Zemin Sınıfları (ZA–ZF) ve Yerel Zemin Etkisi

1. Zemin Sınıflandırma Tablosu (TBDY 2018 Tablo 16.1)

TBDY 2018 Madde 16.4.2, zemin profilinin belirlenmesi için üç parametre tanımlar: ortalama kayma dalgası hızı $V_{S30}$, ortalama SPT vuruş sayısı $\overline{N_{60}}$ ve ortalama drenajsız kayma mukavemeti $\overline{c_u}$. Bu üç parametreden biri veya birkaçı birlikte kullanılabilir; parametreler çelişki gösterdiğinde en elverişsiz (yüksek risk içeren) zemin sınıfı esas alınır.

Tablo 1: Zemin Sınıflandırma Tablosu (TBDY 2018 Tablo 16.1)

Not: TBDY 2018 Md. 16.4.2 uyarınca sınıflandırma temel veya kazık başlığı alt kotundan itibaren en üst 30 m için yapılır. Sondaj derinliği 30 m'ye ulaşmıyorsa mevcut derinlik üzerinden hesaplama yapılır; bu durumda her zaman daha kötü zemin sınıfı varsayılmalıdır.

ZF Zemin Koşulları (TBDY 2018 Md. 16.4.3)

Aşağıdaki durumlardan biri mevcutsa zemin ZF olarak sınıflandırılır ve sahaya özel analiz zorunludur:

1. Deprem etkisi altında çökme ve potansiyel göçme riski taşıyan zeminler (sıvılaşabilir zeminler, yüksek derecede hassas killer, göçebilir zayıf çimentolu zeminler)
2. Toplam kalınlığı 3 metreden fazla turba ve/veya organik içeriği yüksek killer
3. Toplam kalınlığı 8 metreden fazla yüksek plastisiteli ($PI > 50$) killer
4. Çok kalın (> 35 m) yumuşak veya orta katı kil tabakaları

Dikkat: ZE sınıfına dahil olan bir zemin, yukarıdaki koşullardan herhangi birini de sağlıyorsa ZF olarak yeniden sınıflandırılmalıdır. ZE ve ZF karıştırılması çok yaygın bir hatadır.

Saha Notu: Türkiye'deki sanayi bölgeleri, deltalar ve nehir taşkın ovaları (Gediz, Menderes, Sakarya havzaları) ile büyük şehirlerin alüvyal dolgu zeminleri büyük çoğunlukla ZE veya ZF sınıfına girmektedir. İzmir (Bayraklı bölgesi), Adapazarı, İzmit körfezi kıyıları, Kocaeli alüvyon ovaları bu duruma örnek verilebilir. 1999 Kocaeli depreminde Adapazarı'ndaki yıkımların büyük bölümü ZE/ZF sınıfı zemine bağlı amplifikasyon ve sıvılaşmadan kaynaklanmıştır.

2. $V_{S30}$ (Ortalama Kayma Dalgası Hızı) Hesabı

2.1 Temel Formül

Zeminlerin $i = 1$'den $N$'ye kadar numaralandırıldığı tabaka modelinde $V_{S30}$ aşağıdaki harmonik ortalama formülü ile hesaplanır (TBDY 2018 Madde 16.4.2):

$$V_{S30} = \frac{30}{\displaystyle\sum_{i=1}^{N} \frac{h_i}{V_{Si}}}$$

Burada:

• $h_i$: $i$'nci tabakanın kalınlığı (m); $\sum h_i \leq 30$ m
• $V_{Si}$: $i$'nci tabakanın kayma dalgası hızı (m/s)

Dikkat: $V_{S30}$ aritmetik ortalama değil harmonik ortalama ile hesaplanır. Hız değerleri yerine direnç süresi $(h_i/V_{Si})$ değerleri toplanır. Bu yaklaşım, sismik dalganın yavaş (zayıf) katmanlarda daha uzun süre geçirmesini doğru yansıtır.

2.2 Ortalama SPT Vuruş Sayısı $(N_{60})_{30}$

$$\overline{N_{60}} = \frac{30}{\displaystyle\sum_{i=1}^{N} \frac{h_i}{N_{60,i}}}$$

Eğer toplam sondaj derinliği temel kotundan itibaren 30 m'ye ulaşmıyorsa, pay yerine araştırılan derinlik (örn. 17,8 m) kullanılır.

2.3 Ortalama Drenajsız Kayma Mukavemeti $(c_u)_{30}$

$$\overline{c_u} = \frac{\displaystyle\sum_{i=1}^{N} h_i}{\displaystyle\sum_{i=1}^{N} \frac{h_i}{c_{u,i}}}$$

Bu yöntem yalnızca zemin profilinin en az %75'i kil olan durumlarda güvenilir sonuç verir.

3. $V_{S30}$ Ölçüm Yöntemleri

Kayma dalgası hızının arazide belirlenmesinde TBDY 2018 ve Zemin ve Temel Etüdü Uygulama Esasları Tebliği'ne göre kabul edilen başlıca yöntemler şunlardır:

Tablo 2: Ölçüm Yöntemleri

Yasal zorunluluk: Zemin ve Temel Etüdü Uygulama Esasları Tebliği (Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, RG 09/03/2019 – 30709; değişiklik: RG 17/02/2021 – 31398) uyarınca ZA, ZB, ZC zemin sınıflarında jeofizik yöntem zorunlu olup birbirini çapraz kesen en az 2 adet MASW/sismik kırılma/ReMi ölçümü ile $V_{S30}$ hızının 360 m/sn'den büyük olduğu gösterilmelidir.

Saha Notu: Zemin ve Temel Etüdü Uygulama Esasları Tebliği'ne göre (Md. 7.2.2.2-a), taban alanı 300 m² den az ve tek bloktan oluşan yapılar için en az 3 adet sondaj zorunludur; taban alanının her 300 m² artışında bir sondaj eklenir. DTS=1, 1a, 2, 2a olan binalar için ZD, ZE veya ZF zeminlerde sıvılaşma analizi yapılması da yasal zorunluluktur.

4. SPT N₆₀ Düzeltme Faktörleri

4.1 Düzeltme Formülü

Sahada ölçülen ham SPT değerleri ($N_{arazi}$), teorik serbest düşme enerjisinin %60'ına göre düzeltilerek $N_{60}$ değeri elde edilir (TBDY 2018 Madde 16.4.2; TS EN ISO 22476-3):

$$N_{60} = C_E \cdot C_R \cdot C_B \cdot C_S \cdot C_A \cdot N_{arazi}$$ $$N_{1{,}60} = C_N \cdot N_{60}$$

Burada $N_{1{,}60}$, örtü yükü basıncına da göre düzeltilmiş değeri ifade eder ($C_N$ katsayısı ile, 100 kPa referans).

Tablo 3: Düzeltme Formülü

Dikkat: Farklı tokmak düşürme yöntemleri (otomatik, katapult, halkalı) için $C_E$ değerleri önemli ölçüde farklılaşır. Türkiye'de en yaygın kullanılan el-ipi ile bırakma yöntemi için $C_E \approx 0{,}60$ kabul edilebilir. TBDY 2018 kapsamında $N_{1{,}60}$ değeri 30 darbe/30 cm eşiği altındaki kumlarda sıvılaşma değerlendirmesi için kritik sınırdır.

Saha Notu: Türkiye'deki zemin sondaj raporlarında zaman zaman ham SPT değerleri (N) ile enerji-düzeltmeli değerlerin (N60) karıştırıldığı gözlemlenmektedir. Zemin sınıflandırmasında her zaman N60 kullanılmalı; raporlarda hangi düzeltmelerin uygulandığı açıkça belirtilmelidir.

5. Yerel Zemin Etki Katsayıları

5.1 Kısa Periyot Bölgesi Yerel Zemin Etki Katsayısı $F_S$ (TBDY 2018 Tablo 2.1)

Tablo 4: Kısa Periyot Bölgesi Yerel Zemin Etki Katsayısı (TBDY 2018 Tablo 2.1)

5.2 1,0 Saniye Periyot Bölgesi Yerel Zemin Etki Katsayısı $F_1$ (TBDY 2018 Tablo 2.2)

Tablo 5: 1,0 Saniye Periyot Bölgesi Yerel Zemin Etki Katsayısı (TBDY 2018 Tablo 2.2)

Ara değerler için doğrusal interpolasyon uygulanır. ZF için TBDY 2018 Bölüm 16.5'e göre sahaya özel zemin davranış analizi zorunludur.

5.3 Tasarım Spektral İvme Katsayılarının Hesabı

Yerel zemin etki katsayıları kullanılarak tasarım spektral ivme katsayıları belirlenir (TBDY 2018 Denklem 2.1):

$$S_{DS} = S_S \cdot F_S$$ $$S_{D1} = S_1 \cdot F_1$$

Burada:

• $S_S$: Kısa periyot (0,2 s) harita spektral ivme katsayısı (TDTH'den)
• $S_1$: 1,0 saniye periyot harita spektral ivme katsayısı (TDTH'den)
• $F_S$: Tablo 2.1'den okunan yerel zemin etki katsayısı
• $F_1$: Tablo 2.2'den okunan yerel zemin etki katsayısı

Elastik tasarım spektrumunun köşe periyotları:

$$T_A = 0{,}2 \cdot \frac{S_{D1}}{S_{DS}} \qquad T_B = \frac{S_{D1}}{S_{DS}}$$

Saha Notu: TDTH (Türkiye Deprem Tehlike Haritası) koordinatına dayalı $S_S$ ve $S_1$ değerleri AFAD'ın çevrimiçi platformundan (tdth.afad.gov.tr) DD-2 deprem düzeyi seçilerek elde edilmelidir. Hesaplarda DD-2 (50 yılda %10 aşılma olasılığı, 475 yıl dönüş periyodu) tasarım depremi esas alınır.

6. ZF Zemin Sınıfı: Sahaya Özel Zemin Davranış Analizi

ZF sınıfı için TBDY 2018 Bölüm 16.5 kapsamında sahaya özel zemin davranış analizi zorunludur. Bu analiz, taban kayasında tanımlanan deprem yer hareketinin zemin tabakaları boyunca değişimini ve zemin yüzeyindeki tasarım spektrumunu belirler.

Sahaya özel zemin davranış analizi prosedürü:

1. Zemin profili modellenmesi: Sondaj ve jeofizik verileri esas alınarak yatay tabakalı zemin modeli oluşturulur.
2. Deprem yer hareketi seçimi: TBDY 2018 Bölüm 16.5 kapsamında, TDTH'a uyumlu en az 11 adet gerçek veya ölçeklendirilerek uyumlaştırılmış ivme kaydı kullanılır.
3. 1B (tek boyutlu) veya 2B/3B analiz: Düzgün yatay tabakalarda 1B analiz (DEEPSOIL, SHAKE vb.) uygulanabilir; aksi hâlde 2B veya 3B model zorunludur (TBDY 2018 Md. 16.5.2.1).
4. Mühendislik taban kayası: Serbest zemin modeli için $V_S \geq 760$ m/s olan tabaka mühendislik taban kayası olarak kabul edilir.
5. Spektrumun küçültülmesi: Hesaplanan sahaya özel spektrum ile ZA/ZB etki katsayıları kullanılarak elde edilen spektrum karşılaştırılır; tasarımda daha büyük olan esas alınır.

Özel not: ZF için az katlı yapılarda ZE zemin sınıfının katsayıları kullanılabilir; orta katlı yapılarda ise ZE katsayıları 1,4 ile çarpılır (TBDY 2018 Md. 16.5).

Dikkat: Türkiye'de özellikle körfez kıyıları ve nehir taşkın ovalarında ZF zemin koşulları sıkça karşılaşılmaktadır. Şubat 2023 Kahramanmaraş depremlerinde Adıyaman, Hatay (Antakya) ve İslahiye düzlüklerinde gözlemlenen yıkım yoğunluğunun bir bölümü, bu alanlardaki ZE/ZF zemin koşullarına bağlı amplifikasyonla ilişkilendirilmektedir.

7. Zemin Sınıfı Belirleme Akış Şeması (TBDY 2018 Md. 16.4)

8. Zemin Sınıfının Tasarıma Etkisi

Tablo 6: Zemin Sınıfının Tasarıma Etkisi

Bu farklılıklar yapısal tasarımı doğrudan etkiler:

• Deprem yükü (V): $V = S_{DS} \cdot W / R_a$ formülünde $S_{DS}$ doğrudan çarpan olduğundan ZA'dan ZE'ye geçişte taban kesme kuvveti iki kat veya daha fazla artabilir.
• Spektrum köşe periyotları: ZE zeminlerde $T_B$ ve $T_A$ değerleri büyür; bu durum orta yükseklikteki yapıların (4–10 katlı) zemin rezonansına girmesine neden olabilir.
• Bina yükseklik sınırı: $S_{DS}$ ve deprem tasarım sınıfı (DTS) kombinasyonundan belirlenen bina yükseklik sınıfı (BYS) zemine göre kısıtlanır.

Saha Notu: Türkiye'nin batı kıyılarındaki (İzmir, İstanbul Avrupa yakası alüvyon alanları) ve Orta Anadolu ovalarının (Konya, Aksaray) zemin koşulları ağırlıklı olarak ZD–ZE aralığındadır. Kars, Erzurum gibi yüksek irtifa kentlerinde ise kaya ortam (ZA–ZB) sıklıkla görülmektedir.

9. Türkiye'ye Özgü Saha Koşulları

9.1 Yaygın Zemin Tipleri

Tablo 7: Yaygın Zemin Tipleri

9.2 Yasal Gereksinimler

• 3194 sayılı İmar Kanunu Madde 28: Yapı ruhsatı için zemin etüdü raporu zorunludur.
• 4708 sayılı Yapı Denetimi Kanunu Madde 2/c: Yapı denetim kuruluşu, zemin etüt raporunu mevzuata uygunluk açısından incelemekle yükümlüdür.
• TBDY 2018 Madde 16.4.1: DTS=1, 1a, 2, 2a olan binalarda zemin etüdü yapılmadan zemin sınıfı varsayımı yapılamaz.
• 6331 sayılı İş Güvenliği Kanunu: Zemin araştırması sırasında sondaj ekibi için iş güvenliği planı zorunludur.

9.3 Yaklaşık Birim Fiyatlar (2025–2026)

Tablo 8: Yaklaşık Birim Fiyatlar (2025–2026)

Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı birim fiyat listeleri (2025) ve güncel piyasa verileri baz alınmıştır. Fiyatlar bölgeye, derinliğe ve zemin koşuluna göre önemli ölçüde değişebilir.

Dikkat: Zemin etüdü maliyetini azaltmak amacıyla sondaj sayısını veya derinliğini minimize etmek, yapı tasarımında çok daha büyük güvenlik ve ekonomi kayıplarına neden olmaktadır.

10. Zemin Sınıfı Belirleme Örnek Problemleri

Problem 1

Veriler:

• Zemin türü: SW-SM (kum)
• Temel derinliği: $d_f = 2{,}2\text{ m}$
• Sondaj derinliği: 30 m
• Tabaka verileri (temel altından):

Tablo 9: Problem 1

İstenen: TBDY 2018 Tablo 16.1'e göre yerel zemin sınıfını belirleyiniz.

Çözüm:

Adım 1: Temel altı araştırma derinliği: $30 - 2{,}2 = 27{,}8\text{ m}$

Adım 2: Her tabaka için $h_i / V_{Si}$ hesaplanır:

$$\sum \frac{h_i}{V_{Si}} = \frac{0{,}8}{174} + \frac{0{,}7}{201} + \frac{1{,}3}{213} + \frac{1{,}5}{228} + \frac{1{,}7}{234} + \frac{1{,}8}{237} + \frac{6{,}0}{242} + \frac{14{,}0}{245}$$ $$= 0{,}0046 + 0{,}0035 + 0{,}0061 + 0{,}0066 + 0{,}0073 + 0{,}0076 + 0{,}0248 + 0{,}0571 = 0{,}1176\text{ s/m}$$

Adım 3: Vs30 hesabı (TBDY 2018 Denklem):

$$V_{S30} = \frac{27{,}8}{0{,}1176} = 236{,}4\text{ m/s}$$

Sonuç: $180 < V_{S30} = 236{,}4 < 360\text{ m/s}$ → ZD Zemin Sınıfı

Kontrol: ZD sınıfı kriterleri: $V_{S30} \in [180, 360)$ m/s; ZF özel koşulları yok.

Problem 2

Veriler:

• Temel derinliği: $d_f = 2{,}2\text{ m}$; Sondaj derinliği: 20 m
• Zemin düzeltme kabulleri: $C_E = 0{,}60$, $C_R = 0{,}85$, $C_B = 1{,}00$, $C_S = 1{,}00$
• SPT-N60 katman verileri (temel altından):

Tablo 10: Problem 2

İstenen: TBDY 2018 Tablo 16.1'e göre SPT-N60 parametresinden zemin sınıfını belirleyiniz. Vs30 ile karşılaştırma yapınız.

Çözüm:

Adım 1: Araştırma derinliği: $20 - 2{,}2 = 17{,}8\text{ m}$ (30 m'ye ulaşılamamış)

Adım 2: Her katman için $h_i / N_{60,i}$ hesabı:

Tablo 11: Problem 2

Adım 3: Ortalama N60 hesabı (TBDY 2018 Denklem):

$$\overline{N_{60}} = \frac{17{,}8}{1{,}8439} = 9{,}5\text{ darbe/30 cm}$$

Adım 4: TBDY 2018 Tablo 16.1'e göre: $\overline{N_{60}} = 9{,}5 < 15$ → ZE Zemin Sınıfı

Vs30 kontrolü (ek veri): Aynı zemin için $V_{S30} = 169{,}5\text{ m/s} < 180\text{ m/s}$ → ZE (tutarlı)

Sonuç: Her iki parametreden de ZE sonucu elde edilmiştir. ZF özel koşulları kontrol edilmeli (CH tabakası kalınlığı: 9,5 m > 8 m ise ve $PI > 50$ ise ZF'ye geçilebilir).

Kontrol: Sondaj 30 m'ye ulaşmadığından gerçek değer daha kötü olabilir; temkinli yaklaşımla ZE-ZF sınır değerlendirmesi yapılmalı.

Problem 3

Veriler:

• Konum: Sismik açıdan aktif bir bölge, DD-2 depremi
• Harita spektral ivme katsayıları (TDTH'den): $S_S = 0{,}75\text{ g}$; $S_1 = 0{,}30\text{ g}$
• Zemin sınıfı: ZD ($V_{S30} = 270\text{ m/s}$; $N_{60{,}30} = 28$)
• Yapı: BKS=3 (konutlar), 5 katlı betonarme çerçeve, $W = 3{.}000\text{ kN}$
• $R = 8$, $D = 3$ (süneklik düzeyi yüksek çerçeve sistemi)
• Yapı periyodu: $T = 0{,}6\text{ s}$

İstenen:

(a) $F_S$ ve $F_1$ katsayılarını belirleyiniz (interpolasyonlu). (b) $S_{DS}$ ve $S_{D1}$ değerlerini hesaplayınız. (c) $T_A$, $T_B$ köşe periyotlarını bulunuz. (d) Eşdeğer Deprem Yükü Yöntemi ile taban kesme kuvvetini hesaplayınız. (e) Zemin sınıfı ZE olsaydı ($V_{S30} = 155\text{ m/s}$) taban kesme kuvvetini karşılaştırınız.

Çözüm:

Adım 1: FS belirleme (TBDY 2018 Tablo 2.1 — ZD, Ss = 0,75)

TBDY 2018 Tablo 2.1'den ZD satırı, $S_S = 0{,}75$: $F_S = 1{,}2$

$$S_{DS} = S_S \cdot F_S = 0{,}75 \times 1{,}2 = 0{,}90\text{ g}$$

Adım 2: F1 belirleme (TBDY 2018 Tablo 2.2 — ZD, S1 = 0,30)

TBDY 2018 Tablo 2.2'den ZD satırı, $S_1 = 0{,}30$: $F_1 = 2{,}0$ (tablodaki tam değer)

$$S_{D1} = S_1 \cdot F_1 = 0{,}30 \times 2{,}0 = 0{,}60\text{ g}$$

Adım 3: Köşe periyotları (TBDY 2018 Denklem)

$$T_B = \frac{S_{D1}}{S_{DS}} = \frac{0{,}60}{0{,}90} = 0{,}667\text{ s}$$ $$T_A = 0{,}2 \cdot T_B = 0{,}2 \times 0{,}667 = 0{,}133\text{ s}$$

Adım 4: Deprem yükü azaltma katsayısı Ra (TBDY 2018 Tablo 4.1)

Yapı periyodu $T = 0{,}6\text{ s}$; $T_A < T < T_B$ bölgesi için $R_a = R/I = 8/1 = 8$

Adım 5: Taban kesme kuvveti (TBDY 2018 Denklem 4.7)

$$V_{tE} = \frac{S_{DS} \cdot W}{R_a} = \frac{0{,}90 \times 3{.}000}{8} = 337{,}5\text{ kN}$$

Adım 6: ZE karşılaştırması

ZE için $S_S = 0{,}75$ → Tablo 2.1: $F_S = 1{,}3$

$$S_{DS{,}ZE} = 0{,}75 \times 1{,}3 = 0{,}975\text{ g}$$

ZE için $S_1 = 0{,}30$ → Tablo 2.2: $F_1 = 2{,}8$

$$S_{D1{,}ZE} = 0{,}30 \times 2{,}8 = 0{,}84\text{ g}$$ $$T_{B{,}ZE} = \frac{0{,}84}{0{,}975} = 0{,}862\text{ s}$$

Yapı periyodu $T = 0{,}6\text{ s} < T_{B{,}ZE} = 0{,}862\text{ s}$ → $S_{ae}(T) = S_{D1{,}ZE}/T = 0{,}84/0{,}6 = 1{,}4\text{ g}$

$$V_{tE{,}ZE} = \frac{S_{ae}(T) \cdot W}{R_a} = \frac{1{,}40 \times 3{.}000}{8} = 525\text{ kN}$$

Sonuç karşılaştırması:

Tablo 12: Problem 3

Kontrol: Minimum deprem yükü (TBDY 2018 Md. 4.7): $V_{min} = 0{,}04 \cdot S_{DS} \cdot I \cdot W = 0{,}04 \times 0{,}90 \times 1 \times 3{.}000 = 108\text{ kN} \leq 337{,}5\text{ kN}$

Yorum: ZD → ZE geçişinde taban kesme kuvveti %55,6 artmaktadır. Bu durum, gerçek zemin koşulunun göz ardı edilip ZD kabul yapılmasının mühendislik açısından ne kadar kritik bir hata olduğunu göstermektedir.

11. Sık Yapılan Hatalar

Tablo 13: Sık Yapılan Hatalar

Kaynakça

1. İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
2. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
3. İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

Kaynaklar

1. TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm
2. TS 500:2000 — TSE — Türk Standardları Enstitüsü. https://www.tse.org.tr

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Zemin Taşıma Gücü Hesaplama
• SPT N30 Düzeltme Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.