TBDY 2018 Zemin Sınıfları: ZA'dan ZF'ye Yerel Zemin Sınıfı Rehberi

Aynı büyüklükteki bir deprem, sağlam kaya üzerindeki bir binayı ve yumuşak alüvyon üzerindeki bir binayı çok farklı biçimde sarsar. Yumuşak zeminler deprem dalgalarını büyütebilir, sarsıntının süresini uzatabilir ve yapıya aktarılan kuvvetleri artırabilir. Bu nedenle deprem yönetmelikleri, yapının üzerinde bulunduğu zemini sınıflandırır ve tasarımı bu sınıfa göre yapar.

2019 yılından bu yana yürürlükte olan Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018), yerel zemini ZA, ZB, ZC, ZD, ZE ve ZF olmak üzere altı sınıfa ayırır. Bu yazıda her sınıfın tanımını, kullanılan ölçütleri, zemin sınıfının tasarım spektrumuna etkisini ve zemin sınıfının sahada nasıl belirlendiğini anlatıyoruz.

Yerel zemin sınıfı nedir?

Yerel zemin sınıfı, bir parseldeki zeminin üst yaklaşık 30 metrelik kesiminin deprem dalgalarını nasıl ilettiğini ve değiştirdiğini temsil eden bir sınıflandırmadır. TBDY 2018'de bu sınıflandırma üç temel parametreye dayanır:

• (Vs)30: Üst 30 metredeki ortalama kayma dalgası hızı (m/s),
• (N60)30: Üst 30 metredeki ortalama düzeltilmiş SPT darbe sayısı,
• (cu)30: Üst 30 metredeki ortalama drenajsız kayma dayanımı (kPa).

Bunlardan en doğrudan olanı kayma dalgası hızıdır; çünkü deprem dalgalarının zemindeki davranışı doğrudan zeminin rijitliğiyle ilişkilidir. Vs30, katman kalınlıklarının her katmandaki Vs değerine oranlarının toplamı kullanılarak hesaplanır; yani basit aritmetik ortalama değil, dalganın 30 metreyi kat etme süresine dayalı bir ortalamadır. Bu nedenle ince ama çok yumuşak bir katman bile Vs30 değerini belirgin biçimde düşürebilir.

ZA, ZB, ZC, ZD, ZE ve ZF: tablo halinde tanımlar

TBDY 2018, yerel zemin sınıflarını ZA'dan ZF'ye altı kademede tanımlar; sınıf, zemin profilinin kayma dalgası hızı ve benzeri parametrelerine göre belirlenir. Aşağıdaki tablo, TBDY 2018 Tablo 16.1'deki yerel zemin sınıflarını özetlemektedir. Değerler üst 30 metrelik zemin profili için geçerlidir.

ZE için ek koşul: Yukarıdaki değerlerden bağımsız olarak, profilde toplam kalınlığı 3 metreden fazla olan, plastisite indisi PI > 20, su içeriği w > %40 ve drenajsız kayma dayanımı cu < 25 kPa koşullarını sağlayan yumuşak kil tabakası bulunan zeminler de ZE sınıfında değerlendirilir.

ZF kapsamındaki zeminler (genel): Deprem etkisi altında çökme veya göçme riski taşıyan zeminler bu sınıftadır. Örneğin:

• Sıvılaşabilir zeminler,
• Yüksek derecede hassas killer,
• Göçebilir (çökebilir) zayıf çimentolu zeminler,
• Kalın turba ve/veya organik içeriği yüksek kil tabakaları,
• Kalın, yüksek plastisiteli kil tabakaları,
• Çok kalın yumuşak veya orta katı kil tabakaları.

ZF sınıfındaki sahalarda standart tasarım spektrumu doğrudan kullanılmaz; sahaya özel zemin davranış analizi yapılması gerekir.

Her sınıfı kısaca tanıyalım

ZA – Sağlam, sert kayalar

Çok yüksek kayma dalgası hızına sahip, sağlam ve az çatlaklı kayalardır. Deprem dalgalarını büyütme eğilimi en düşük sınıftır. Şehir içi yapılaşma alanlarında üst 30 metrenin tamamının bu nitelikte olduğu durumlarla daha seyrek karşılaşılır.

ZB – Az ayrışmış, orta sağlam kayalar

Kaya niteliğini korumakla birlikte bir miktar ayrışma veya çatlaklılık gösteren birimlerdir. Tepe ve yamaç yerleşimlerinde, kaya birimin yüzeye yakın olduğu alanlarda görülebilir.

ZC – Çok sıkı zeminler ve zayıf kayalar

Çok sıkı kum ve çakıllar, sert killer veya ileri derecede ayrışmış, çok çatlaklı kayalar bu sınıftadır. Rijitliği yüksek zeminlerdir; ancak kaya sınıflarına göre dalgaları bir miktar büyütebilir.

ZD – Orta sıkı – sıkı zeminler

Kentsel alanlarda en sık karşılaşılan sınıflardan biridir. Orta sıkı–sıkı kum ve çakıllar ile çok katı killer bu gruptadır. Taşıma gücü açısından genellikle yeterli olsa da deprem tasarımında ZC'ye göre daha elverişsiz katsayılarla sonuçlanabilir.

ZE – Gevşek ve yumuşak zeminler

Gevşek kumlar ve yumuşak–katı killer bu sınıftadır. Deprem dalgalarını belirgin biçimde büyütebilir. Alüvyon ovalar, eski göl ve dere yatakları, kıyı alanları bu sınıfla sıkça ilişkilidir. Aynı zamanda oturma, taşıma gücü ve sıvılaşma açısından da ayrıntılı değerlendirme gerektirir.

ZF – Sahaya özel değerlendirme gerektiren zeminler

Bu sınıf, zeminin deprem sırasında davranışının standart katsayılarla güvenle temsil edilemeyeceği durumları kapsar. Sıvılaşabilir kumlar, hassas killer ve kalın organik katmanlar tipik örneklerdir. Bu sahalarda sahaya özel analizlerin yanı sıra çoğu zaman zemin iyileştirme veya derin temel çözümleri de gündeme gelir. Sıvılaşma konusunu Bursa özelinde alüvyon zeminlerde sıvılaşma riski yazımızda ele aldık.

Zemin sınıfı tasarım spektrumunu nasıl etkiler?

TBDY 2018'de deprem tasarımı, AFAD Türkiye Deprem Tehlike Haritaları (yeni sekmede açılır) üzerinden parselin koordinatına göre alınan harita spektral ivme katsayılarıyla başlar: kısa periyot için SS ve 1 saniye periyot için S1. Bu değerler, referans bir zemin koşulu için tanımlanmıştır.

Yerel zemin sınıfı devreye burada girer. Yönetmelik, her zemin sınıfı ve deprem düzeyi için yerel zemin etki katsayıları tanımlar:

• FS: Kısa periyot bölgesi için yerel zemin etki katsayısı,
• F1: 1 saniye periyodu için yerel zemin etki katsayısı.

Tasarım spektral ivme katsayıları bu katsayılarla hesaplanır:

• SDS = SS × FS
• SD1 = S1 × F1

Genel eğilim şudur: zemin yumuşadıkça (ZA'dan ZE'ye doğru) yerel zemin etki katsayıları büyür ve tasarım spektrumu yükselir. Bu da yapıya etkiyen deprem kuvvetlerinin artması anlamına gelir. Yüksek deprem tehlikesi olan bölgelerde bu fark, yapının taşıyıcı sistem boyutlarını ve maliyetini doğrudan etkiler.

Bunun yanında SDS değeri, bina kullanım sınıfıyla birlikte deprem tasarım sınıfının (DTS) belirlenmesinde kullanılır. DTS ise binada izin verilen taşıyıcı sistemleri, yükseklik sınırlarını ve uygulanacak hesap yöntemlerini etkiler. Kısacası zemin sınıfı yalnızca bir rapor satırı değil, projenin tamamını etkileyen bir girdidir.

Zemin sınıfı nasıl belirlenir?

Zemin sınıfı, parsel bazında yapılan zemin etüdünün temel çıktılarından biridir ve arazi ile laboratuvar verilerinin birlikte değerlendirilmesiyle belirlenir.

MASW ve diğer jeofizik yöntemler

Kayma dalgası hızı profili en yaygın olarak MASW (Çok Kanallı Yüzey Dalgası Analizi) yöntemiyle elde edilir. Yüzeye dizilen jeofonlarla kaydedilen yüzey dalgaları analiz edilerek derinliğe bağlı Vs profili çıkarılır ve bu profilden Vs30 hesaplanır. Gerektiğinde sismik kırılma ve mikrotremor ölçümleri de yapılır; mikrotremor ölçümü ayrıca zemin hakim titreşim periyodu hakkında bilgi verir. Uygulamalar için jeofizik çalışmalar sayfamıza bakabilirsiniz.

Sondaj ve SPT

Sondajlar, zemin katmanlarını doğrudan görmemizi sağlar. Sondaj sırasında yapılan SPT deneyi ile kumlu zeminlerin sıkılığı hakkında bilgi alınır; ölçülen darbe sayıları enerji ve diğer düzeltmelerden geçirilerek değerlendirilir. Killi zeminlerden alınan numuneler üzerinde yapılan laboratuvar deneyleri ise drenajsız kayma dayanımı ve plastisite özelliklerini verir. Temel sondajları bu verinin kaynağıdır.

Verilerin birlikte değerlendirilmesi

Tek bir yöntem yeterli değildir. Jeofizik ölçümler Vs profilini verir, ancak katmanların türünü doğrudan göstermez. Sondajlar katmanları gösterir, ancak noktasal bilgidir. ZE'nin ek koşulu veya ZF kapsamındaki zeminler (ör. sıvılaşabilir kum, organik kil) ise ancak sondaj ve laboratuvar verileriyle ortaya çıkarılabilir. Bu nedenle güvenilir bir zemin sınıfı tespiti, her iki veri setinin tutarlı biçimde yorumlanmasını gerektirir.

Zemin sınıfı raporda nerede yer alır?

Parsel bazında hazırlanan zemin etüdü raporunda yerel zemin sınıfı genellikle deprem parametrelerinin verildiği bölümde yer alır. Bu bölümde çoğunlukla şu bilgiler birlikte sunulur:

• Parselin koordinatları ve AFAD deprem tehlike haritasından alınan SS ve S1 değerleri,
• Jeofizik ölçümlerden elde edilen Vs profili ve hesaplanan Vs30 değeri,
• Sondaj ve laboratuvar verileriyle yapılan kontroller (SPT ve drenajsız kayma dayanımı değerleri, ZE ek koşulu ve ZF kapsamındaki zemin varlığı),
• Belirlenen yerel zemin sınıfı ve buna karşılık gelen yerel zemin etki katsayıları,
• Tasarım spektral ivme katsayıları ve gerekiyorsa zemin hakim periyodu.

Statik proje müellifi deprem hesaplarını bu bölümdeki değerlerle yapar. Bu nedenle raporda verilen zemin sınıfı ile projede kullanılan sınıfın aynı olduğunun kontrol edilmesi, yapı denetim sürecinde de dikkat edilen bir noktadır.

Sık yapılan hatalar

• Komşu parselin zemin sınıfını kullanmak: Zemin koşulları kısa mesafede değişebilir; her parsel için ayrı değerlendirme gerekir.
• Yalnızca Vs30'a bakıp ZF koşullarını atlamak: Vs30 değeri ZD'ye işaret etse bile, sıvılaşabilir bir katman ZF değerlendirmesini gerektirebilir.
• Yetersiz derinlikte veri: Üst 30 metreyi temsil etmeyen bir profil, sınıflandırmayı yanıltabilir.
• Zemin sınıfını statik projeye yanlış aktarmak: Raporda belirlenen sınıfın ve parametrelerin projede doğru kullanıldığı kontrol edilmelidir.

Raporun ilgili bölümünü nasıl okuyacağınızı zemin etüdü raporu nasıl okunur yazımızda anlattık.