Yapı Performans Analizleri İçin Zemin İncelemeleri

Bu yazımızda Jeofizik Yüksek Mühendisi Burak ÇATLIOĞLU tarafından hazırlanmış olan “Yapı Performans Analizleri İçin Zemin İncelemeleri” başlıklı yazıyı sizlerle paylaşıyoruz.

Yapıların performans analizi için yapı elemanlarının özelliklerinin belirlenmesinin yanında zeminin de mekanik ve dinamik özelliklerinin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Aşağıdaki görselde görüldüğü gibi yapıda hiçbir hasar olmasa dahi zeminden kaynaklı problemlerde can ve mal kaybı yaşanabilmektedir.

Bu nedenle yeni bir yapılaşma yapılmadan önce binanın veya herhangi bir yapının oturacağı zeminin özellikleri belirlenerek yapı bu zemine uygun olarak tasarlanmalıdır. Mevcut yapılar ise yapı elemanlarının, yapının geometrisinin ve yapının oturduğu zeminin özellikleri incelenerek denetlenmelidir. Bu denetleme sonucunda yapı riskli veya risksiz olarak sınıflandırılır. Riskli yapıların biran önce güçlendirilmesi, güçlendirmeye uygun olmayanların ise yıkılıp tekrar yapılması toplumsal güvenliğimiz ve ülke ekonomimiz için önemlidir.

Zemin etütleri için hangi mühendislerin hangi parametreleri belirleyeceği Çevre ve Şehircilik Bakanlığı İmar Kanunu Planlı Alanlar Tip İmar Yönetmeliği Madde 57/2-b’de belirlenmiştir.

İlgili Madde;

Statik projeye esas teşkil edecek zemin etüdü (jeoteknik etüt) raporu;

 1- Yeraltının dinamik esneklik direnişleri ve yerin dayanımı, taşıma gücü, yer altı suyu varlığı, yer altı yapısı, deprem bölgelenmesi, yer kırıklıklarının hareketleri, oturma, sıvılaşma ve yer kaymalarının boyutları gibi zeminin fizikî özelliklerini belirleyen çalışmalar yönünden jeofizik mühendislerince,

 2- Sondajlar, arazi çalışmaları, zemin ve kaya mekaniği, laboratuvar deneylerini ihtiva eden zemin-yapı etkileşiminin analizinde kullanılacak temel-zemin, zemin profili ve zemini oluşturan birimlerin fizikî ve mekanik özelliklerini konu alan çalışmalar yönünden jeoloji mühendislerince,

 3- Zemin mekaniği, zemin dinamiği ve zemin emniyet gerilmesi hesaplaması gibi çalışmalar yönünden inşaat ve jeoloji mühendislerince,

 mühendislik hizmetleri standartlarına uygun, detaylı olarak hazırlanan ve parselin bulunduğu zeminin durumunu yukarıda belirtilen çalışmalar ve analizler ile açıklayan, ilgili mühendislik disiplinlerine mensup mühendislerce, Bakanlıkça belirlenen formata göre hazırlanan ve imzalanan belgedir.

Zemin incelemelerinde kullanılan cihaz ve yazılımların gelişmesi, yapıda kullanılan malzemelerin çeşitliliğin artması, yapı stoğunun depreme dayanıklı ve uluslararası standartlara uygun hale getirilmesi için deprem yönetmeliğinin güncellenmesi zorunlu bir hal almıştı. Bu sebeplerden dolayı 18 Mart 2018 tarihinde Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği resmi gazetede yayınlanmış ve 1 Ocak 2019’da yürürlüğe girmiştir. Bu yönetmelik ile bazı hesaplamalar ve deprem tehlike haritası güncellenmiştir (Şekil 2).

Yeni deprem tehlike haritası ile deprem bölgeleri ortadan kaldırılmış, İvme kavramı öne çıkmıştır. AFAD’ın hazırlamış olduğu sistemden çalışma yapılacak parselin koordinatları girildiğinde Statik hesapta kullanacağınız ivme değerini vermektedir. Bu makalede okuyuculara örnek göstermek amacıyla Afad sisteminden İstanbul Cerrahpaşa Tıp Fakültesi seçilmiş ve ivme değerlerine bakılmıştır. Zemin ivmesi 0,415 g’dir (Şekil 3).

Parselde yapılan sondaj ile zeminin türü (kil, kum, kireçtaşı vb.) belirlenir. Farklı derinliklerden alınan numunelere zemin ve kaya mekaniği deneyleri yapılarak Taşıma Gücü hesabında kullanılacak olan birim hacim ağırlık, kohezyon, içsel sürtünme açısı değerleri belirlenir. Taşıma gücü ve zemin emniyet gerilmesi hesabı yapılması için yapının temel boyutlarının bilinmesi gerekmektedir. Yeni deprem yönetmeliğinde güvenli taşıma gücü için güvenlik katsayısının yüzeysel temeller için 1.4 alınması gerektiği belirtilmiştir. Sondaj ilerlerken 1.5 metrede bir SPT deneyi, 3 metrede bir Pressiyometre deneyi yapılmalıdır.  Kaya da SPT ve Pressiyometre deneyi yapılmamaktadır. Sondaj bitirildiğinde borulanmalı ve yeraltısuyu derinliği 1 hafta boyunca takip edilmelidir.

Yönetmeliğe göre 300 m² de en az 3 sondaj yapılmalıdır. Sondaj sayısı ve derinliği parselin büyüklüğüne ve yapının boyutlarına göre arttırılır.

Yönetmeliğin 16A. 1.4. Maddesi a bendinde şu ifade yer almaktadır.

Yüksek dayanıma ve rijitliğe sahip bir tabakanın daha sığ derinliklerde rastlanması durumunda sondaj, bu tabaka içine en az 3 metre girerek tabaka sürekliliğinin belirlenmesi ile sonlandırılabilir.

İstanbul’da Bakırköy Formasyonu olarak bilinen kireçtaşlarının yaklaşık 3-5 metre altında Güngören formasyonu olarak bilinen Kil tabakaları mevcuttur. Bu gibi örnekler birçok yerde olabilir. Yeni yapılacak binalar için sondajlar planlanan derinliğe göre, mevcut yapıların incelenmesi için yapılacak sondajlar ise temel alt kotuna kesinlikle inecek ve basınç soğanının sönümlendiği noktaya kadar olmalıdır.

Sıvılaşma analizi nedir?

ZZemin incelemelerinde dinamik etkiler ise Jeofizik ölçümler ile belirlenir. Sıvılaşma dinamik bir olaydır. Deprem olmadan sıvılaşma gerçekleşmez. Deprem anında boşluk suyu basıncının yükselmesi ve zeminin daneler arasındaki bağı koparmasıyla zemin balçık hale gelir ve sıvılaşma olayı gerçekleşir. Parselde yapılan Sismik ölçümler ile yere mikro ölçekte yapay deprem dalgaları (P-S ve Yüzey Dalgaları) gönderilerek zeminin deprem anında nasıl davranacağı belirlenir. Kayma dalga hızı (S dalga hızı) ile sıvılaşma analizi yapılmaktadır. Ayrıca sondajdan elde edilen SPT verilerinden de sıvılaşma analizi yapılıp jeofizik veri ile jeoteknik veri karşılaştırılıp güvenilir sonuçlar elde edilebilir.

P ve S dalga hızlarından zemine ait poisson oranı, bulk modülü, kayma modülü ve elastisite modülleri de hesaplanır (Şekil 4 ve Şekil 5).

Sismik ölçümler veya Mikrotremör cihazı ile yapılan titreşim ölçümleri ile Zemin Hakim Titreşim periyodu (T_o) belirlenir (Şekil 6). Binanın periyodu ise yapının proje mühendisi tarafından bilinmektedir. Yapının periyodu zeminin periyoduyla çakışırsa ‘’Rezonans’’ olayı gerçekleşir ve bu durumda yapı deprem anında en büyük kuvvete maruz kalacaktır. Rezonansa giren yapı deprem süresi de uzun ise yıkılır. Yapı incelemelerinde zeminin ve yapının periyotları belirlenerek karşılaştırılır.

Zemin sınıfının belirlenmesi

Statik analizde kullanılması için yerel zemin sınıfının inşaat mühendislerine verilmesi gerekir. Zemin sınıfı ise kayma dalga hızı (V_s)₃₀, SPT darbe sayısı (N₆₀)₃₀ ve kohezyonlu zeminlerde ‘’c’’ (C_u)₃₀ verilerine göre aşağıdaki tablo esas alınarak belirlenmektedir.

Yüzeysel temellerde, temel taban kotu ile kaya üst kotu arasında kalınlığı 3 m’den fazla zemin bulunması durumunda ZA ve ZB sınıfı tanımlaması yapılmamaktadır. ZA ve ZB sınıfı zemine karşılık sadece Vs30 parametresinin bulunması zemin etütlerinde Jeofizik ölçümlerin ne kadar önemli ve doğru yapılması gerektiğini göstermektedir. Kayma dalga hızının (Vs); 760 m/sn den yüksek olduğu yerler kaya olarak sınıflandırılmaktadır.

Son olarak yapı incelemelerinde çalışan mühendislere tavsiyem ülkemizde geçerli olan yönetmeliklere uymak ama bunlarla yetinmemektir. Durum tespiti yapmak ve sorunu çözmek için gelişmiş cihazlar ve yazılımlarla mühendisliğin gerektirdiği şekilde yöntemleri kullanmak gerekmektedir.

Burak ÇATLIOĞLU
Jeofizik Yüksek Mühendisi

Zemin etüt çalışmaları genel olarak bu şekildedir. Bu konuda katkı sağlamak isteyen meslektaşlarımın yuksel@insaport.com veya yksl.kayaa@gmail.com adreslerine mail atmalarını rica ederim. Ayrıca sormak istediğiniz soruları mail atabileceğiniz gibi yorum kısmında da sorabilirsiniz.

Sabırla okuduğunuz için teşekkür ederim. Sağlıcakla kalınız.

Saygılarımla,
İnş. Yük. Müh. Yüksel KAYA

Makalenin PDF dosyasını indirmek için TIKLAYINIZ…