaralanmaları; deprem sonrasında meydana gelebilecek patlama, yangın ve su baskınları ile diğer sosyo-ekonomik kayıpların nitelik ve nicelik olarak önceden belirlemesi, ancak deprem senaryolarıyla mümkün olmaktadır [5].  

 

Ayrıca, söz konusu yerleşim alanlarında, yapılması gereken deprem öncesi hazırlıkların ve afet planlarının hazırlanmasının yanı sıra; depreme karşı dayanımın artırılması amacıyla, güçlendirilmesi gereken yapı ve sistemlerin öncelik sırasının belirlenmesi; deprem sonrası acil yardım, kurtarma, enkaz kaldırma gibi hizmetlerin düzenlenmesi ve geçici iskân planlarının yapılmasında da esas oluşturacak bilgi kaynaklarını bu senaryolar oluşturmaktadır [5].  

 

Yerel jeolojik ve jeoteknik etütler (zemin etütleri)

 

Yerel anlamda (Parsel bazında) herhangi bir yapı için öngörülen ve yönetmeliklerde zemin etüdü olarak adlandırılan jeolojik-jeoteknik etütler ise, daha çok zeminin yenilmesi ve oturma davranışı dikkate alınarak yapı temel tipinin seçimine, depremden kaynaklanacak dinamik yüklerin belirlenmesine ve zeminin iyileştirilmesine gerek olup olmadığına karar verilmesine yönelik olup, planlanan yapının alanı ve yakın civarıyla sınırlıdır. Yapı alanında yürütülmesi gereken çalışmalar, ayrıntısına girilmeksizin, aşağıda verilmiştir [1].

a- Tamamen karot alınarak yapılan sondajlarda standarda uygun şekilde jeoteknik kuyu loğlarının hazırlanması,

b-Toprak zeminlerin bulunduğu alanlarda,

1- Standart Penetrasyon Deneyi (SPT) veya Konik Penetrasyon Deneyinin (CPT) yapılarak verilerin zemin mekaniği prensiplerine göre değerlendirilmesi (zemin parametrelerinin tayini ve sıvılaşma analizi),

2- Yer altı suyu seviyesinin ölçülmesi ve geçirimlilik katsayısının tayini (hidrojeoloji uygulaması),

c- Jeoteknik amaçlı laboratuvar deneylerinde kullanılmak üzere karot veya toprak zemine ait örselenmemiş tüp örneklerinin alınması,

d- Zeminin dinamik parametrelerinin tayini (planlanan yapı alanı da içeren bölgenin imara açılmasından önce yapılan etütlerin kapsamında bu parametrelerin tayin edilmemiş olması halinde veya zemin koşullarının gerektirdiği durumlarda jeofizik teknikler kullanılarak),

e- Yapının niteliğine ve zemin koşullarına bağlı olarak sorumlu mühendis tarafından gerek görüldüğü taktirde yerinde bazı arazi deneyleri de yapılabilir. Laboratuvarda ise, zeminin türüne bağlı olarak (kaya veya toprak) kaya ve/ veya zemin mekaniği prensiplerine ve yönetmeliklerde belirtilen standartlara uygun olarak;

1- İndeks ve mühendislik sıvılaşması deneyleri,

2- Dayanım parametrelerinin tayini için deneyleri,

3- Toprak zeminlerde konsolidasyon deneyleri yapılmaktadır.

Elde edilecek ve hesaplanacak parametreler temel mühendisliği çözümlemelerinde inşaat mühendisi tarafından;

4- Uygun temel tipinin seçimi ve depreme dayanıklı yapı tasarımı,

5- Gerekiyorsa ve ekonomik ise, zemin iyileştirme çalışmalarının planlanması,

6- Çok kötü zemin koşullarıyla karşılaşılması durumunda öngörülen alanın terk edilerek yeni yer seçimine gidilmesine karar verilmesi gibi amaçlarla kullanılmaktadır.

 

Bilimi rehber almadan yapacağımız her şey, bizler için potansiyel bir tehlikedir. Rahat ve huzurlu yaşamın temeli bilimdir.

 

*Temizmekan.com portalında 20.2.2023 tarihli yazının yeniden düzenlenmiş halidir.

 

Kaynaklar

[1] Ulusay, R. 1999. kentleşme sürecinde yer seçimi ve depreme dayanıklı yapı inşasında jeolojik-jeoteknik etütlerin önemi ve işlevi, TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları, 51, Teknik Kılavuzlar serisi, 6,23 s, Ankara.

[2] Eşref Atabey. 2020. Deprem ve Tsunami. Asi Kitap. 309s.İstanbul. 

[3]  Yüzer, E. ve Vardar, M. 1999. Yerleşim bölgelerinin plânlamasında yerbilimleri, 5, Hacettepe Üniv., Ankara.

[4] Monroe, J. S. ve Wicander, R. 2004. Physical Geology (Fiziksel Jeoloji Yeryuvarı’nın  Araştırılması; Türkçe baskıya hazırlayanlar. K. Dirik ve M. Şener). TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Çeviri Serisi No:1, 642s. 

[5]  M. Dirican. 1999. Deprem sorunları: TÜBİTAK, Bilim ve Teknik, Sayı 382, 18-21.

 

Daha Fazla Göster

İlgili Makaleler

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu