Türkiye, depremlerin sık sık kendini gösterdiği bir coğrafyada yer alıyor. Bu gerçek, depreme dayanıklı binalar inşa etmeyi bir zorunluluk hâline getiriyor. Ancak bir yapının dayanıklılığını yalnızca beton ve çelikle ölçmek gerçeği tam yansıtmaz. Binanın oturduğu zeminin özellikleri de aynı derecede hayati bir öneme sahiptir. Mühendisler, deprem riskini üçlü bir bakış açısıyla değerlendirir: (fayların yaratacağı) tehlike, binanın (bu tehlikeye karşı) hasar görebilirliği ve zeminin (bu tehlikeyi artırıcı) etkisi. İşte bu noktada zemin sınıfı kavramı devreye girer. Zemin sınıfı, bölgedeki yerel zemin koşullarının deprem dalgalarını nasıl şekillendirdiğini belirleyen bilimsel bir sınıflandırmadır. Özetle, bu sınıflandırma bize zeminin deprem sırasında “ne kadar” ve “nasıl” sallanacağını gösterir. Deprem dalgalarının zemine iletilişi, toprağın karakterine göre büyük ölçüde değişir. Sert, kayalık bir temel titreşimleri azaltırken, yumuşak ve gevşek bir tabaka aynı sarsıntıyı tehlikeli bir şiddete çıkarabilir. Bu yüzden zemin sınıfı, mühendislerin güvenli binalar tasarlamasında vazgeçilmez bir veri niteliğindedir.
Zemin Sınıfının Yıkımdaki Kritik Rolü
Birçok kişi hâlâ depremin zararının yalnızca fay hattına olan uzaklıkla belirlendiğini düşünür; fakat 1999 Gölcük depremi bu yanılgıyı acı bir gerçekle sarsmıştır. Depremin merkezi Kocaeli iken, kilometrelerce uzaktaki Avcılar’da büyük bir felaket yaşanmıştır. Bu, Avcılar’ın kırılgan toprak yapısından kaynaklanmıştır. Benzer bir örnek, 30 Ekim 2020’de Ege Denizi’ni titreten depremde görülmüştür. Sarsıntı Samos Adası’nda hissedilirken, asıl yıkım İzmir’in Bayraklı ilçesinde meydana gelmiştir. Bayraklı’nın alüvyonlu ova zemini, sismik dalgaların genliğini yükselterek yıkımı derinleştirmiştir. Bu çarpıcı vakalar, zemin sınıfı önemini açıkça ortaya koyar. Zayıf zeminler, depremin şiddetini artırarak daha büyük hasarlara yol açar. Uzmanlar bu olayı “zemin büyütmesi” olarak adlandırır. Zayıf bir zemin, deprem enerjisini bir hoparlörün sesi gibi kat kat yükseltir ve yıkıcı etkisini büyük ölçüde artırır. Bu yüzden mühendisler, bir binanın tasarımına başlamadan önce zemin sınıfı verisini mutlaka tespit etmelidir.
Zemin Sınıfı Nasıl Belirlenir? Zemin Etüdü Süreci
Uzmanların zemin sınıfı belirlemesi, genellikle “zemin etüdü” adı verilen jeoteknik raporla yapılmaktadır. Bu rapor, arazinin jeolojik ve jeofizik özelliklerini ayrıntılı bir biçimde inceler. Mühendisler, etüt sürecinde sahada farklı testler uygular. Toprağın katman yapısını, dayanımını ve sismik davranışını ortaya koyarlar.
Zemin Sondajı ve Standart Penetrasyon Testi (SPT)
Süreç, genellikle sondajla başlar. Çalışma ekibi sahaya sondaj makinelerini kurar. Önceden belirlenmiş derinliklere (örneğin 15–30 metre arasında) delik açar. Delme sürecinde farklı zemin katmanlarından numuneler toplanır. Hem örselenmiş hem de örselenmemiş numuneler alınmaktadır. Aynı zamanda SPT (Standart Penetrasyon Testi) de uygulanır. Bu testte uzmanlar, 63.5 kg’lik bir ağırlığı 76 cm yükseklikten serbest bırakır. Ağırlığın zemine çarpmasıyla split-spoon sampler yardımıyla bir örnek alırlar. Ekipler, zeminin 30 cm ilerlemesi için gereken darbe sayısını N değeri olarak sayar. N’in düşük çıkması (örneğin N < 10) zeminin aşırı gevşek, hatta zayıf olduğunu ortaya koyar. N’in yüksek olması (örneğin N > 50) ise zeminin sert ya da çok sıkı bir yapıya sahip olduğunu gösterir. Böylece N değerleri, mühendislerin zemin sınıfı belirlerken kilit bir referans noktası işlevi görür.
Jeofizik Ölçümler: Kayma Dalgası Hızı (Vs30)
Günümüz modern deprem yönetmeliklerinde, zemin sınıfı belirlemenin temel ölçütü kayma dalgası hızı (Vs) olarak öne çıkar. Jeofizik mühendisleri, bu hızı özel sismik tekniklerle tespit eder. Uzmanlar, MASW ve sismik kırılma gibi teknikleri kullanır. Bu yöntemlerde, örneğin bir balyozla zemine yapay bir şok verir ve sismik dalgaların yer içinde ne kadar çabuk yayıldığını ölçer. Özellikle, zeminin ilk 30 metre derinliğindeki ortalama kayma dalgası hızı (Vs30) kritik bir veri niteliği taşır.
- Vs30 değeri 1000 m/s’nin üzerine çıktığında, biz zeminin sert bir kayadan oluştuğunu ve sarsıntıyı hızlıca iletebildiğini anlarız. Uzmanlar, bu tür zeminleri depremlerde en güvenli seçenek olarak görür.
- Düşük bir Vs30 değeri (örneğin 180 m/s’nin altında bir ölçüm) zeminin son derece yumuşak ve gevşek olduğunu ortaya koyar. Balçık ya da alüvyon gibi bir yapıya sahip olduğunu gösterir. İşte bu tür zeminler, deprem dalgalarının şiddetini en çok artıran, oldukça tehlikeli yüzeylerdir.
Mühendisler, Vs30 ölçüm sonuçlarını SPT-N verileriyle birleştirerek zemini ulusal standartlara uygun şekilde sınıflandırır.
Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği (TBDY 2018) ve Zemin Sınıfları
Türkiye’nin güncel deprem yönetmeliği (TBDY 2018) zemini altı temel sınıfa ayırır. Bu sınıflandırma, deprem yüklerinin hesaplanmasında temel bir referans noktası olarak görev yapar. Zemin sınıfı ZA’dan ZF’ye ilerledikçe zeminin kalitesi geriler ve aynı anda deprem riski de artar.
Zemin Sınıflarının Karşılaştırma Tablosu
Aşağıdaki tablo, TBDY 2018 çerçevesinde tanımlanan zemin sınıfı kategorilerini özetlemektedir. Bu sınıfların başlıca özelliklerini kısaca göstermektedir.
| Zemin Sınıfı | Zemin Tipi | Kayma Dalgası Hızı (Vs30, m/s) | SPT-N Değeri (N60) | Açıklama |
| ZA | Sert kaya | Vs30 > 1500 | – | En dayanıklı zemin; deprem dalgalarını artırmaz (örnek: granit). |
| ZB | Kaya | 760 < Vs30 ≤ 1500 | – | Sağlam bir kaya; güvenli kabul edilir (örnek: ayrışmamış kaya). |
| ZC | Çok sıkı kum, çakıl / sert kil | 360 < Vs30 ≤ 760 | N60 > 50 | Sıkı zemin ya da yumuşak kaya; orta derecede güvenli. |
| ZD | Orta sıkı kum, çakıl / katı kil | 180 < Vs30 ≤ 360 | 15 < N60 ≤ 50 | Orta riskli bir zemin; sarsıntıyı bir miktar büyütebilir (Örn: Alüvyon). |
| ZE | Gevşek Kum / Yumuşak Kil | Vs30 < 180 | N60 < 15 | En riskli zemin tiplerinden biri; sarsıntıyı belirgin şekilde artırır. |
| ZF | Özel Zeminler | – | – | Sıvılaşma riski taşıyan, aşırı yumuşak ve organik yapıdaki zeminler. |
Bu tablo, mühendislerin araziyi hangi kriterlere göre sınıflandırdığını şeffaf bir dille gösterir.
ZA ve ZB Zemin Sınıfları (Güvenli Alanlar)
ZA ve ZB zemin sınıfı kategorileri, inşaat dünyasında en uygun yerleri işaret eder. Bu tabakalar sert kaya ya da son derece dayanıklı kayaçlardan oluşur. Deprem dalgaları bu zeminde bir nehir gibi hızlıca akar ve dalgaların genliği artmaz (büyümez). Bu tip zeminlerde sıvılaşma ihtimali yoktur. Binalar, yalnızca depremin ana kaynağından gelen enerjiyle hafifçe titreşir. Bu sebeple ZA ya da ZB zemine oturtulan sağlam bir yapı, depremin getireceği hasarı en aza indirir.
ZC ve ZD Zemin Sınıfları (Dikkat Gerektiren Alanlar)
ZC ve ZD zemin sınıfı kategorileri, şehirlerimizin büyük bir bölümünün kurulu olduğu alanları tanımlar. Bu zeminler genellikle sıkı kumlar, sert killer ya da ayrışmış kayalardan meydana gelir. ZD sınıfı orta sıkılıkta olup, alüvyon ovalarını da içinde barındırabilir. ZA ve ZB sınıflarına kıyasla ZC-ZD zeminleri daha düşük güvenlik seviyesine sahiptir. Deprem dalgalarını bir ölçüde yükseltme potansiyeli taşırlar. Bu nedenle mühendisler, bu tür zeminler üzerine temel tasarlarken ekstra titizlik gösterir. Çoğunlukla radye temel gibi daha dayanıklı temel sistemleri tercih edilir.
ZE Zemin Sınıfı (Yüksek Riskli Alanlar)
Deprem mühendisliğinde ZE zemin sınıfı, çoğunlukla “kötü zemin” olarak adlandırılır ve Vs30 hızı 180 m/s’nin altında seyreder. Bu, zeminin son derece yumuşak (yani yumuşak killer, gevşek kumlar ve balçık gibi) olduğunu işaret eder. Böyle bir ortam, deprem dalgalarını yakalayarak rezonans yaratabilir ve sarsıntıyı beş ila on kat arasında artırabilir. 1999 Avcılar ve 2020 Bayraklı felaketleri, tam da bu tür zeminlerde meydana gelmiştir. ZE sınıfı zeminler aynı zamanda sıvılaşma riski de taşır. Bu tip bir zemine yapı inşa etmek, hem güvenlik açısından riskli hem de maliyet bakımından ağır bir yüktür.
ZF Zemin Sınıfı (En Tehlikeli Alanlar)
ZF zemin sınıfı, klasik analizlerin yetersiz kaldığı “özel” zeminleri tanımlar. Mühendisler, belirli tehlikeler taşıyan bu zeminleri bu sınıfa dahil eder. Bu zeminler için ayrıntılı ve kapsamlı jeoteknik incelemeler yapılması şarttır. ZF sınıfına giren zeminler şunlardır:
- Sıvılaşma riski yüksek olan zeminler. Gevşek yapıda ve suyla tamamen doymuş kumlu tiplerdir (ZE sınıfına ait, sıvılaşma eğilimi gösterenler).
- Yumuşak Killer: Su miktarı son derece yüksek, taşıma kapasitesi çok düşüktür. 10 metreden kalın yumuşak killerdir.
- Organik Zeminler: Turba benzeri, bitkisel kökenli ve çürümüş topraklardır.
- Yüksek Hassasiyetli Killer: Dokunuldukça yapısını yitiren nadir kil türleri.
- Dolgu zeminler: İnsan eliyle doldurulmuş, ancak henüz mühendisliksel bir iyileştirme geçirmemiş alanlar.
Eğer araziniz ZF sınıfına giriyorsa, bu bölgede bina inşa etmek hem yüksek maliyetli hem de riskli bir hâl alır. Uzmanların büyük bir kısmı, bu tür zeminlerde inşaat yapılmasını genellikle önermez ya da zorunlu olarak kapsamlı zemin iyileştirme yöntemlerinin uygulanmasını şart koşarlar. Kazık temel, jet grout vb. gibi yöntemler buna örnektir.
Zemin Sınıfının Depreme Etkisi: Zemin Büyütmesi ve Rezonans
Zemin sınıfı neden bu kadar kritik? Çünkü zemin, deprem dalgalarını bir hoparlör gibi güçlendirebiliyor. Deprem, kayada bir enerji birikimiyle ortaya çıkar. Bu enerji dalgalar hâlinde yüzeye doğru yayılmaktadır. Yüzeyde ZA sınıfına ait sert bir kaya bulunuyorsa, dalga enerjisi neredeyse değişmeden geçer. Sarsıntı, depremin aslına sadık bir biçimde hissedilmektedir. Öte yandan, dalga ZD ya da ZE sınıfı gibi yumuşak, gevşek bir zemine (alüvyonlu bir ova gibi) çarptığında hızı yavaşlar. Enerji kaybolmaz. Hızı düştüğü için dalganın genliği (yüksekliği) yükselir. Sarsıntının süresi uzar. Uzmanlar, bu olaya “Zemin Büyütmesi” (Site Amplification) adı verir.
Bu aşamada “rezonans” riski kendini gösterir. Her zemin, kendine has bir doğal titreşim periyoduna sahiptir. Aynı şekilde, her binanın da bir doğal periyodu vardır. Yüksek binalar yavaşça sallanırken, alçak yapılar daha hızlı titrer. Eğer zeminin yükselttiği deprem dalgasının periyodu, binanın doğal periyodu ile çakışırsa (rezonans), sarsıntı ikiye katlanarak büyür. Bina, adeta bir salıncak gibi giderek daha büyük bir salınıma girer. Sonunda çökebilmektedir. Bayraklı’daki yüksek binaların yıkılmasının temel nedeni de bu rezonans etkisiydi.
Zemin Sınıfı ve Zemin Sıvılaşma Riski
Yumuşak zeminlerin (özellikle ZD, ZE ve ZF sınıflarının) bir diğer ciddi tehlikesi, “zemin sıvılaşması” (liquefaction) olayıdır. Bu fenomen, suyla doymuş ve gevşek kumlu topraklarda ortaya çıkar. Deprem titreşimi tetiklendiğinde, kum tanecikleri arasındaki suyun basıncı aniden yükselir. Boşluk suyu basıncı yükselir. Normalde ağırlığı kum taneleri taşıyan zemin, sarsıntıyla birlikte bu yükü suya kaydırır. Artan basınç, kum tanelerinin birbirine tutunmasını zorlaştırır. Zeminin taşıma kapasitesi (kayma direnci) tamamen kaybolur. Özetle, katı bir zemin deprem anında bir anda yoğun bir sıvı gibi davranmaya başlar. Bu koşulda binalar ya zemine gömülüyor ya da yanlara doğru eğiliyor. Adapazarı ile 2023 Kahramanmaraş depremlerinde gördüğümüz, yan yatmış yapılar bunun nedeniydi. Ya da toprağa saplanmış yapıların temel nedeni tam da buydu. Bu nedenle zemin etüdü yapılırken sıvılaşma riskinin titizlikle analiz edilmesi şarttır. Zemin sınıfı belirlenirken bu önemlidir.
Bina Tasarımının Zemin Sınıfıyla İlişkisi
Mühendisler, bina tasarım sürecinde zemin sınıfı verilerini doğrudan modele dahil ediyor. Deprem yönetmeliği ise, her bir zemin sınıfı için kendine özgü bir “Deprem Tasarım Spektrumu” tanımlıyor. Bu spektrum, yapıya ulaşacak deprem etkilerini nicelendirerek sunan bir grafik işlevi görüyor. Zemin ZA (sert kaya) olduğunda, spektrumda gösterilen deprem yükleri nispeten daha düşük seviyelerde yer alıyor. Ancak zemin ZE (yumuşak zemin) söz konusu olduğunda, zeminin büyütme etkisi sebebiyle spektrumdaki deprem yükleri çok daha yüksek değerler alıyor. Bu bağlamda, mühendis ZE sınıfındaki bir zemine inşa edeceği binayı daha dayanıklı tasarlamak zorundadır. ZA sınıfındaki bir zemine göre (yapı) belirgin şekilde daha sağlam (daha fazla perde sistemi ve güçlü kolonlar gibi) olur. Mühendis, zayıf zemini (ZE) hesaba katmadan tasarım yaparsa, yapı depremin etkisiyle ağır hasar alır ya da tamamen yıkım yaşar. Bu sebeple, zemin etüdü raporu olmadan statik proje hazırlamak pratikte mümkün değildir.
Temel Tasarımı Üzerindeki Etkisi
Zemin sınıfı, binanın temel tipini doğrudan belirleyen bir faktördür. Mühendisler, ZA ya da ZB gibi sağlam kaya zeminde genellikle sade temelleri tercih eder. Münferit ya da sürekli temeller gibi. Çünkü bu tür zeminlerin taşıma kapasitesi oldukça yüksektir. Zemin ZC veya ZD sınıfına indiğinde ise taşıma gücü azalır. Oturma riskleri artar. Bu durumda mühendisler genellikle radye temeli seçerler. Binanın tabanını tamamen kaplayan yekpare radye temeli seçerler. Zemin ZE ya da ZF seviyesine düştüğünde ise radye temel dahi yeterli olmayabilir. Yani çok yumuşak ya da sıvılaşma eğilimi gösteren zeminlerde bu durum geçerlidir. Bu tür bir durumda uzman ekipler “derin temel” çözümlerine yönelmek zorunda kalıyor. Binanın kütlesini dayanıklı bir kaya tabakasına aktarabilmek için “kazık temel” sistemlerini inşa ediyorlar. Fore kazık, mini kazık gibi çeşitleri kapsayan sistemlerdir. Maliyeti artırsa da, güvenli bir yapı elde etmeyi sağlayan bir yöntemdir.
Kentsel Planlama ve Mikrobölgeleme Haritaları
Türkiye’nin risk haritası ve zemin sınıfı verileri, şehir planlaması ile kentsel dönüşüm süreçlerinin temel taşlarından biridir. Planlamacılar yeni yerleşim alanlarını belirlerken “Mikrobölgeleme Haritaları”na başvurmalı. Bu haritalar bir kentin zemin sınıfı dağılımını ayrıntılı bir biçimde ortaya koyar. Hangi bölgelerin sıvılaşma riski taşıdığını gösterir. Hangilerinin ise büyütme riski taşıdığını net bir şekilde gösterir. Dolayısıyla ideal bir şehir planlaması, bu haritaların ışığında şekillendirilmelidir. Zayıf zemin (ZE, ZF) içeren tarım arazilerini ya da dere yataklarını imara açmak, büyük bir felaketin davetiyesini çıkarmak demektir. İzmir-Bayraklı ve Antakya-Amik Ovası, bu hatanın en acı verici örneklerini gözler önüne serer.
Bu bölgelerde yeni yapılaşmaya sıkı bir sınırlama getirmek şarttır. Yoğun ve yüksek katlı binaların yükselmesine izin verilmemeli. Kentsel dönüşüm projelerinde zeminin sınıfı, belirleyici bir faktör olarak öne çıkar. Sadece çürük bir binayı yıkıp yerine yenisini inşa etmek yeterli değildir. Zemin kötüyse, mühendisler yeni yapıyı ne kadar sağlam tasarlarsa tasarlasın, bina hasar alır. Genişleme ya da sıvılaşma gibi sorunlar nedeniyle zarar görür. Bu nedenle dönüşüm projelerinde öncelikli adım, zemin iyileştirme çalışmaları olmalıdır. Alternatif olarak, zeminin mevcut koşullarına uygun özel tasarımlar da uygulanabilir. Kazıklı temeller gibi özel tasarımlar buna örnektir. Kısacası, kentsel dönüşüm yalnızca bina yenilemekten ibaret değildir. Aynı zamanda zemin risklerini tanımlama ve yönetme sürecini de kapsar.
Sonuç: Zemin Sınıfı Kader Değildir, Önemli Olan Bilmektir
Zemin sınıfı, bir arazinin deprem sırasındaki davranışını belirleyen en kritik unsurdur. Bu sınıflar, dayanıklı kayadan (ZA) gevşek balçığa (ZE/ZF) kadar geniş bir skalada yer alır. Özellikle yumuşak topraklar, sismik dalgaları yükseltip sıvılaşma eğilimi gösterir. Riski kat kat artırırlar. Bu doğa kanunu değiştirilemez. Fakat buna uygun tasarım ve inşa yöntemleri geliştirilebilir. Mühendislik, hatta en kırılgan zeminde bile güvenli yapılar yükseltme bilgisini barındırır. Kazıklı temeller, zemin iyileştirme gibi teknikler bu alanda sıkça başvurulan çözümlerdir. İnşaat öncesinde zeminin sınıfının tespit edilmesi hayati öneme sahiptir. Zemin etüdü, Vs30 ölçümü ve SPT gibi bilimsel yöntemlerle eksiksiz ve doğru bir şekilde tespit edilmesi gerekir. Bir yapı tasarlarken ya da inşa ederken yalnızca betona odaklanmak yetmez. Altındaki zemin sınıfı raporu da aynı titizlikle incelenmelidir. Dolayısıyla, zemin sınıfı bir kader değildir. Mühendislerin alacağı uygun önlemlerle yönetilebilir bir risk faktörüne dönüşür.
Youtube videolarımızı izlemek için buraya tıklayabilirsiniz.
Daha fazla bilgi almak ve bizimle iletişim kurmak için buraya tıklayabilirsiniz.
