Bir binanın deprem tasarım spektrumu, o binanın üzerine oturduğu zeminin sınıfına göre şekillenir. TBDY 2018, bu amaçla sahaları üst 30 metredeki zemin özelliklerine göre ZA’dan ZF’ye altı sınıfa ayırır. Bu yazıda yerel zemin sınıfının ne olduğunu, hangi parametrelerle ve nasıl belirlendiğini, her sınıfın özelliklerini ve tasarıma etkisini örnek üzerinden anlatacağım.
Yerel Zemin Sınıfı Nedir?
Yerel zemin sınıfı, bir sahanın üst 30 metresindeki zemin tabakalarının mühendislik özelliklerine göre yapılan bir sınıflandırmadır. TBDY 2018 bu sınıflandırmayı ZA, ZB, ZC, ZD, ZE ve ZF olmak üzere altı kategoride tanımlar; ZA sert kayayı, ZF ise sahaya özel araştırma gerektiren özel zeminleri temsil eder. Sınıflandırmanın amacı, deprem dalgalarının bu zemin katmanlarından geçerken ne kadar büyütüleceğini tahmin etmek ve bu büyütmeyi tasarım spektrumuna yansıtmaktır.
Yerel Zemin Sınıfları Nasıl Belirlenir?
TBDY 2018 Madde 16.4’e göre zemin sınıfı üç parametreden biriyle belirlenir:
- Vs30: Üst 30 metrenin ağırlıklı ortalama kayma dalgası hızı (m/s)
- N60: 30 cm derinlik için ortalama SPTStandart Penetrasyon DeneyiBir sondaj kuyusu tabanına standart bir örnek alıcının belirli bir ağırlıkla çakılarak zeminin darbe direncinin (N sayısı) ölçüldüğü, en yaygın kullanılan arazi deneyi. darbe sayısı (darbe/30 cm)
- cu: Kohezyonlu zeminlerde ortalama drenajsız kayma mukavemetiDrenajsız Kayma MukavemetiYükleme hızının, boşluk suyu basıncının sönümlenmesine izin vermeyecek kadar hızlı olduğu koşulda ölçülen, doygun killerin kısa vadeli kayma mukavemeti. (kPa)
Bu üç parametre farklı sınıflara işaret ediyorsa (örneğin Vs30 bir sınıfı, N60 başka bir sınıfı gösteriyorsa) en elverişsiz, yani en yüksek büyütmeye işaret eden sınıf esas alınır. Bu, güvenli tarafta kalmayı garanti eden bir kuraldır.
Vs30 Nedir ve Nasıl Ölçülür?
Vs30, üst 30 metredeki zemin tabakalarının kayma dalgası hızının harmonik ortalamasıdır. Değeri yüksekse zeminin rijitliği yüksektir (kayaya yakın) ve deprem dalgasıDeprem DalgasıBir fay kırılması sırasında açığa çıkan enerjinin, yer kabuğu içinde ve yüzeyinde yayılmasını sağlayan elastik dalga hareketi. büyütmesi düşüktür; değeri düşükse zeminin rijitliği düşüktür ve büyütme etkisi yüksektir.
Vs30 sahada doğrudan ölçülür; en yaygın yöntemler MASW (çok kanallı yüzey dalgası analizi), downhole/crosshole testleri (sondajSondajZemin tabakalarının yapısını, özelliklerini ve yeraltı suyu seviyesini belirlemek amacıyla yapılan, örnek alma ve arazi deneylerine imkan tanıyan kuyu açma işlemi. kuyusu içi sismik ölçüm) ve sismik kırılma (refraksiyon) yöntemidir. Bu ölçümler yapılamadığında Vs30, SPT darbe sayısından ampirik korelasyonlarla dolaylı olarak da tahmin edilebilir.
Sınıflandırma, temel veya kazık başlığının alt kotundan itibaren üst 30 metre için yapılır.
ZA-ZF Sınıfları ve Özellikleri
| Zemin sınıfı | Zemin tanımı | Vs30 (m/s) | N60 (darbe/30 cm) | cu (kPa) |
|---|---|---|---|---|
| ZA | Sert kaya | > 1500 | - | - |
| ZB | Az ayrışmış, sağlam kaya | 760–1500 | - | - |
| ZC | Çok sıkı kum, çakıl ve sert kil | 360–760 | > 50 | > 250 |
| ZD | Orta sıkı–sıkı kum, çakıl ve çok sert kil | 180–360 | 15–50 | 70–250 |
| ZE | Gevşek kum, çakıl; yumuşak–orta sert kil | < 180 | < 15 | < 70 |
| ZF | Özel zemin davranış analizi gerektiren zeminler | - | - | - |
ZA: Sert Kaya
Vs30 > 1500 m/s olan sert, ayrışmamış kaya kütleleridir. Deprem dalgaları bu zeminde neredeyse hiç büyütülmez; FS ve F1 katsayıları 1.0’ın altındadır.
ZB: Kaya
Vs30 760-1500 m/s aralığındaki az ayrışmış, orta sağlam kaya formasyonlarıdır. ZA’ya benzer şekilde büyütme etkisi düşüktür ve katsayılar tüm harita spektral ivmeSpektral İvmeBelirli bir doğal periyot ve sönüm oranına sahip tek serbestlik dereceli bir sistemin bir depreme verdiği azami ivme tepkisi; S_a(T) ile gösterilir. değerlerinde sabit kalır.
ZC: Çok Sıkı Zemin / Yumuşak Kaya
Vs30 360-760 m/s, N60 > 50, cu > 250 kPa aralığındaki çok sıkı kum, çakıl, sert kil veya ayrışmış zayıf kaya formasyonlarıdır. Büyütme etkisi orta düzeydedir.
ZD: Orta Sıkı-Sıkı Zemin
Vs30 180-360 m/s aralığındaki orta sıkı-sıkı kum/çakıl veya çok sert kil tabakalarıdır. Türkiye’deki büyük şehirlerin alüvyon ovalarında en sık karşılaşılan sınıflardan biridir; büyütme etkisi belirgindir.
ZE: Yumuşak Zemin
Vs30 < 180 m/s, N60 < 15, cu < 70 kPa olan gevşek kum, çakıl veya yumuşak-orta sert kil tabakalarıdır. Ayrıca PI > 20 ve su içeriği %40’ın üzerinde olan, toplam kalınlığı 3 metreyi aşan yumuşak kil tabakaları da (cu < 25 kPa) bu sınıfa girer. Büyütme etkisi en yüksek sınıftır.
ZF Zemin Sınıfı: Özel Durum
ZF, tablo değerlerinin doğrudan kullanılamadığı, sahaya özel zemin davranış analizi (TBDY 2018 Bölüm 16.5) gerektiren özel zemin koşullarını kapsar. Aşağıdaki durumlardan biri varsa zemin ZF sınıfına girer:
- Deprem etkisiyle çökme veya göçme riski taşıyan zeminler (sıvılaşabilir zeminler, yüksek derecede hassas killer, göçebilir zayıf çimentolu zeminler)
- Toplam kalınlığı 3 metreden fazla turba ve/veya organik içeriği yüksek killer
- Toplam kalınlığı 8 metreden fazla, yüksek plastisiteli (PI > 50) killer
- Toplam kalınlığı 35 metreden fazla, çok kalın yumuşak veya orta katı kil profilleri
Önemli: ZE ve ZF sık karıştırılır. ZE kriterlerini sağlayan bir zemin, yukarıdaki özel koşullardan birini de sağlıyorsa (örneğin sıvılaşmaZemin SıvılaşmasıDoygun gevşek kum zeminlerin deprem sırasında taşıma gücünü kaybederek sıvı gibi davranması. potansiyeli taşıyorsa) sınıf ZE değil ZF olarak belirlenmelidir. Bu ayrımın atlanması, tasarım spektrumunun yanlış oluşturulmasına yol açan yaygın bir hatadır.
Örnek Hesap
Bir sahada yapılan zemin etüdünde şu ortalama değerler ölçülmüş olsun: Vs30 = 220 m/s, N60 = 22, cu = 90 kPa.
- Vs30 = 220 m/s → Tablo 1’e göre ZD aralığında (180-360 m/s)
- N60 = 22 → ZD aralığında (15-50)
- cu = 90 kPa → ZD aralığında (70-250 kPa)
Üç parametre de aynı sınıfa işaret ettiğinden, bu saha için yerel zemin sınıfı ZD olarak belirlenir. Parametreler farklı sınıflara işaret etseydi, aralarından en elverişsiz (en yüksek büyütmeye işaret eden) sınıf esas alınacaktı.
Yerel Zemin Sınıfının Tasarıma Etkisi
Belirlenen zemin sınıfı, TBDY 2018 Tablo 2.1 ve 2.2’den okunan FS ve F1 yerel zemin etki katsayılarını, dolayısıyla tasarım spektral ivme katsayılarını (SDS, SD1) doğrudan belirler. Örneğin aynı harita spektral ivme değerleri için ZA’dan ZD’ye geçiş, SDS’i yaklaşık %100, SD1’i ise yaklaşık %200 artırabilir. Zemin sınıfının yanlış tespiti, üzerine kurulan tüm deprem hesabının hatalı bir spektrum üzerinde kurulur.
Zemin Sınıfı Nereden Öğrenilir?
Yerel zemin sınıfı, proje için hazırlanan zemin etüt (geoteknik) raporundan öğrenilir. Rapor, Vs30 (veya N60/cu) değerlerini ve bunlara karşılık gelen zemin sınıfını mutlaka içermelidir; içermiyorsa rapor yönetmelik gereğini karşılamıyor demektir.
AFAD’ın Türkiye Deprem Tehlike HaritasıDeprem Tehlike HaritasıTürkiye genelinde, belirli aşılma olasılıklarına karşılık gelen yer hareketi düzeylerini (S_S, S_1 gibi harita spektral ivme katsayılarını) mekansal olarak gösteren, TBDY 2018'in temelini oluşturan harita., konuma bağlı olarak SS ve S1 harita spektral ivme katsayılarını verir; ancak genel bir “zemin sınıfı haritası” yoktur. Zemin sınıfı, o parseldeki sondaj ve laboratuvar verilerine dayalı bir saha etüdüyle belirlenir ve haritadan sorgulanamaz.
Sonuç
Yerel zemin sınıfı, bir sahanın üst 30 metresindeki Vs30, N60 ve cu değerlerine dayalı, görünüşte basit ama deprem tasarımının tamamını etkileyen bir sınıflandırmadır. ZA’dan ZE’ye doğru artan büyütme etkisi, tasarım spektral ivme katsayılarını (SDS, SD1) doğrudan değiştirir; ZF ise bu tablo mantığının dışında kalan, sahaya özel analiz gerektiren istisnai bir kategoridir.
Doğru zemin sınıfı yalnızca bir zemin etüt raporundan, saha ölçümleriyle elde edilir; haritadan tahmin edilemez. Bu nedenle projenin en başında güvenilir bir geoteknik raporGeoteknik RaporZemin etüdü kapsamında toplanan tüm arazi ve laboratuvar verilerinin, mühendislik yorumu ve tasarım önerileriyle birlikte sunulduğu resmi belge. edinmek, sonraki tüm deprem hesabının doğruluğunu belirleyen ilk adımdır.
Yerel zemin sınıfı ile zemin sınıflandırması (USCS: CL, SP, ML gibi) aynı şey midir?
Hayır. USCS (Birleştirilmiş Zemin Sınıflandırma Sistemi) zeminin dane yapısını ve genel mühendislik davranışını tanımlarken, TBDY 2018'in ZA-ZF sistemi özellikle deprem dalgalarının zeminde büyütülmesini tanımlamaya yöneliktir. Bir zemin etüt raporunda genellikle her iki sınıflandırma da birlikte yer alır.
Aynı parseldeki farklı sondaj kuyularında farklı zemin sınıfı çıkarsa hangisi esas alınır?
TBDY 2018 bu durumu tek bir madde ile doğrudan düzenlemez; pratikte her sondaj noktası için ayrı zemin sınıfı belirlenip yapının farklı bölümleri buna göre ayrı tasarlanabilir veya tüm parsel için en elverişsiz sınıf esas alınarak tek bir tasarım yapılabilir. Hangi yaklaşımın seçileceği geoteknik mühendisi ve proje müellifinin ortak değerlendirmesine bağlıdır.
Kaynaklar ve İleri Okuma
- [1]TBDY-2018 (Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği). Madde 16.4, Tablo 16.1, Bölüm 16.5.
- [2]Kramer, S. L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall.
- [3]Çetin, K. Ö. (2018). Zemin Dinamiği. ODTÜ Ders Notları.
Yorumlar yükleniyor...