Bursa'da Sıvılaşma Riski: Alüvyon Zeminlerde Değerlendirme ve Önlemler

Büyük depremlerden sonra yan yatmış binalar, zeminden fışkıran kum ve su, çökmüş yol ve kaldırımlar genellikle aynı olgunun sonucudur: sıvılaşma. Bursa, hem aktif fay sistemlerine yakınlığı hem de geniş alüvyon ovası nedeniyle sıvılaşmanın sıkça konuşulduğu şehirlerden biridir.

Ancak "Bursa'da sıvılaşma riski var mı?" sorusunun tek bir cevabı yoktur. Aynı ovada birkaç yüz metre arayla birbirinden çok farklı zemin profilleri bulunabilir. Bu yazıda sıvılaşmanın nasıl oluştuğunu, Bursa'da hangi zemin ortamlarının dikkatle incelenmesi gerektiğini, riskin nasıl hesaplandığını ve hangi önlemlerin alındığını anlatıyoruz.

Sıvılaşma nedir, nasıl oluşur?

Sıvılaşma, deprem sarsıntısının tekrarlı yüklemesi altında zemin taneleri arasındaki boşluk suyu basıncının hızla artması ve tanelerin birbirine uyguladığı efektif gerilmenin çok düşük seviyelere inmesiyle ortaya çıkar. Taneler arası temas zayıfladığında zemin, kayma dayanımının büyük kısmını kaybeder ve kısa bir süre için sıvı gibi davranır.

Sıvılaşma için gereken koşullar

Sıvılaşmanın oluşması için genellikle aşağıdaki koşulların birlikte bulunması gerekir:

Bu koşullardan biri eksikse (örneğin zemin kuruysa, çok sıkıysa veya yüksek plastisiteli kil ise) klasik anlamda sıvılaşma beklenmez. Ancak bu tür zeminlerde de deprem sırasında dayanım kaybı veya büyük deformasyonlar gibi başka sorunlar değerlendirilmelidir.

Sıvılaşmanın yapılara etkisi

• Taşıma gücü kaybı: Temel altındaki zemin yükü taşıyamaz; bina oturur veya yan yatar.
• Farklı oturma: Yapının bir kısmı diğerinden daha fazla oturur, taşıyıcı sistemde hasar oluşur.
• Yanal yayılma: Hafif eğimli arazilerde ve kıyılarda zemin kütlesi yatayda hareket eder.
• Kum kaynaması: Basınçlı su, kumu yüzeye taşır; zemin içinde boşluk ve düzensiz oturma oluşur.
• Altyapı hasarı: Gömülü borular ve rögarlar yüzeye doğru hareket edebilir.

1999 Kocaeli depremi sonrasında Adapazarı ve Marmara kıyılarında gözlenen hasarlar, sıvılaşmanın Türkiye'deki en iyi belgelenmiş örnekleri arasındadır ve bu konunun yerel mühendislik uygulamasında önemini artırmıştır.

Bursa'nın genel jeolojik ve sismik çerçevesi

Bursa, Marmara Bölgesi'nin güneyinde, Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun güney kollarının etkisindeki bir bölgede yer alır. Kentin tarihinde 1855 depremleri gibi yıkıcı olaylar kayıtlıdır. Bölgesel deprem tehlikesi, AFAD Türkiye Deprem Tehlike Haritaları (yeni sekmede açılır) üzerinden parsel koordinatına göre sorgulanabilir; diri faylarla ilgili genel bilgiye MTA (yeni sekmede açılır) kaynaklarından ulaşılabilir.

Sıvılaşma açısından belirleyici olan ise deprem tehlikesinin yanında yerel zemin koşullarıdır. Bursa'da genel olarak iki farklı zemin ortamı öne çıkar:

• Uludağ eteklerine doğru yükselen, daha eski ve genellikle daha sıkı birimlerin ve kaya temelin yüzeye yaklaştığı kesimler.
• Ova tabanında, akarsuların taşıdığı malzemeyle oluşmuş, genç ve katmanlı alüvyon çökelleri.

Bursa ovası ve Nilüfer Çayı çevresi

Bursa ovası, Nilüfer Çayı ve ona karışan derelerin uzun süre boyunca taşıdığı kil, silt, kum ve çakıl çökelleriyle dolmuş bir havzadır. Akarsu ortamında çökelen bu malzeme yatayda ve düşeyde hızla değişir: Bir sondajda kalın bir kil katmanı görülürken hemen yanındaki sondajda eski bir dere yatağına ait gevşek kum–çakıl mercekleri bulunabilir.

Ovanın bazı kesimlerinde yeraltı suyunun yüzeye yakın olması, sıvılaşma değerlendirmesini bu bölgelerde daha kritik hale getirir. Bununla birlikte, ova tabanındaki her parselde sıvılaşma riski bulunduğunu söylemek doğru değildir; killi ve plastik katmanlar ağırlıktaysa risk düşük çıkabilir.

Gemlik ve kıyı kesimleri

Gemlik Körfezi çevresindeki kıyı düzlükleri ve dere ağızları, denizel ve akarsu çökellerinin ardalandığı, yeraltı suyunun sığ olduğu ortamlardır. Kıyı dolguları ve yapay dolgu alanları da bu kapsamda ayrıca incelenmelidir. Kıyıya yakın sahalarda sıvılaşmaya ek olarak yanal yayılma ihtimali de değerlendirilmelidir. Bölgeye özgü etüt yaklaşımı için Gemlik zemin etüdü sayfamıza bakabilirsiniz.

Bursa genelindeki etüt süreçlerini merak ediyorsanız Bursa zemin etüdü sayfamız ilçe bazında genel bilgiler sunar.

Sıvılaşma riski nasıl değerlendirilir?

Sıvılaşma değerlendirmesi, zemin etüdünün bir parçası olarak yapılır ve birkaç aşamadan oluşur.

1. Saha araştırması

• SPT'li sondajlar: Derinlik boyunca N değerleri ölçülür ve her seviyeden numune alınır.
• CPT / CPTu: Sürekli uç direnci profili, ince kum bantlarının yakalanmasını sağlar.
• Jeofizik ölçümler: MASW ile kayma dalgası hızı profili elde edilir; Vs30 değeri zemin sınıfının belirlenmesinde kullanılır.
• Yeraltı suyu gözlemi: Su seviyesi ve mümkünse mevsimsel değişimi kaydedilir.

İki arazi deneyinin güçlü ve zayıf yanlarını SPT ve CPT karşılaştırmamızda ayrıntılı anlattık.

2. Laboratuvar deneyleri

Sıvılaşma açısından en önemli laboratuvar verileri elek analizi ile belirlenen ince tane oranı ve Atterberg limitleri ile belirlenen plastisitedir. İnce tane oranı ve plastisitesi yüksek zeminlerin sıvılaşma davranışı, temiz kumlardan farklıdır ve analizde bu fark dikkate alınır.

3. Analiz

Yaygın kullanılan basitleştirilmiş yöntemlerde iki büyüklük karşılaştırılır:

• CSR (tekrarlı gerilme oranı): Tasarım depreminin zeminde oluşturduğu yük. Sahanın tasarım ivmesi, deprem büyüklüğü ve derinliğe bağlı olarak hesaplanır.
• CRR (tekrarlı direnç oranı): Zeminin sıvılaşmaya karşı direnci. SPT'de düzeltilmiş (N1)60, CPT'de normalize uç direnci ve ince tane oranından elde edilir.

Her derinlik için güvenlik sayısı (FS = CRR / CSR) hesaplanır. Güvenlik sayısının kabul edilen sınırın altında kaldığı katmanlar sıvılaşabilir olarak işaretlenir. Ardından bu katmanların kalınlığı ve derinliği dikkate alınarak olası oturmalar ve yüzey etkileri tahmin edilir.

4. Zemin sınıfı ve tasarım sonucu

TBDY 2018 kapsamında sıvılaşma potansiyeli yüksek zeminler, sahaya özel değerlendirme gerektiren ZF sınıfıyla ilişkilendirilir. Bu durumda yalnızca standart spektrum kullanmak yeterli olmaz; sahaya özel analiz ve çoğu zaman zemin iyileştirme gerekir. Zemin sınıflarına dair ayrıntılar için TBDY 2018 zemin sınıfları rehberimize göz atabilirsiniz.

Sıvılaşmaya karşı alınabilecek önlemler

Sıvılaşma riski tespit edilen sahada amaç; sıvılaşabilir katmanı sıkılaştırmak, bağlayıcıyla güçlendirmek, boşluk suyu basıncının sönümlenmesini hızlandırmak veya yapı yükünü bu katmanın altındaki sağlam zemine aktarmaktır. Hangi yöntemin seçileceği; katman kalınlığı, derinlik, yapı yükü, komşu yapılar ve yeraltı suyu durumuna bağlıdır.

Kent içindeki dar ve komşu yapılarla çevrili parsellerde titreşimsiz yöntemler, yani jet grout, DSM ve kazıklar genellikle öne çıkar. Hangi yöntemin seçileceğine dair ayrıntılı karşılaştırma için jet grout mu fore kazık mı yazımıza bakabilirsiniz.

İyileştirme sonrası doğrulama

Zemin iyileştirme yapıldıktan sonra hedefe ulaşılıp ulaşılmadığı kontrol edilmelidir. Bu kontroller, kolonlardan alınan karotlar ve basınç deneyleri, iyileştirme sonrası SPT/CPT ile yapılan karşılaştırmalı ölçümler ve kazıklarda PIT deneyi gibi yöntemleri kapsar. Tasarım ve uygulama zincirinin tamamı için zemin iyileştirme proje hazırlama sayfamızı inceleyebilirsiniz.

Parsel sahibi olarak neleri sormalısınız?

Sıvılaşma açısından hassas olabilecek bir bölgede yapı yapacak veya yapı satın alacaksanız, zemin etüdü raporunda aşağıdaki soruların cevaplarını arayın:

1. Sondajlar yeterli derinliğe inmiş ve sıvılaşabilir katmanları geçmiş mi?
2. Yeraltı suyu seviyesi ölçülmüş ve kaydedilmiş mi?
3. Kumlu–siltli katmanlarda ince tane oranı ve plastisite deneyleri yapılmış mı?
4. Sıvılaşma analizi yapılmış mı, hangi yöntem ve hangi deprem parametreleri kullanılmış?
5. Güvenlik sayısı düşük çıkan katmanlar için oturma tahmini verilmiş mi?
6. Öneriler bölümünde somut bir iyileştirme veya temel çözümü var mı?

Raporun tamamını okumakta zorlanıyorsanız zemin etüdü raporu okuma rehberimiz adım adım yol gösterir.

Detay Zemin'in yaklaşımı

Kurucumuz Gökçe Demir'in yüksek lisans çalışması zeminlerde sıvılaşma ve coğrafi bilgi sistemleri (CBS) üzerinedir (firma beyanı). Bu birikimle Bursa ve çevresindeki projelerde sıvılaşma değerlendirmesini zemin etüdünün ayrılmaz bir parçası olarak ele alıyor; gerekli durumlarda Bursa'da zemin iyileştirme çözümlerinin tasarım ve uygulama sürecinde yer alıyoruz.