Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı ve Geoteknik Mühendisliği

01 March 2023

Depreme Dayanıklı Yapı Tasarımı ve Geoteknik Mühendisliği

6 Şubat 2023 tarihinde başlayan deprem fırtınası kaynaklı can kayıpları ve hasarlar hepimizi derinden yaralamıştır. Bu hasarların büyük oranda yerel zemin koşullarının etkisinin geoteknik mühendisliği bilgileri çerçevesinde dikkate alınmaması veya doğru tayin edilememesinden kaynaklandığını büyük bir üzüntüyle gözlemledik. Ülkemizin depremlerde bir daha böyle acı sonuçlar verecek ağır hasar ve can kayıplarıyla karşılaşmaması en büyük dileğimizdir.

Binalar başta olmak üzere tüm yapılar için temel sistemi seçiminde ve boyutlandırılmasında, statik ve deprem yüklerinin güvenle taşınabilmesi en temel ilkedir. Zemin koşulları depremlerde meydana gelen hasar seviyesini etkiler ve zemin koşulları dikkate alınmadan depreme dayanıklı yapı tasarımı yapılamaz.

Yapılarda hasara sebep olan deprem etkileri arasında kuvvetli yer sarsıntısı birincil etki olarak en büyük öneme sahiptir ve yerel zemin koşullarına doğrudan bağlıdır. Buna ilave olarak, temel zemininde sıvılaşmaya veya yumuşamaya bağlı aşırı oturmalar, taşıma gücü kayıpları ve heyelan tetiklenmesi gibi çok olumsuz durumlar da ortaya çıkabilir ve temel zeminindeki bu bozulmalar yapıların deprem sırasındaki stabilitesini önemli ölçüde etkiler. Bu nedenle, depreme dayanıklı temel tasarımında sadece yer sarsıntısının değil, ikincil bu etkilerin de göz önüne alınması gereklidir. Bu etkilerin oluşturduğu zemin deformasyonlarının temel ve yapı üzerindeki etkisinin uygun ve doğru sayısal yöntemlerle belirlenmesi ve güvenli temel sistemleri tasarımı İnşaat Mühendisliğinin ana disiplinlerinden birisi olan Geoteknik Mühendisliğinin uzmanlık alanına girmektedir.

Sarsıntı şiddeti üzerinde yerel zemin etkisi: Depremler sırasında binalara etkiyecek yer hareketlerinin şiddeti ve frekans özelliklerinin, kırılmanın gerçekleştiği kaynak özellikleri, bu kaynağa olan uzaklığa bağımlı azalım ilişkilerinin yanı sıra yerel zemin koşullarının özellikleri dikkate alınarak tanımlanması gerekir. Depreme dayanıklı bina tasarımında uyulması gereken bütün deprem yönetmeliklerinde, geçmişteki kuvvetli deprem kayıtları ve yapısal hasar dağılımları ile yerel zemin koşulları arasındaki ilişkiyi istatistiksel olarak değerlendiren zemin sınıflandırma sistemleri yer almaktadır. En son 2018 yılında güncellenen Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği’nde (TBDY, 2018) tüm modern deprem yönetmelikleri ile uyumlu bir Yerel Zemin Sınıflandırma Sistemi yer almaktadır. Bu sınıflandırma sistemi, yapı-zemin etkileşimini kontrol eden temel altındaki ilk 30m derinlik içindeki zeminlerin mekanik özelliklerine dayanmaktadır.

Deprem yönetmeliklerinde, deprem sırasında binaya etkiyecek kuvvetler, bölgenin depremselliğini ve yerel zemin koşullarını dikkate alan tasarım spektrumu ile tanımlanmaktadır. TBDY (2018)’de bölgesel deprem tehlikesinin tanımlanmasında, dört farklı deprem yer hareketi düzeyi için hazırlanan Deprem Tehlike Haritaları kapsamında iki adet boyutsuz spektral ivme değerini veren Spektral İvme Haritaları düzenlenmiştir. Harita Spektral İvme Katsayıları ise yerel zemin sınıfına göre seçilen Yerel Zemin Etki Katsayıları kullanılarak elastik tasarım spektrumlarına dönüştürülmektedir. Depreme dayanıklı yapı tasarımı, yetkin inşaat mühendisleri tarafından gerçekleştirilebilecek, üstyapı – temel – zemin etkileşimini dikkate alan analizleri içermelidir.

Temel zemini kaynaklı problemler: Zeminlerde sıvılaşma, gevşek yerleşimli kumlu tabakaların çok hızlı tekrarlı deprem yükleri etkisinde sıkışma eğiliminden kaynaklanmaktadır. Zeminin suya doygun olması durumunda, zemin boşluklarındaki suda oluşan basınç artışlarının efektif gerilmeleri sıfır değerine yaklaştırması durumunda sıvılaşma meydana gelmekte ve zemin tüm mukavemetini kaybedebilmektedir. Deprem yükleri etkisinde, yapı-zemin etkileşimi sonucunda temel taşıma gücünde oluşan kayıplar yapı güvenliğini tehlikeye düşürebilmektedir.

Depremler sırasında ve sonrasında binalar altında aşırı oturmalar meydana gelebilmektedir. Bu oturmalar, temel zemini içinde yer alan killi zeminlerde meydana gelen yumuşama, gevşek kumlarda ise sıkışmadan kaynaklanan ani oturmalar şeklinde gözlendiği gibi, tekrarlı yükler etkisinde meydana gelen boşluk suyu artışlarının yol açtığı konsolidasyon oturmaları şeklinde de ortaya çıkabilmektedir. Ayrıca deprem yükleri etkisi altında yanal yayılma ve şev duraysızlığı oluşabilir, bu bölgelerdeki yapılar, gömülü altyapı ve ulaşım sistemleri hasar görebilir.

Binaların temel sistemlerinin geoteknik mühendisliği alanında yetkin inşaat mühendisleri tarafından, arazi zemin koşulları ile uyumlu ve deprem yönetmeliği doğrultusunda tasarlanması durumunda, temel zemininden kaynaklanan hasarların büyük oranda azaltılması mümkündür. Ancak kentsel planlamalarda ve inşaat alanı yer seçimlerinde, elverişli zemin koşullarına sahip alanların seçilmesinin, daha güvenli ve ekonomik mühendislik tercihi olacağı açıktır. Sonuç olarak, binaların tasarımından imalatı ve ruhsatlandırılmasına kadar tüm süreçlerde etkin bir denetim mekanizmasının kurulması, mesleki sorumluluk bilinciyle güvenilir veri ve hesaba dayalı mühendislik hizmeti verilmesi temel tasarımı ve uygulamaları açısından da kaçınılmaz bir gerekliliktir.

Saygılarımızla,                                                                                                            

1 Mart 2023